第一章 循环冷却水系统 1
第一节 循环冷却水系统 1
目录 1
一、密闭式循环冷却水系统 2
二、敞开式循环冷却水系统 2
第二节 敞开式循环冷却水系统的冷却设施 4
一、敞开式循环冷却水系统冷却设施的分类 4
二、冷却塔的组成 7
三、冷却塔的效率系数 11
四、各种冷却构筑物的优缺点及适用条件 14
六、冷却构筑物的平面布置 19
五、国内设计冷却塔的典型数据 19
第三节 敞开式循环冷却水系统运行参数之间的关系 21
一、循环水系统的水量平衡 21
二、浓缩倍数与补充水量、排污水量及蒸发量的关系 22
三、浓缩倍数的选择 23
四、浓缩倍数的监测 25
五、循环水在系统内的停留时间 26
六、循环水系统的系统容积 27
第四节 盐分浓度随时间的变化及药剂消耗量的计算 27
一、敞开式循环冷却系统中溶解离子的浓度随时间的变化——浓度方程式 27
二、浓缩倍数升高或降低所需时间的计算 29
三、间断加药时药剂浓度随时间的变化及药剂消耗量的计算 31
四、连续加药时药剂消耗量的计算 32
五、一次性或首次投入药剂的加药量计算 32
第五节 悬浮物含量随时间的变化及旁流处理 32
一、在敞开式循环冷却水系统中悬浮物含量随时间的变化 33
二、循环冷却水的旁流水处理 36
三、旁滤处理量的确定 37
四、循环冷却水系统的零排污 38
第一节 水冷却用换热器的类型 39
一、夹套式换热器 39
第二章 换热器与间壁传热 39
二、蛇管式换热器 40
三、套管式换热器 41
四、列管式换热器 42
五、板式换热器 46
六、螺旋板式换热器 47
第二节 换热器的传热 48
一、管壁的热传导 48
二、热导率 49
三、水冷器的间壁传热 50
四、平均温度差的计算 53
一、污垢热阻、总热阻与总传热系数 56
第三节 污垢热阻和热流密度 56
二、水侧污垢热阻的监测 57
三、水冷器的热流密度与水侧壁温 60
第四节 对流传热系数 63
一、影响对流传热系数的因素 63
二、影响对流传热系数的准数 65
三、不同流动状况下的对流传热系数 65
（一）流体无相变化，强制对流，在直管中流动 65
（三）流体有相变化，饱和蒸汽冷凝，蒸汽流过水平管外 66
（四）板式换热器，流体无相变化 66
（二）流体无相变化，强制对流，流经壳程，垂直流过有折流板的管束 66
（五）螺旋板式换热，流体无相变化 67
第三章 天然水中的杂质及其对循环冷却水系统的影响 68
第一节 天然水中的杂质 68
一、水中杂质的主要来源 68
二、天然水中杂质的类别 68
三、天然水中溶解的离子 68
四、水中杂质含量的表示 70
五、水中杂质含量的常用单位及其换算关系 71
第二节 天然水的水质分类 72
一、按含盐量分类 72
三、按硬度和碱度的关系分类 73
二、按硬度分类 73
四、按水中主要阴阳离子分类 77
第三节 天然水中的杂质对循环冷却水系统的影响 77
一、悬浮物质和胶体 77
二、含盐量或电导率 78
三、有机物 78
四、阳离子 79
五、阴离子 81
六、溶解气体 86
第四节 循环冷却水系统对各种离子或杂质的控制要求 87
一、补充水为优质淡水时的允许含量 87
二、补充水为回收水时对一些盐类和污染物的限制 89
第四章 敞开式循环冷却水系统的pH值、碱度和碳酸钙饱和pH值 90
第一节 碱度与碳酸平衡 90
一、碳酸平衡 90
二、碳酸平衡与pH值 91
三、碱度的组成 93
四、M碱度与P碱度的关系 94
第二节 循环冷却水系统中的pH值与碳酸盐碱度 95
一、pH值与碳酸盐碱度对循环冷却水的影响 95
二、浓缩后的自然pH值 96
三、自然pH值的计算 97
