冷水流过需要降温的生产设备（常称换热设备，如换热器、冷凝器、反应器），使其降温，而冷水温度上升。

  直流水系统的定义：在直流水系统中，冷却水只经换热器一次利用后就被排掉了，所以直流水又称为一次利用水，由于用水量很大，因此在水量丰富的地区也不提倡采用直流水系统。

  循环水系统的定义：在循环水系统中，冷却水能反复使用，水经换热器后温度上升，由冷却塔或其他冷却设备将水温降低下来，再由泵将水送往用户，水如此不断的进行重复使用。

  水中各种矿物质和离子含量一般不发生明显的变化，而水的再冷却是在另一台换热设备中用其他冷却介质来进行冷却的。

  冷却水循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的。水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。

  3.循环冷却水系统的组成：补充水系统、旁滤水处理系统、管网系统、水冷却设施。

  天然水中含有少数的重碳酸盐和游离CO2，水在冷却塔淋洒过程中（相当于曝气）将使CO2散失和O2增加。

  冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度上升，水流速度的变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，会产生严重的沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生，以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题。我们把它们归结为三类：

  这些问题不加以解决与控制，它们会威胁和破坏工厂长周期地安全生产，甚至造成经济损失，因此不能掉以轻心，所以我们一定要要选择一种实用的循环冷却水处理方案，是以上问题得以解决或改善。

  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传热管表面。这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。通常，人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者统称为污垢。

  污垢：污垢一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其粘性分泌物等组成。

  水处理控制不当，补充水浊度过高，细微泥砂、胶状物质等带入冷却水系统，或者菌藻杀灭不及时，或腐蚀严重、腐蚀产物多等都会加剧污垢的形成。由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为软垢。

  当这样的水质流经换热器表面时，容易形成污垢沉积物，特别是当水走壳层，流速较慢的部位污垢沉积物更多。大量的污垢沉积会引起垢下腐蚀，同时又是某些细菌（厌氧菌）生存和繁殖的温床。

  水垢：天然水中溶解有各种盐类，其中又以溶解的重碳酸盐如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2为最多，也最不稳定，容易分解生成碳酸盐。

  使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时，会受热分解：

  冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程，溶解在水中的CO2会逸出，因此，水的PH值会升高。此时，重碳酸盐在碱性条件下会发生反应：

  碳酸钙和磷酸钙均属于微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙要小得多。此外，碳酸钙和磷酸钙的溶解度与一般的盐类不同，它们不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器的传热表面上，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当水流速度比较小或传热面比较粗糙时，这些结晶沉积物就容易在传热表面上。

  此外，水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等，当其阴、阳离子溶度的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀沉积在传热表面上。

  以上所述的此类沉积物通称为水垢。因这些水垢都是由无机盐组成，故又称为无机垢；由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又称为硬垢。它们通常牢固地附着在换热表面上，不易被水冲洗掉。

  水垢的控制：冷却水中如无过量的PO43-或SiO2，则磷酸钙垢和硅酸盐垢是不容易生成的。循环冷却水系统中最易生成的水垢是碳酸钙垢，在此谈沉积物控制主要是指如何防止碳酸盐水垢的析出。

  污垢的控制：污垢的形成主要是由尘土、杂物碎屑、菌藻尸体及其分泌物和细微水垢、腐蚀产物等构成。因此，欲控制好污垢，必须做到下图几点：

  工业循环冷却水系统中大多数的换热器是由碳钢制造的，又因为种种原因，碳钢的金属表面并不是均匀的。当他与冷却水接触时，会形成许多微小的腐蚀电池（微电池）。其中活泼的部位成为阳极，腐蚀学上称为阳极区；而不活泼的部位则成为阴极，腐蚀学上称为阴极区。

  在阳极区，碳钢氧化生成亚铁离子进入水中，并在碳钢的金属基体上留下两个电子。与此同时，水中的溶解氧则在阴极区接受从阳极区流过来的两个电子，还原为OH－。两个去可以表示为：

  当亚铁离子和氢氧根离子在水中相遇时，就会生成Fe(OH)2沉淀：Fe2++2OH- ＝Fe(OH)2

  在冷却水系统的正常运行过程中以及化学洗涤过程中，金属常常会发生不同形态的腐蚀。

  冷却水中金属换热设备腐蚀的影响因素很多，概括起来可大致分为化学因素、物理因素和微生物因素。先仅讨论其中的一些化学因素和物理因素，微生物方面待在谈微生物时再详细讨论。

  工业冷却水系统中的金属设备有各种换热器（水冷器、冷凝器、凝汽器等）、泵、管道、阀门等。由于换热器腐蚀后更换的费用较大，更重要的是由于换热器管壁腐蚀穿孔和泄漏造成的经济损失更大，因此冷却水系统中的腐蚀控制主要是各种换热器或换热设备的腐蚀控制。

