工业循环冷却水处理物理方法
1 静电水处理
1）概况
静电水处理法又称高压静电法。它的核心部分是静电水处理器(又称静电水垢控制器、静电除垢器、静电水发生器)。静电水处理器由二部分组成：高压直流电源(供给高电压)和水处理器(水通过其腔体，经受静电场处理后再进入用水设备)。具体情况见图1。
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2）技术参数(以ESC-100型为例)
输入电压(交流)，V 220
最大流量，t/h 100
输出电压(直流)，kV 4～5
水温，℃<90
电耗，W 15
外型尺寸，mm 1200×280×450
3）性能
阻垢率95%
灭藻率>98%
杀菌率92%
水质总硬度（CaCO3）<700 mg/L
4）机理
使水分子进一步极化，从而增加碳酸钙在水中的溶解度（阻垢作用机理）。高压静电场破坏水中的细菌和藻类的细胞组织（杀菌灭藻机理）。
5）优点
（1）既可防垢除垢，又可杀菌灭藻；
（2）体积小；
（3）效果好；
（4）功耗小，节能；
（5）设备经久耐用；
（6）管理方便；
（7）不污染环境；
（8）占地面积小。
6）缺点
（1）对金属腐蚀没有明显的抑制作用；
（2）对污垢的沉积也没有抑制作用。
2 膜处理法
膜技术是最近30年来发展起来的一种高新技术，是当今水处理研究中最活跃的领域之一。膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的总称。表3中列出了典型膜滤法的某些特性。
1）反渗透（RO）
反渗透是以压力为动力，并利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性而从水体中提取纯水的物质分离过程。反渗透法主要用于海水和苦咸水淡化、锅炉给水处理、高浓缩倍数的冷却水处理、饮用水处理和废水处理。反渗透能分离分子量500以下的溶质分子，因此对水中有机物和无机物有很高的除去率。这是给水和废水深度净化处理中的一种有效分离技术。但反渗透膜使用压力较高，产水量较低，水回收率只有75%~80%，因此运行费用较高。
2）纳滤（NF）
纳滤是近10年来发展相当快的一种膜技术，操作压力仅为0.5 MPa，对Ca2+、Mg2+等二价离子具有很高的去除率。纳滤能去除1nm（纳米）左右的溶质粒子，故称纳滤，它截留物质的分子量为100~1 000。
水在纳滤膜中的渗透率远大于在反渗透膜中，所以当需要对低浓度的二价离子和分子量在500到数千的溶质截留时，选择纳滤工艺比使用反渗透工艺更为先进，预计今后纳滤法将逐步代替常规的石灰软化法和离子交换软化法。
膜软化法是基于纳滤膜对二价离子的高脱除性而开发的新型膜分离过程。与传统的石灰软化法和离子交换软化法相比，它有不消耗大量石灰、盐和碱等药剂，无污泥，不要再生，可完全去除悬浮物和大部分有机物，操作简便和占地少等优点。膜软化法在美国应用已很普遍，特别是新建的软化水厂多采用此新工艺。
3）膜处理法的组合工艺
采用组合工艺可以防止膜被污染，使各种水处理工艺优势互补，提高水处理综合效果。膜处理法的组合工艺有絮凝/超滤组合工艺、预处理/纳滤组合工艺、超滤或微滤/活性碳组合工艺、臭氧/膜法组合工艺、微滤/纳滤组合工艺、超滤/反渗透组合工艺等。
3 阴极保护
阴极保护是籍助于直流电流从被保护金属周围的电解质（例如冷却水）中流入该金属，使该金属的电位负移到指定的保护电位范围内，从而使该金属免于腐蚀的一种金属保护方法。
1）阴极保护的种类
冷却水系统中的阴极保护方法可以分为二大类：第一类是通过外加电流来实现的阴极保护，被称为外加电流阴极保护；第二类是通过与牺牲阴极（镁合金阳极、锌合金阳极、铝合金阳极等）偶联来实现的阴极保护被称为牺牲阳极阴极保护。
2）阴极保护在冷却水处理中的作用
（1）减轻或防止铁质水室/铜合金管板/铜合金管，或铁质水室/铜合金管板/钛管或不锈钢管，或铁质水室/铁质管板/不锈钢管组装而成的换热器或凝汽器中的电偶腐蚀；