四、敞开式循环冷却水系统中的碱度 102
五、循环水调pH值时加酸量的计算 107
六、选择循环冷却水自然pH值及总碱度M计算公式的有关问题 108
第三节 碳酸钙饱和pH值 109
一、碳酸钙的溶解平衡 109
二、目前碳酸钙饱和pH值（pHs）的计算方法及其优缺点 111
三、推荐的碳酸钙饱和pH值（pHs）计算方法 112
四、计算碳酸钙饱和pH值的几个问题 117
第五章 沉积物、水垢及其控制 120
第一节 沉积物的分类、来源及其危害 120
一、沉积物的分类 120
三、沉积物的危害 121
二、沉积物的来源 121
第二节 水垢的形成 123
一、水垢 123
二、难溶或微溶盐的溶度积 123
三、难溶或微溶盐的过饱和 124
四、难溶或微溶盐的结晶析出与过饱和区 125
第三节 难溶或微溶盐结垢趋势的判断 126
一、碳酸钙水垢 126
二、磷酸钙水垢 130
第四节 水垢的控制 137
一、除去部分成垢离子 137
二、加酸或通二氧化碳气，降低pH值，稳定碳酸氢盐 140
三、加阻垢剂，破坏成垢盐类的结晶生长 141
第五节 常用阻垢剂 142
一、聚羧酸阻垢剂 143
（一）常用的均聚羧酸 143
（二）多元共聚物 145
（三）绿色均聚物 148
二、膦酸 148
三、膦羧酸 152
四、有机磷酸酯 152
五、阻垢剂的毒性 154
一、金属的电化学腐蚀 156
（一）金属的电极电位 156
第一节 金属的电化学腐蚀——金属的腐蚀机理 156
第六章 金属的腐蚀及其控制 156
（二）金属的电化学腐蚀过程 157
二、冷却水中产生电化学腐蚀的条件 158
三、产生阴阳极的各种因素 158
（一）金属组织表面的不均匀性 159
（二）不同金属的电偶序不同 159
（三）浓差电池 160
第二节 冷却水中金属腐蚀的类型 161
一、全面腐蚀与局部腐蚀 161
（二）局部腐蚀——点蚀，又称孔蚀、坑蚀 162
二、冷却水中常见的金属腐蚀类型 162
（一）溶解氧腐蚀——碳钢在水中的全面腐蚀 162
（三）局部腐蚀——缝隙腐蚀及垢下腐蚀 163
（四）局部腐蚀——磨损腐蚀与气蚀 163
（五）局部腐蚀——应力腐蚀开裂 163
（六）微生物腐蚀 165
第三节 金属的腐蚀速度 166
一、腐蚀速度与极化作用、去极化作用 166
二、腐蚀速度的表示方法及其换算 166
三、循环冷却水系统中腐蚀速度的控制指标 167
一、化学处理法——添加缓蚀剂 169
第四节 腐蚀控制的方法 169
二、提高循环冷却水系统运行的pH值 170
三、涂料覆盖法 171
四、使用耐蚀材料换热器 173
五、电化学保护法——阴极保护法 174
第五节 缓蚀剂的分类及其缓蚀机理 174
一、缓蚀剂的分类 174
二、氧化膜型缓蚀剂 175
三、沉淀膜型缓蚀剂 176
四、吸附膜型缓蚀剂 176
一、铬酸盐 177
第六节 常用缓蚀剂 177
二、聚合磷酸盐 178
三、非铬非磷缓蚀剂 180
（一）锌盐 180
（二）钼酸盐 181
（三）钨酸盐 182
（四）硅酸盐 182
（五）亚硝酸盐 183
四、铜缓蚀剂 183
（一）杂环化合物 183
（二）硫酸亚铁 185
五、缓蚀剂的毒性 186
第七章 微生物的危害及其控制 187
第一节 微生物的知识简要 187
一、什么是微生物 187
二、微生物的类群 188
三、微生物细胞的结构 189
四、微生物的生存条件 191
第二节 冷却水系统中常见的微生物及其危害 193
一、系统中危害微生物的来源及繁殖 194
二、循环水中危害性微生物的种类 195
（一）好气异养细菌 195