  《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2007）中对循环冷却水系统中腐蚀控制指标规定：碳钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于0.125mm/a；铜、铜合金和不锈钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于0.005mm/a。

  由此可见，对冷却水系统中金属的腐蚀控制不是要求金属绝对不发生（即腐蚀速度为零），而是要求把金属的腐蚀速度控制在一些范围，从而把换热器的常规使用的寿命控制在一定的范围之内。

  在敞开式循环冷却水系统中，人们经常能够正常的看到微生物大量生长的情景。含有微生物的补充水不断进入循环冷却水系统，以此同时，冷却塔中从上面喷淋下来的冷却水又从逆流相遇的空气中捕集了大量的微生物进入冷却水系统。冷却水系统中充沛的水量为这些进入的微生物的生长提供了可靠的保障。冷却水的水温通常被设计在32～42℃之间，这一温度范围又特别有利于某些微生物的生长。冷却水在冷却塔内的喷淋曝气过程中溶入了大量的氧气，为好氧性微生物提供了必要的条件；而冷却水悬浮物形成的淤泥又为厌氧性微生物提供了庇护所，冷却水中的硫酸盐则成为厌氧性微生物－硫酸盐还原菌所需能量的来源。因此，有些冷却水系统成了一些微生物的一个巨大的捕集器和培养器。

  冷却水系统中并不是所有的微生物都会引起故障，但在工业冷却水系统运行时，常会遇到一些引起故障的微生物。它们是细菌、真菌和藻类。先分别对它们作一扼要的介绍：

  与藻类和霉菌相比，细菌显得微小。除非有大的菌落存在，否则就需要借助显微镜才能察见或鉴别。

  真菌对冷却水系统中的金属并没有直接的腐蚀性，但它们产生的粘状沉积物会在金属表面建立差异腐蚀电池而引起金属的腐蚀。粘状沉积物覆盖在金属表面，使冷却水中的缓蚀剂不能到那里去发挥它的防护作用。

  冷却水中的藻类主要有蓝藻、绿藻和硅藻。藻类的生长需要阳光，所以它们常常停留在阳光和水分充足的地方。

  死亡的藻类团块进入换热器中后，会堵塞换热器中的管路，降低冷却水的流量，以此来降低其冷却作用。

  藻类本身并不直接引起腐蚀，但它们生成的沉积物所覆盖的金属表面则由于形成差异腐蚀电池而常会发生沉积物下腐蚀。

  冷却水系统中金属微生物腐蚀的形态可以是严重的均匀腐蚀，也可以是缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂，但主要是点蚀。

  微生物粘泥（简称粘泥）是指由于水中溶解的营养源而引起细菌、丝状菌（霉菌）、藻类等微生物群的增殖，并以这些微生物为主体，混有泥砂、无机物和尘土等，形成附着的或堆积的软泥性沉积物。