（2）减轻或消除输送海水的大口径输水管道内壁腐蚀；
（3）减轻或消除冷却水对换热器或凝汽器中铜合金管端的冲击腐蚀和孔蚀。
3）应用实例
江苏某石化公司炼油厂将阴极保护技术应用于该炼油厂的水冷器上，抑制其水相腐蚀，用于保护管箱、管束和浮头。对管束则主要保护管口一段和管板。该厂冷却器中，18-8不锈钢芯子占了很大比例。18-8芯子能很好地防止油相腐蚀，故管子外壁腐蚀轻微，管子内壁腐蚀也很轻，但在管口焊缝之间的碳钢管板上，一般都有很多锈瘤，铲除锈瘤后可以看到很多蚀坑。严重时，碳钢管板明显下降，深入管口焊缝下，使管口发生泄露，这是典型的电偶腐蚀。后来工厂采用镁合金牺牲阳极进行保护。具体的做法是将镁合金牺牲阳极块焊在管箱和浮头上。之后，腐蚀就明显减轻。目前，该厂主要的生产装置例如催化、气分、铂重整、焦化、催化裂化等大部分水冷器都已在停工检修时安装了牺牲阳极，并已取得很好的防腐效果。
4 渗铝
用粉末法渗铝能在钢的表面生成一种真正的冶金学上的合金。渗铝碳钢表面铝扩散层的厚度可达0.1～0.3 mm，渗铝碳钢表面层中铝的含量的质量分数最高可达60%。有人认为，渗铝碳钢的耐高温腐蚀的性能优于304不锈钢。一些接触高温腐蚀性物质的换热器、反应器或处理高温腐蚀性物质的炉子的钢质管子或管线，常常进行渗铝。有人认为，渗铝法是向管子或管线的内侧提供耐高温腐蚀处理的唯一的实用方法。
1）渗铝剂的组成
渗铝剂由三部分组成：(1)铝粉或铝-铁合金粉，用于提供铝的来源；(2)氧化铝粉，用作防粘剂；(3)催渗剂，常用氯化铵，用于保护渗铝箱内不存在氧化性气体，防止渗件和渗铝剂的氧化。
2）渗铝的钢在炼油厂现场试验的情况
渗铝钢的表面层在含H2S、CO2、SO2、SO3、NH3、东北某化肥厂安装了一台渗铝钢制造的换热器。该换热器总共有3115根渗铝钢管(钢管的外径38 mm，壁厚3.5 mm，管子长6000 mm)。运行了5年，没有发现腐蚀。人们估计，这台换热器的寿命可长达15～20年。
5 钛和钛钯合金
钛具有优异的耐蚀性能(例如耐氯离子、硫化氢等的腐蚀)，被广泛应用于化工过程设备、炼油设备和耐蚀设备，例如各种换热器中。
1）钛耐蚀性的特点
钛的耐蚀性是基于钛的钝性。钛的钝性有以下三个特点：
(1)致钝电位低，容易钝化。
(2)阳极极化曲线上的钝化区很宽，说明钛的钝态极稳定，不易过钝化。钛有这样高的钝态稳定性是由于钛表面上生成了TiO2钝化膜的缘故。
(3)当水中有氯离子存在时，钝态也不会破坏，故钛具有耐氯离子腐蚀的特性。钛在海水中完全耐蚀，而且耐孔蚀和耐空泡腐蚀。钛的这些特性都超过了不锈钢和铜合金(见表5)因此，近年来一些用海水作冷却水的滨海发电厂和炼环烷酸和脂肪酸的高温气体中，有很强的耐蚀性，表4中列出了未渗铝的钢和已渗铝的钢在炼油厂中现场试验的结果。
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2）钛钯合金耐蚀性的特点
少量钯(0.1%～0.5%)加入钛中能提高其析氢反应的速度，促进钛的阳极钝化，从而使在盐酸、硫酸等非氧化性酸中原来不耐蚀的钛变为耐蚀。钛钯合金的优点是在高温高浓度氯化物溶液中非常耐蚀，不产生缝隙腐蚀。它另一个优点是不易因腐蚀而产生氢脆。钛钯合金耐蚀性的特点是既耐氧化性酸的腐蚀，也耐还原性酸的腐蚀。但它对强还原性酸是不耐蚀的。
3）应用实例
日本某炼油厂的一些原油塔顶冷凝器中的管束原是用铝黄铜制造，管板是用铝青铜制造的。管程中冷却水是海水，壳程中的工艺介质则是含Cl-1和H2S腐蚀性物质的原油蒸汽和冷凝液。每次检修时，大有20～30根管子需要更换。后来该厂把塔顶冷凝器中的铝黄铜管束更换成钯进行了表面处理的钛管束，结果十分成功。在些原先经常发生缝隙腐蚀的表面/表面的界面缝隙）处，例如垫圈/金属、管子/管板、折流板/子、垢或沉积物/管子表面的界面处，都没有发生缝隙腐蚀。
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