（二）硫氧化细菌 197
（三）硫酸盐还原菌 198
（四）铁细菌 200
（五）氮化细菌 203
（六）动胶菌属（Zoogloea） 205
（七）藻类 206
（八）真菌类 210
（九）原生动物、小型动物和昆虫 213
三、微生物的黏附、腐蚀及其对循环冷却水系统的危害 214
（一）微生物的腐蚀机制 214
（二）微生物黏泥与污垢沉积 217
（三）微生物黏附的危害 217
（四）各种微生物的综合危害 218
第三节 化学杀生法控制微生物 219
一、杀生剂的作用机制 220
二、氧化性杀生剂 222
（一）氯和次氯酸盐 222
（二）氯化异氰尿酸类 226
（三）二氧化氯 228
（四）溴及溴化物 230
（五）臭氧 232
（六）其他氧化性杀生剂 233
三、非氧化性杀生剂 234
（一）氯酚类 235
（二）胺类 236
（三）有机硫类 238
（四）酰胺类 240
（五）噻唑类 241
（六）重金属类 242
（七）醛类 243
（八）季鏻盐类 244
（九）洗必泰 244
四、杀生剂的毒性 244
（三）常用杀生剂的毒性数据 245
（二）杀生剂的LD50 245
（一）杀生剂的LC50或TLm 245
（四）使用杀生剂的安全防护 248
（五）杀生剂的降解与系统排污 249
五、杀生剂的选择 249
第八章 现场微生物的监控技术 251
第一节 控制微生物是搞好循环冷却水化学处理的关键 251
一、微生物黏泥附着的严重危害性 252
二、黏泥产生及其危害的快速性 257
三、微生物黏泥附着对缓蚀阻垢配方作用的影响 257
第二节 氨污染对循环冷却水的危害 258
一、循环冷却水中氨的来源 258
二、氨对循环冷却水的危害及其原因 260
三、氨污染对氮肥厂循环冷却水系统的实际危害 263
四、氨污染危害是氮肥厂循环冷却水系统的主要危害 271
五、氨污染危害的控制方法 273
（一）加大加氯机能力，快速通氯 273
（二）使用非氧化性杀生剂 275
（三）加强监测，控制泄漏 276
第三节 补充水质污染对循环冷却水系统的危害及处理 277
一、污染物质源自补充水 277
二、补充水的预处理 277
三、补充水水质污染对循环冷却水系统的实际危害 281
（二）预处理不当，补充水含菌过多 282
（一）未经预处理的脏水进入系统 282
第四节 科学应用杀生剂 286
一、以氯为主，辅助使用非氧化性杀生剂 287
二、科学使用非氧化性杀生剂 289
三、科学加氯 290
第五节 循环冷却水系统的综合管理 294
一、防止大气通过冷却塔污染系统 295
二、加强灯火管制及滤网管理防昆虫 295
三、加强滤网管理，防止机械杂质危害 296
四、冷却塔防藻 296
六、减少工艺泄漏物的危害 298
五、木结构的防护 298
七、设法排除系统中的污染物 301
第六节 微生物的监测 302
一、根据装置的特点，采用微生物与化学分析相结合的监测方法 303
二、微生物检测的基本方法 304
三、生物黏泥的测定方法 308
（一）黏泥量的测定方法 308
（二）黏泥附着量的测定方法 310
一、腐蚀程度可能增长 311
二、水垢倾向可能增长 311
第一节 敞开式循环冷却水给系统带来的问题 311
第九章 循环冷却水的化学处理与缓蚀阻垢配方和运行条件的选择 311
三、容易形成沉积物 312
四、危害的后果 312
第二节 循环冷却水化学处理的可行性 313
一、化学处理的药剂 313
二、化学处理的效果 314
三、化学处理的费用 316
第三节 缓蚀阻垢配方的类型 319
一、单一药剂及复合药剂配方 319
二、配方的类型 319
