循环水水质变化及危害-用水管理理论与实践成果

由于间接冷却水在运动中，温度升高，水分不断蒸发，各种离子产生浓缩，加之敞开式冷却塔暴露于环境，以及本身含有的各类微生物等因素影响，导致冷却水水质变化，产生结垢、腐蚀、微生物繁殖等现象发生，影响了循环冷却水系统的正常工作。

（一）水中CO2、pH值、温度的变化与结垢

冷却水与大气接触，水中游离及溶解的CO2 大量散失，破坏了原有的溶解平衡，使循环水中产生CaCO3，并且CO2 在水中的溶解度随温度的升高而降低，如表7-1，相应循环水中Ca-CO3 含量增大，而水中CaCO3 的溶解度会随着温度升高而降低，产生CaCO3 析出现象。当冷却水与换热器的换热面接触时，吸热升温后，冷却水中析出的CaCO3 就附着在换热设备表面而形成坚硬的水垢。

表7-1　循环水中CO2 与温度的实测关系

同时，由于循环热水在冷却塔蒸发散热过程中，蒸发掉部分水分，而这部分被蒸发水量中的含盐量仍然遗留在循环水中，因此，循环水的含盐量随着蒸发而增加，产生所谓的浓缩现象。并引起冷却水pH 值的变化，浓缩越严重，pH 值越大，即碱性越重。

天然水中含有各种盐类，如重碳酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、磷酸盐、硅酸盐等。其中以溶解的重碳酸盐如Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2 最不稳定，容易分解生成碳酸盐。因此，当使用碳酸盐含量较多的水作循环冷却水时，通过换热设备传热表面，会受热分解生成碳酸盐，如CaCO3。另一方面，重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下反应：

当水中溶有大量氯化钙时，还会产生下列置换反应：

水中溶有适量磷酸盐时，也会将氯化钙转化成磷酸钙，其反应如下：

所以，由于水温升高，pH值变化，使循环水中产生了碳酸钙、磷酸钙这样一些溶解性盐类，同时它们在水中的溶解度与温度大小成反比，即随温度升高而降低，故在换热设备表面很易达到饱和而被析出，沉积在换热设备表面，形成水垢。

上述诸原因导致换热设备表面形成水垢，由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，不仅堵塞管道和设备，并由于其导热性极差，如仅是钢材的1/30～1/50，极大地降低了冷却水的换热效果，严重时损坏设备和循环冷却水系统的正常运行，若不采取相应阻垢措施，则只有适时大量地换用新水。(www.xing528.com)

（二）溶解氧变化与腐蚀

循环冷却水在冷却塔（或池）内喷洒曝气，使水中溶解氧大量增加，直至达到接近该温度、压力下的饱和浓度，加快设备电化学反应的速度。

例如当碳钢与溶有氧的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在碳钢表面会形成无数微电池，碳钢中铁是阳极，碳为阴极，于是发生如下电化学反应：

在阳极上 Fe→Fe2++2e

在阴极上 O2+2H2O+4e→4OH-

在水中 Fe2++2OH-→Fe（OH）2

2Fe（OH）2+O2+H2O→2Fe（OH）3↓

上述反应生成Fe（OH）3 沉淀，并消耗掉电化学反应产物Fe2+和OH-，使电化学反应继续进行，碳钢中的铁不断地以Fe2+形式溶解到水中和产生Fe（OH）3 沉淀，直至设备损坏穿孔，这一过程称之为循环水对设备的腐蚀。

（三）浊度变化

循环冷却水与空气接触，将空气中尘埃带入水中，若空气中含有碳性氧化铁尘埃，则混入循环水的磁尘埃，与铁表面接触有很强的吸着力，加剧了设备的腐蚀和结垢。空气中尘埃进入系统的悬浮物大部分沉在冷却塔池底，通过排污系统带出，但仍有一部分悬浮在冷却水中，使其浊度增大。此外，其他途径也会进入许多杂质，如由于换热设备等的工艺渗漏。

（四）微生物含量变化与污垢

日光、水温及循环水中的营养成分，都是细菌、微生物繁殖利用的因素，可引起其大量繁殖。在受日光照射的部分，常产生大量藻类。在不受日光照射的部分，则由于细菌、真菌大量繁殖的结果，其分泌出的粘液像粘合剂一样，把水中悬浮的尘埃和化学沉淀物等粘附在一起，构成一种污垢，以粘膜甚至大片的粘性物质附着在管壁或者换热设备的表面，阻塞管道和降低换热效果，并会在管壁和换热设备上形成氧的浓差电池，引起腐蚀。