工業循環冷卻水處理物理方法
1 靜電水處理
1）概況
靜電水處理法又稱高壓靜電法。它的核心部分是靜電水處理器(又稱靜電水垢控制器、靜電除垢器、靜電水發生器)。靜電水處理器由二部分組成：高壓直流電源(供給高電壓)和水處理器(水通過其腔體，經受靜電場處理后再進入用水設備)。具體情況見圖1。
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2）技術參數(以ESC-100型為例)
輸入電壓(交流)，V 220
最大流量，t/h 100
輸出電壓(直流)，kV 4～5
水溫，℃<90
電耗，W 15
外型尺寸，mm 1200×280×450
3）性能
阻垢率95%
滅藻率>98%
殺菌率92%
水質總硬度（CaCO3）<700 mg/L
4）機理
使水分子進一步極化，從而增加碳酸鈣在水中的溶解度（阻垢作用機理）。高壓靜電場破壞水中的細菌和藻類的細胞組織（殺菌滅藻機理）。
5）優點
（1）既可防垢除垢，又可殺菌滅藻；
（2）體積小；
（3）效果好；
（4）功耗小，節能；
（5）設備經久耐用；
（6）管理方便；
（7）不污染環境；
（8）占地面積小。
6）缺點
（1）對金屬腐蝕沒有明顯的抑制作用；
（2）對污垢的沉積也沒有抑制作用。
2 膜處理法
膜技術是最近30年來發展起來的一種高新技術，是當今水處理研究中最活躍的領域之一。膜分離法是利用特殊的薄膜對液體中的某些成分進行選擇性透過的方法的總稱。表3中列出了典型膜濾法的某些特性。
1）反滲透（RO）
反滲透是以壓力為動力，并利用反滲透膜只能透過水而不能透過溶質的選擇透過性而從水體中提取純水的物質分離過程。反滲透法主要用于海水和苦咸水淡化、鍋爐給水處理、高濃縮倍數的冷卻水處理、飲用水處理和廢水處理。反滲透能分離分子量500以下的溶質分子，因此對水中有機物和無機物有很高的除去率。這是給水和廢水深度凈化處理中的一種有效分離技術。但反滲透膜使用壓力較高，產水量較低，水回收率只有75%~80%，因此運行費用較高。
2）納濾（NF）
納濾是近10年來發展相當快的一種膜技術，操作壓力僅為0.5 MPa，對Ca2+、Mg2+等二價離子具有很高的去除率。納濾能去除1nm（納米）左右的溶質粒子，故稱納濾，它截留物質的分子量為100~1 000。
水在納濾膜中的滲透率遠大于在反滲透膜中，所以當需要對低濃度的二價離子和分子量在500到數千的溶質截留時，選擇納濾工藝比使用反滲透工藝更為先進，預計今后納濾法將逐步代替常規的石灰軟化法和離子交換軟化法。
膜軟化法是基于納濾膜對二價離子的高脫除性而開發的新型膜分離過程。與傳統的石灰軟化法和離子交換軟化法相比，它有不消耗大量石灰、鹽和堿等藥劑，無污泥，不要再生，可完全去除懸浮物和大部分有機物，操作簡便和占地少等優點。膜軟化法在美國應用已很普遍，特別是新建的軟化水廠多采用此新工藝。
3）膜處理法的組合工藝
采用組合工藝可以防止膜被污染，使各種水處理工藝優勢互補，提高水處理綜合效果。膜處理法的組合工藝有絮凝/超濾組合工藝、預處理/納濾組合工藝、超濾或微濾/活性碳組合工藝、臭氧/膜法組合工藝、微濾/納濾組合工藝、超濾/反滲透組合工藝等。
3 陰極保護
陰極保護是籍助于直流電流從被保護金屬周圍的電解質（例如冷卻水）中流入該金屬，使該金屬的電位負移到指定的保護電位范圍內，從而使該金屬免于腐蝕的一種金屬保護方法。
1）陰極保護的種類
冷卻水系統中的陰極保護方法可以分為二大類：第一類是通過外加電流來實現的陰極保護，被稱為外加電流陰極保護；第二類是通過與犧牲陰極（鎂合金陽極、鋅合金陽極、鋁合金陽極等）偶聯來實現的陰極保護被稱為犧牲陽極陰極保護。
2）陰極保護在冷卻水處理中的作用
（1）減輕或防止鐵質水室/銅合金管板/銅合金管，或鐵質水室/銅合金管板/鈦管或不銹鋼管，或鐵質水室/鐵質管板/不銹鋼管組裝而成的換熱器或凝汽器中的電偶腐蝕；
（2）減輕或消除輸送海水的大口徑輸水管道內壁腐蝕；