（一）铬系 319
（二）磷系 320
（三）钼系及钨系 322
（四）硅系 322
（五）全有机系 323
三、典型的复合药剂配方 323
（一）锌盐／聚合磷酸盐 323
（二）聚合磷酸盐／膦酸盐／聚羧酸盐 324
（三）锌盐／聚合磷酸盐／膦酸盐／聚羧酸盐 326
（四）锌盐／多元醇磷酸酯／聚羧酸盐／磺化木质素 326
（五）膦酸盐／聚羧酸盐或锌盐／膦酸盐／聚羧酸盐 326
（六）膦酸盐／膦羧酸盐／聚羧酸盐 327
（七）聚合磷酸盐／钼酸盐 328
四、关于腐殖酸钠 328
第四节 循环冷却水的运行条件与缓蚀阻垢配方的关系 330
一、浓缩倍数指标 330
二、pH值指标 331
第五节 缓蚀阻垢配方及运行条件选择的步骤 333
一、现场实际情况的调查 333
二、配方的初选 335
三、选择缓蚀阻垢药剂时应注意的问题 336
第六节 筛选配方的试验方法 337
一、静态阻垢评定法 337
四、通过试验选定配方及运行条件 337
二、旋转挂片失重法 338
三、动态污垢监测法 339
四、动态模拟试验法 341
（一）试验方法 341
（二）水冷器的模拟条件与加热方式 343
第十章 清洗、预膜和冷态运行 347
第一节 清洗 347
一、开车前的系统清洗 347
（一）系统水冲洗 347
（二）系统化学清洗 348
二、单台清洗 349
（一）人工清洗 350
（二）高压水力清洗 350
（三）酸清洗 350
（四）碱清洗 353
（五）钝化处理 354
三、不停车的系统清洗 354
（一）黏泥的剥离清洗 355
（二）水垢的清洗 357
四、不停车的单台清洗 358
（一）空气搅动法 358
第二节 预膜 359
（三）胶球清洗法 359
（二）反冲洗法 359
一、预膜的目的和方法 360
二、预膜剂的类型 360
三、磷系预膜的条件 362
四、预膜的运行与监测 363
第三节 冷态运行 364
第十一章 循环冷却水系统的科学管理和现场监测 366
第一节 严格操作管理 366
一、系统水量的管理 366
二、加药管理 367
三、水质指标的管理 368
第二节 现场监测工作制度化 369
一、水质分析 370
（一）水质全分析 370
（二）控制分析 372
二、监测换热器和监测挂片 372
三、现场水冷器的监测 373
四、微生物监测 373
五、大修综合考查 373
六、对系统和水冷器处理效果的评定 375
七、建立并完善化学处理的技术档案 377
第三节 水冷器的损坏与更换的原因 377
一、碳钢水冷器的垢下腐蚀穿孔 378
二、不锈钢壳程水冷器的应力腐蚀开裂 382
三、管板渗漏 384
四、涂料损坏或使用不当 384
五、电偶腐蚀 384
六、换热管磨损 385
七、水冷器工艺侧介质腐蚀 385
八、准确的水冷器更换计划 385
附录 391
附录1 水的部分物理化学性质 391
附录2 水的部分常用物理性质 392
附录3 0～99.4％真空时水的沸点 394
附录4 水的汽化热 395
附录5 水的离子积常数 396
附录6 部分易溶盐类的溶解度（20℃）［g/（100g水）］ 396
附录7 部分难溶盐类的溶度积常数（25℃） 397
附录8 不同温度下的碳酸平衡常数 397
附录9 不同pH值下的碳酸平衡系数（25℃） 398
附录10 空气的重要物理性质（0.101MPa,760mmHg压力下） 401
附录11 工业循环冷却水水质分析及试验方法国家标准 402
附录12 工业循环冷却水水质、污垢、缓蚀阻垢剂的分析测定方法化工行业标准 403
附录13 部分常用计量单位及有关换算关系 404
参考文献 408