  冷却水系统中的微生物粘泥不仅会降低换热器和冷却塔的冷却作用、恶化水质，而且还会引起冷却水系统中设备的腐蚀和降低水质稳定剂的缓蚀、阻垢和杀生作用。

  微生物粘泥的组成：以微生物菌体及其粘结在一起的粘性物质（多糖类、蛋白质等）为主体组成。

  冷却水系统中微生物的控制主要是通过对微生物生长的控制来实现的，即经过控制冷却水中的微生物的数量来实现。

  循环冷却水在其运行过程中，补充水不断进入冷却水系统。此时，补充水中的一部分水被蒸发进入大气，另一部分则留在冷却水中而被浓缩，并发生以下一系列的变化。

  循环冷却水系统中的腐蚀、结垢和微生物生长与冷却水的水质－水的化学组成和物理化学性质有着密切的关系。

  循环冷却水系统在正常运行时使用的水处理药剂是否能发挥其最佳的作用也与冷却水的水质有着十分密切的关系。

  因此，在日常运行过程中需要对冷却水系统的补充水和循环水的化学组成和化学性质进行监测和控制。

  实验室的模拟条件比较单纯和稳定，而现场生产中的条件则很复杂和多变。因此，需要在冷却水系统的日常运行期间对其中的腐蚀、沉积物和微生物的情况做现场监测。

  （1）敞开式循环冷却水系统中换热设备的碳钢管壁的腐蚀速度宜小于0.125mm/a。

  （2）敞开式循环冷却水系统中换热设备的水侧管壁的年污垢热阻值宜为1.72×10-4～3.44×10-4m2·K/W。

  （3）敞开式循环冷却水中的异养菌数宜小于5×105个/mL ，粘泥量宜小于4mL/m3。

  冷却水系统中常用的腐蚀监测方法有：试片法、旁路试验管法、线性极化法和监测换热器法。其中以试片法使用最为广泛，我们本次只对试片法做详细的介绍。

  试片法是冷却水系统中最简便、最经济、使用最广泛和最经典的腐蚀监测方法。它可以测定腐蚀速度、蚀孔密度、蚀孔深度，并了解腐蚀形态。

  标准腐蚀试片有两种：Ⅰ型和Ⅱ型。我们监测时应尽可能采用Ⅰ型，因其边缘的影响较小。

  使用时，可按以下步骤做相关操作：①启封后用不锈钢镊子把试片取出放在滤纸上；②在盛有蒸馏水的小搪瓷盆中，用脱脂棉擦洗一遍，再用蒸馏水冲洗15秒钟；③立即置于盛有化学纯无水乙醇的小搪瓷盆中，用脱脂棉擦洗两遍；④将试片放在干净滤纸上，用冷风吹干；⑤用滤纸将试片包好，放在干燥器中，24小时后称重待用。

  试片的监测时间一般为30～90天，也可将同一组试片分不同时间取出。长年观察时，每次放12个或24个试片，每月取出1或2片，分别测定腐蚀速度。最后绘出腐蚀速度－时间曲线、监测内容

  微生物粘泥会堵塞冷却水的管道，降低冷却塔和冷却水的冷却效果，降低水质稳定剂的作用，引起金属设备的腐蚀。因此冷却水中微生物粘泥量的多少，直接反映了冷却水系统中微生物活动的情况和危害。测

  生物过滤网法是让循环冷却水以一定的流速流经转子流量计后，再通过生物过滤网过滤；将过滤后的水导入水箱，测量水的体积，或由转子流量计中的流速和通过水的时间来计算水的体积；然后将生物过滤网捕集的粘泥移入量筒，测定粘泥的体积，并以1m3冷却水中含有的粘泥的体积（mL）表示粘泥量。

  （1）调解采集粘泥装置中的阀门，是冷却水的流速控制在0.8m/s左右，水量在1m3/h左右。然后关上浮游生物网的旋塞阀，过滤1m3水。

  （2）关闭进水阀门，取下浮游生物网。打开浮游生物网上的旋塞阀，将粘泥收集在一个500mL量筒内，静置30min使其沉淀后倾出上层清液。将剩余浊液转移至25mL量筒内，静置30min，记录沉淀出的粘泥

  碳酸钙垢是结晶体，它的成长是按照严格顺序，有带正电荷的Ca2+与带负电荷的CO32-相撞才能彼此结合，并按一定的方向成长。在水中加入有机膦酸时，它们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ca2+螯合，抑制了晶格向一定的方向成长，因此使晶格歪曲，长不大，也就是说晶体被有机膦酸表面去活剂的分子所包围而失去活性。这也是产生前述临界值效应的机理。同样，这种效应也可阻止其他晶体的沉淀。另外，部分吸附在晶体上的化合物，随着晶体增长被卷入晶格中，使CaCO3晶格发生位错，在垢层中形成一些空洞，分子与分子之间的相互作用减小，使垢变软。

  有机膦酸在水中能离解出H+，本身成带负电荷的阴离子，这些负离子能与Ca2+、Mg2+等金属离子形成稳定络合物，来提升了CaCO3晶粒析出时的过饱和度，也就是说增加了CaCO3在水中的溶解度。

  阻垢分散剂是含有羧基、膦酸基、无机磷等的水溶性共聚物，对Ca3(PO4)2、CaCO3垢具有卓越的阻垢能力，对铁、锌离子有良好的稳定作用，对悬浮物的分散性能好，其各项指标达到国外同种类型的产品水平。可用作循环冷却水和油田注水系统的防垢、分散作用。

  正常运行时投加浓度为20～50mg/L，可与有机膦和无机磷等复配使用，适用PH7.0 ～ 9.2。

  循环冷却水系统中控制金属腐蚀的第一种方法是向冷却水系统中添加阻垢缓蚀剂。可供冷却水系统采用的缓蚀剂并不是很多，现将敞开式和密闭式冷却水系统中几种常用的阻垢缓蚀剂罗列如下：

  异噻唑啉酮杀生剂是一种高效、广谱、低毒性的非氧化性杀生剂，它能抑制各种细菌、霉菌和藻类。在较宽的PH值范围内都有良好的杀生性能。与各种水处理药剂相容性好，不产生泡沫，杀菌力持久。

