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1 绪论
1.1 冷却循环水的简单介绍
1.1.1 冷却循环水的性质及结垢原因
一般工业生产需要供应大量的能量，所以工厂都会有冷却系统，而工厂的冷却系统一般采用的是循环冷却水系统。循环冷却水用过后并没有立即排放掉，因为循环水温度一般高于环境温度，如果直接排放，其中含有的能量就会被浪费，所以采取循环回收再利用。通过冷却塔或其他冷却设备来进行水的再冷却，将热的循环水降温同时回收循环水中的热量，再将冷却水循环使用。循环系统中的含有冷却塔，冷却水进入到其中进行回收热量与再次冷却。冷却水在冷却塔中以及循环的过程中要与空气接触，当其温度高于室温时，水就会不断蒸发损失，导致水中各种微量的会形成水垢的离子含量以及一些会对循环系统材料产生腐蚀的微生物含量被不断浓缩增高。当水进入冷却塔以后，空气中的可溶性气体包括CO2、O2就会进入循环水，而温度较高时，这些气体的溶解度较高，所以循环冷却水中溶解的氧和二氧化碳浓度比正常水中含量高出许多。冷却水在金属管道中循环时，因为水中含有大量的氧，而且温度较高，会造成金属管道的电化学腐蚀。水在冷却塔中不断蒸发，使水中盐离子含量逐渐增加，同时水中二氧化碳在塔中解析逸散，从而使循环系统中传热面上更加容易结垢[1]。
1.1.2 冷却循环水的国家标准
敞开式循环冷却水的水质需要严格的标准，既方便循环设备相关标准的制定，也方便了废水的统一处理。敞开式循环冷却水的水质指标应考虑到换热设备的结构型式、所用材质、实际生产的工作情况以及阻垢剂的配方等因素综合确定，所以工业循环水的水质标准有相关的规定。在没有生产一线所测的实际数据与成熟经验时，可按指标控制：
pH值 7.0~9.2，浊度< 10 mg/L，Ca2+ 30 ~ 200mg/L，甲基橙碱度< 500mg/L，Fe2+ < 0.5mg/L，SO42- 与Cl- 之和≤1500mg/L。
对于循环系统中的污垢热阻也有相关要求，腐蚀率宜符合下列指标：
污垢热阻1.72×10-2~3.44×10-1m2K/W；冷换设备的管道不能有明显的点蚀现象，碳钢管腐蚀率<0.125mm/a；铜管，铜合金和不锈钢管腐蚀率< 0.005mm/a[2]。
1.1.3 水垢的来源及种类
在美国的评价系统ASTM的分类中，冷却水系统中的沉积物可分为四大类：a. 水垢，例如碳酸钙垢；b. 淤泥，例如泥沙；c. 腐蚀产物，例如铁锈；d. 生物沉积物，例如河底污泥，其中含有大量微生物以及提供能量的生物质。由于循环水所取的水基本都是直接从自然环境中所取得非纯净水，所以出现四种沉积物的可能性都存在，通常淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者的生成物在沉积之前都是不溶于水的，所以他们三者被统称为污垢。
循环冷却水系统中的含有碳酸根，磷酸根还有硅酸根离子，所以循环水中水垢主要是碳酸钙垢，其次是磷酸钙垢和硅酸镁垢。所以研究循环冷却水系统中的水垢问题时，如果需要模拟循环水中水垢，一般以碳酸钙、磷酸钙作为模拟盐。
循环冷却水系统中最主要的水垢为碳酸钙垢，而磷酸钙和硅酸盐并没有占主要部分，其主要原因如下：
1、循环水所用的江河湖水或者地下水中的Cu2+ 、Zn2 + 、Ni2 +的浓度很低(<0. 1mg/L)，它们生成垢的量很少，故不会成为水垢的主要成分；
2、Fe2 + 、Mn2 + 在工业所取水中的含量一般在0. 1 mg/L 或以下，生成的水垢是极微量的，故也不会成为水垢的主要成分。除非循环系统中金属被严重腐蚀，不断有亚铁离子进入水中，并进一步被氧化生成Fe(OH)3 或Fe2O3 •xH2O，但它已不属于自然生成的水垢，而属于腐蚀产物；
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