【老吕说水】循环冷却水的污垢来源和种类

冷却水中污垢的来源

循环冷却水系统经常遇到的严重问题是污垢沉积，污垢主要来源于以下五个方面:

（1）来自补充水

来自补充水，未经预处理或预处理不良的补充水会将泥砂、悬浮物、微生物带入冷却水系统，即使澄清、过滤、消毒良好的补充水也会有一定的浑浊度并带有少量微生物。

澄清过程中还可能将混凝剂的水解产物、铝或铁离子留在水中，也会带入一定量的难溶或微溶盐类。

（2）来自空气

泥砂、粉尘、昆虫、微生物及孢子会随空气进入系统。当冷却设备周围大气污染时，硫化氢、二氧化硫、氨等腐蚀性气体会随空气进入循环水中造成腐蚀产物沉积。

（3）来自泄漏物

某些工艺介质的泄漏会导致污泥沉积。

（4）来自水处理药剂

如含磷药剂可能形成磷酸盐水垢，锌盐在缺乏阻垢剂的水中可能结锌垢。

（5）来自系统腐蚀所形成的腐蚀产物。

冷却水中污垢的种类

循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的换热管表面，主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成，通称为污垢。

按照形成的物理化学机制不同，污垢又可划分为析晶污垢、颗粒污垢、化学反应污垢、腐蚀污垢、凝固污垢和生物污垢六类。实际过程中常是几类污垢混杂在一起，在换热器表面多以析晶污垢和颗粒污垢的形式出现。

析晶污垢主要是由碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙（镁）等微溶盐组成。这些盐的溶解度很小，如在0℃时，碳酸钙的溶解度约为20mg/L，磷酸钙的溶解度只有0.1mg/L，且它们的溶解度随pH和水温的升高而降低，特别容易在温度高的凝汽器部位达到过饱和状态而结晶析出，当水流速度较小或传热面较粗糙时，这些结晶就会沉积在传热表面上形成水垢。

冷却塔填料内结垢情况

a、碳酸盐水垢

碳酸盐水垢是受热面与传热表面上最常见的水垢。外观为白色或灰白色，质硬而脆，附着牢固难以剥离刮除。一般天然水中都含有重碳酸盐，它在水中与二氧化碳存在平衡。

在一定温度下，冷却水中碳酸盐含量不超过溶解极限时，不会发生结垢。但在循环冷却的过程中，水与工艺介质进行换热后，水温上升，水分不断蒸发，水质会发生变化。二氧化碳在热循环水中随着上升的空气从冷却塔中逸出，二氧化碳减少，水的pH升高；由于循环水的不断浓缩，水中的钙离子和碳酸根离子浓度也相应的增加，另外，水温上升，碳酸钙的溶解度下降。这些都使反应向右进行，使得循环水的结垢趋势增大，当碳酸钙的浓度达到过饱和时，就会结晶析出形成水垢。

碳酸盐水垢中80％以上含碳酸钙，如果水中的硅酸盐及硫酸盐含量低且设备不存在腐蚀时，碳酸钙的含量可以达到95％左右。碳酸盐水垢中常含有少量的镁盐，它以氢氧化镁形式存在。含有少量的二氧化硅和氧化铁的碳酸盐水垢呈灰白色或粉红色。氧化铁的含量反应系统腐蚀的程度；二氧化硅的含量反应泥沙悬浮物沉积和水质预处理情况。

换热器内结垢情况

b、磷酸盐水垢

有些冷却水处理配方中，常投加聚磷酸盐或其他含磷药剂。由于受温度、停留时间、微生物、氧化性物质的影响，这些含磷药剂部分水解成正磷酸盐，水中有磷酸根离子存在，磷酸根离子分解率随冷却水的停留时间而异，一般为10％-40％。当水的pH较高，水中的钙离子浓度较大时，磷酸根离子与钙离子可生成溶解度很小的磷酸钙，附着在传热表面形成磷酸钙水垢。因此，在投加含有聚磷药剂的循环冷却水系统中，必须注意磷酸钙水垢的生成问题。