（3）減輕或消除冷卻水對換熱器或凝汽器中銅合金管端的沖擊腐蝕和孔蝕。
3）應用實例
江蘇某石化公司煉油廠將陰極保護技術應用于該煉油廠的水冷器上，抑制其水相腐蝕，用于保護管箱、管束和浮頭。對管束則主要保護管口一段和管板。該廠冷卻器中，18-8不銹鋼芯子占了很大比例。18-8芯子能很好地防止油相腐蝕，故管子外壁腐蝕輕微，管子內壁腐蝕也很輕，但在管口焊縫之間的碳鋼管板上，一般都有很多銹瘤，鏟除銹瘤后可以看到很多蝕坑。嚴重時，碳鋼管板明顯下降，深入管口焊縫下，使管口發生泄露，這是典型的電偶腐蝕。后來工廠采用鎂合金犧牲陽極進行保護。具體的做法是將鎂合金犧牲陽極塊焊在管箱和浮頭上。之后，腐蝕就明顯減輕。目前，該廠主要的生產裝置例如催化、氣分、鉑重整、焦化、催化裂化等大部分水冷器都已在停工檢修時安裝了犧牲陽極，并已取得很好的防腐效果。
4 滲鋁
用粉末法滲鋁能在鋼的表面生成一種真正的冶金學上的合金。滲鋁碳鋼表面鋁擴散層的厚度可達0.1～0.3 mm，滲鋁碳鋼表面層中鋁的含量的質量分數最高可達60%。有人認為，滲鋁碳鋼的耐高溫腐蝕的性能優于304不銹鋼。一些接觸高溫腐蝕性物質的換熱器、反應器或處理高溫腐蝕性物質的爐子的鋼質管子或管線，常常進行滲鋁。有人認為，滲鋁法是向管子或管線的內側提供耐高溫腐蝕處理的唯一的實用方法。
1）滲鋁劑的組成
滲鋁劑由三部分組成：(1)鋁粉或鋁-鐵合金粉，用于提供鋁的來源；(2)氧化鋁粉，用作防粘劑；(3)催滲劑，常用氯化銨，用于保護滲鋁箱內不存在氧化性氣體，防止滲件和滲鋁劑的氧化。
2）滲鋁的鋼在煉油廠現場試驗的情況
滲鋁鋼的表面層在含H2S、CO2、SO2、SO3、NH3、東北某化肥廠安裝了一臺滲鋁鋼制造的換熱器。該換熱器總共有3115根滲鋁鋼管(鋼管的外徑38 mm，壁厚3.5 mm，管子長6000 mm)。運行了5年，沒有發現腐蝕。人們估計，這臺換熱器的壽命可長達15～20年。
5 鈦和鈦鈀合金
鈦具有優異的耐蝕性能(例如耐氯離子、硫化氫等的腐蝕)，被廣泛應用于化工過程設備、煉油設備和耐蝕設備，例如各種換熱器中。
1）鈦耐蝕性的特點
鈦的耐蝕性是基于鈦的鈍性。鈦的鈍性有以下三個特點：
(1)致鈍電位低，容易鈍化。
(2)陽極極化曲線上的鈍化區很寬，說明鈦的鈍態極穩定，不易過鈍化。鈦有這樣高的鈍態穩定性是由于鈦表面上生成了TiO2鈍化膜的緣故。
(3)當水中有氯離子存在時，鈍態也不會破壞，故鈦具有耐氯離子腐蝕的特性。鈦在海水中完全耐蝕，而且耐孔蝕和耐空泡腐蝕。鈦的這些特性都超過了不銹鋼和銅合金(見表5)因此，近年來一些用海水作冷卻水的濱海發電廠和煉環烷酸和脂肪酸的高溫氣體中，有很強的耐蝕性，表4中列出了未滲鋁的鋼和已滲鋁的鋼在煉油廠中現場試驗的結果。
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2）鈦鈀合金耐蝕性的特點
少量鈀(0.1%～0.5%)加入鈦中能提高其析氫反應的速度，促進鈦的陽極鈍化，從而使在鹽酸、硫酸等非氧化性酸中原來不耐蝕的鈦變為耐蝕。鈦鈀合金的優點是在高溫高濃度氯化物溶液中非常耐蝕，不產生縫隙腐蝕。它另一個優點是不易因腐蝕而產生氫脆。鈦鈀合金耐蝕性的特點是既耐氧化性酸的腐蝕，也耐還原性酸的腐蝕。但它對強還原性酸是不耐蝕的。
3）應用實例
日本某煉油廠的一些原油塔頂冷凝器中的管束原是用鋁黃銅制造，管板是用鋁青銅制造的。管程中冷卻水是海水，殼程中的工藝介質則是含Cl-1和H2S腐蝕性物質的原油蒸汽和冷凝液。每次檢修時，大有20～30根管子需要更換。后來該廠把塔頂冷凝器中的鋁黃銅管束更換成鈀進行了表面處理的鈦管束，結果十分成功。在些原先經常發生縫隙腐蝕的表面/表面的界面縫隙）處，例如墊圈/金屬、管子/管板、折流板/子、垢或沉積物/管子表面的界面處，都沒有發生縫隙腐蝕。
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