  循环冷却水中一般投加浓度为50～100mg/L，一次性投入集水池泵的吸入口。投加次数根据循环冷却水中藻类繁殖情况加以控制与调整。

  电导率仅决定于水中离子的多少和性质。代表了水中的含盐量，因此电导率越高水中含盐量越高。

  2、酸度：指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量，包括无机酸、有机酸、强酸弱碱盐等。

  总碱度＝在甲基橙指示剂变色的等当点时所需的酸量＝ HCO3- + CO32- + OH- ＝M碱度。

  5、硬度：一般将水中钙、镁离子称作硬度，钙离子叫钙硬度，钙、镁离子总量叫总硬度。

  碳酸盐硬度：主要是由钙、镁的碳酸氢盐[Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2]所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度。碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度。

  非碳酸盐硬度：主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等。

  碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度；当水的总硬度小于总碱度时，它们之差，称为负硬度。

  6、浓缩倍数：在循环冷却水中，由于蒸发而浓缩的溶解固体与补充水中溶解固体的比值。在实际测量中，通常为循环冷却水的电导率值与补充水的电导率之比，或[K+]之比。

  7、浊度：浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中的悬浮物一般是泥土、砂粒、微细的有机物和无机物、浮游生物、微生物和胶体物质等。水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射系数等有关。

  水质分析中规定：1L水中含有1mg SiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度。通常浊度越高，溶液越浑浊。

  8、COD：在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。

  9、污垢热阻：表示换热设备传热面上因沉积物而导致传热效率下降程度的数值，即换热面上沉积物所产生的传热阻力，单位为 ㎡·K / W。

  10、余氯：水中投氯，经一段时间接触后，在水中余留的游离性氯和结合性氯的总称。 是指氯投入水中后，除了与水中细菌、微生物、有机物、无机物等作用消耗一部分氯量外，还剩下了一部分氯量，这部分氯量就叫做余氯。自来水出水余氯指得是游离性余氯。

  11、总磷：总磷是水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果，以每升水样含磷毫克数计量。

  12、悬浮固体：当冷却水的流速降低时，进入系统的悬浮物容易在换热器部件的表面生成疏松的沉积物，引起垢下腐蚀。

  当冷却水的流速过高时，悬浮物的颗粒又容易对硬度较低的金属或合金产生磨损腐蚀。

  当水的流速足够高时，足量的氧到达金属表面，使金属部分或全部钝化。钝化发生后，金属的腐蚀将下降。

  如果水流速度继续增加，水对金属表面上钝化膜的冲击腐蚀将使金属的腐蚀速度重新增大。

  根据前述金属腐蚀影响的因素知，铁的氧化物溶于酸性环境，因此，低碳钢在低pH值条件下腐蚀速度快，在高pH值下腐蚀速度减慢，一般保持pH在8-9.5之间。

  少量加酸：也是将水中的重碳酸根离子变为二氧化碳，加以曝气，把二氧化碳吹脱掉，就可适当提高水中的pH值，但一定要注意控制酸的投加量。

  含膦/磷的药剂一般控制磷/膦的含量，非磷/膦的药剂可用示踪剂或其它控制项目。

  一个药剂在生产运行过程中，能否取得好的水处理效果，还是要靠现场的管理，如果管理跟不上，再好的水处理药剂，也不会取得好的水处理效果。

  在循环冷却水系统中，冷却水用过后不是立即排放，而是收回循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时会不断被蒸发损失掉，因而水中各种

  矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为维持各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水（补充水）；并排出一定量的浓缩水（排污水）。其流程如图所示：

  在冷却塔中，热水从塔顶（冷却塔内部布有溅水装置）向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，使水在填料表面上以薄膜形式与空气接触，在气水接触过程中，进行热交换，使水温降低。

  用来计算浓缩倍数的物质，要求它们的浓度除了随浓缩过程而增加外，不受其他外界条件，如加热、沉淀、投加药剂等的干扰。通常选用的物质有cl-、k+等物质或电导率。

  水在循环过程中，除因蒸发损失和维持一定的浓度倍数而排掉一定的污水外，还由于空气流由塔顶逸出时，带走部分水滴，以及管道渗漏而失去部分水，因此补充水是下列各项损失之和。

  冷却塔中，循环冷却水因蒸发而损失的水量E与气候和冷却幅度有关，通常以蒸发损失率a来表示，进入冷却塔的水量愈大，E也就愈多。

  风吹损失通常以占循环水量R的百分率来估计，其值约为：D=(0.2%～0.5%) R

  良好的循环冷却水系统，管道连接处，泵的进、出口和水池等地方都不应该有渗漏。但因管理不善，安装不好，则渗漏就不可避免。因此在考虑补充水量时，应视系统详细情况而定。

  排污水量B的确定与冷却塔的蒸发损失E和浓缩倍数K有关。关系为：B=E/(K-1)

  因此循环冷却水系统运行时，只要知道了系统中循环水量R和浓缩倍数K，就可以估算出蒸发量E、排污水量B以及补充水量M等操作系数。