磷酸盐水垢外观为灰白色，质地较为疏松，水垢附着能力差，容易用刷、刮、磨等方法除去。不受热部分的磷酸盐垢松软，呈堆积状，随着受热面的热流强度和金属温度升高，结垢加重，垢质也变的坚硬难除。

c、硅酸盐水垢

硅酸盐水垢产生于原水中二氧化硅含量高的锅炉或循环冷却水中，有的水处理配方使用水玻璃作为分散剂和缓蚀剂，二氧化硅含量很高，如果水的硬度较大时，二氧化硅很容易与水中的钙离子或镁离子生成传热系数很小的硅酸钙或硅酸镁水垢。这类水垢外观呈白色，有杂质时为灰白色或粉红色，不能用一般的化学酸洗法除去，要用酸碱交替清洗。如果硅酸钙（或镁）垢中含有铝离子或铁离子等金属离子时，清洗更困难。为避免生成硅酸盐垢，通常限制冷却水中二氧化硅含量不超过150-175mg/L为宜。当镁的含量大于40mg/L，与浓度极高的钙共存时，即使二氧化硅含量低于150mg/L，仍会生成硅酸镁水垢。

硅酸的溶解度随温度和pH升高而增大。当pH＞9时，溶解度增大，当所含硅酸在溶解度之上时，硅酸缩聚，以聚合体存在。若聚合体的分子质量增大，析出成为坚硬的硅垢。

d、硫酸盐水垢

在天然水的强酸阴离子中，硫酸根的含量最高，通常为100mg/L以上，有的达300mg/L以上，在高浓缩倍率下会结成硫酸钙水垢。硫酸钙在98℃以下是稳定的二水化合物，溶解度比碳酸钙大40倍以上。在37℃以下，溶解度随温度升高而增大，在37℃以上则相反，溶解度随温度升高而减小。在98-107℃是稳定的半水化合物，在170℃以上是稳定的无水化合物。无水硫酸钙和半水硫酸钙的溶解度随水温升高迅速减小。一般冷却水系统中不会析出硫酸钙垢，但如水温较高，硫酸根离子和钙离子含量（均已碳酸钙计，mg/L）的乘积大时，仍会产生硫酸钙水垢。硫酸钙垢非常硬，难以用化学清洗除去，也不易采用常规的机械方法清除。

e、镁垢

镁在水中的含量比钙少。在镁的化合物中，氢氧化镁的溶解度最小。碳酸镁只能在二氧化碳含量高的水中存在，如果将碳酸镁放进暴露在空气中的水中，它也分解放出二氧化碳，产生氢氧化镁，所以，冷却水中只能析出氢氧化镁。

结晶态氢氧化镁的溶解度最小。刚从水中析出的粉末状的氢氧化镁的溶解度稍大。当水中的镁含量较高，pH也较高时，有可能析出镁垢。仅析出氢氧化镁垢时，大多为粉末状。在冷却水系统，镁和钙的化合物以及硅酸盐等以混合垢的形式析出。

大多数情况下，换热器表面形成的是碳酸钙水垢，这是由于地表天然水质大部分为碳酸盐型水质，水垢中含80％以上碳酸钙，而硫酸钙等其他水垢含量较少，且硫酸钙的溶解度比碳酸钙大许多，例如，在0℃时，硫酸钙的溶解度是1800mg/L，比碳酸钙约大90倍，所以碳酸钙比硫酸钙更容易析出，同时天然水中溶解的磷酸盐较少。因此，除非向水中投加过量的磷酸盐，否则磷酸钙水垢也出现的较少。所以各种阻垢处理方法的重点是解决碳酸钙的结垢问题。

供稿：张继忻               编辑：刘丽娟

拍摄：吕涛                 校对：周磊