从上式中可以看出，如果向水中投加碱会使碳酸钙析 出。
如果碳酸钙在水中呈饱和状态，则上述反应处于平衡。 重碳酸钙既不分解成碳酸钙，碳酸钙也不会继续溶 解。此时的pH值称为饱和pH值，表示为pHs。
环境保护和可持续发展(1)
1936年，朗格利尔(Langlier)根据自己关于水中碳酸
溶解平衡理论，提出了描述碳酸钙固体与含二氧化碳溶液
环境保护和可持续发展(1)
（2）微生物腐蚀
微生物的 生命活动 直接或间 接的对金 属材料产 生腐蚀
细菌、藻类、 原生动物
微生物参与 了引起金属 腐蚀的电化 学反应（钛 合金除外）
环境保护和可持续发展(1)
1）厌氧腐蚀 厌氧腐蚀是在缺氧或无氧的条件下，一些厌氧菌利用 氧化还原反应产生能量的过程中对材料产生的腐蚀。 最典型的是硫酸盐还原菌的腐蚀过程，在硫酸盐的还 原过程中，六价的硫还原为二价的硫，腐蚀的生成物为 FeS 和 Fe(OH)2。 当水中存在CO2时，发生反应:
说明，系统初期进入的盐量大于排出的盐量。随着系统 的运行，循环冷却水中含盐量逐渐提高，引起循环水盐分的 浓缩。当循环水的含盐量由初期的 S1 增加到某一数值 Sp 时，从系统中排出的盐量即等于进入系统的盐量，达到浓缩 平衡。表达式为：
SB(P1 + P2 + P3 + P4) ＝ Sp(P2 + P3 + P4)
SBP = SB(P1 + P2 + P3 + P4) 式中 S — 循环水含盐量；
SB — 补充水含盐量。
环境保护和可持续为新鲜的补充水水
质，循环冷却水中的含盐量 S1 = SB 。因此，有： SB(P1 + P2 + P3 + P4) > S1(P2 + P3 + P4)
热流体
热水
蒸发P1
循环 水泵
渗漏P3
风吹P2
冷水
补充水 P1+P2+P3+P4
排污P4 环境保护和可持续发展(1)
总的水量损失（P）为：P = P1 + P2 + P3 + P4 循环冷却水在蒸发时，水分损失了，但盐分却留在了水 中。 风吹、渗漏和排污所带走的盐量为：
S（P2 + P3 + P4） 补充水带进系统的盐量为：
环境保护和可持续发展 (1)
2020/11/23
环境保护和可持续发展(1)
24.1 循环冷却水水质特点和处理要求
环境保护和可持续发展(1)
24.1.1 循环冷却水的水质特点
（1）循环冷却水的浓缩作用
循环冷却水在循环过程中会产生 4 种水量损失：蒸
发损失（P1）、风吹损失（P2）、渗漏损失（P3）和排污损 失（P4）
Ⅱ 1.年污垢热阻<1.4×10-4 m2h℃/kJ
2.腐蚀率<0.2mm/a
Ⅲ 1.年污垢热阻 1.4×10-4m2h℃/kJ
2.腐蚀率 0.2mm/a
电导率(s/cm) 采用缓蚀处理
总碱度 (mmol/L)
采用阻垢处理
pH值
允许值
<20
<50 <100 <3000
<7 6.5-9.0
环境保护和可持续发展(1)
式中
C0 — 循环冷却水未处理时的腐蚀率；
CL — 循环冷却水经处理后的腐蚀率。
环境保护和可持续发展(1)
（3）污垢热阻 热阻为传热系数的倒数。热交换器传热面由于沉积物
的沉积使传热系数下降，从而使热阻增加的量称为污垢热 阻。
热交换器的热阻在不同时刻，由于垢层厚度的不同而 有不同的污垢热阻值。一般在某一时刻测得的污垢热阻称 为即时污垢热阻。此值为经过 t 小时后的传热系数的倒 数和开始时的传热系数的倒数之差。
循环水结垢控制指标
控制参数
pHs 溶解度
pHp 溶解度
控制指标
pHo>pHs +(0.5-2.5) [Ca2+] × [SO42+] >500000
pHo>pHp +1.5 [Mg2+] × [SiO32-] >3500
环境保护和可持续发展(1)
24.2 循环冷却水处理
水质稳定技术经历了四个发展阶段： 第一阶段是20世纪30年代，着重解决城市给水系统中出 现的结垢和腐蚀问题。 第二阶段是40-50年代，当时为了节水，实行工业冷却水 的循环利用，主要是解决工业循环用水中的结垢问题。 第三阶段是50-60年代，由于水体污染，水资源缺乏，对 工业循环用水的要求越来越高。因此，主要是控制循环水引 起的设备腐蚀、结垢和生物污垢。
OH-从阴极区向阳极区移动，阴极和阳极的产物发生反 应：
如果水中溶解氧比较充足，Fe(OH)2会进一步氧化，生
成黄色的铁锈FeOOH或Fe2O3·H2O，
而不是Fe(OH)3。如果水中的溶解氧
不足，则生成绿色的水合四氧化三
铁或黑色的无水四氧化三铁。
Fe2O3
环境保护和可持续发展(1)
得出结论，金属的腐蚀实质就是阳极的溶解反应，而阴 极区是不腐蚀的。
环境保护和可持续发展(1)
牺牲阳极 保护法
阴极保护法
将较活泼的金属连接在被保护的金 属上，使之它与被保护金属在电解 质溶液（例如土壤中的水）中成为 原电池
环境保护和可持续发展(1)
牺牲阳极 保护法
阴极保护法
外加电流 保护法
将较活泼的金属连接在被保护的金 属上，使之它与被保护金属在电解 质溶液（例如土壤中的水）中成为 原电池
之间的平衡关系表达式：以水的实际pＨ值减去饱和pＨ值
计算。
由经验公式计算
LSI>0，水中溶解CaCO3量超过饱和量，有结垢倾向； LSI<0，水中溶解CaCO3量低于饱和量，CO2过量，有腐蚀
倾向； LSI＝0，水质稳定。
环境保护和可持续发展(1)
该指数的提出在一定程度上解决了我们如何判断水质 的结垢、腐蚀倾向的问题，至今还被广泛采用。
环境保护和可持续发展(1)
（4）循环冷却水的水温变化 循环冷却水在换热设备中是升温过程，水温升高时，除 了降低钙、镁盐类的溶解度及部分二氧化碳的逸出外，还提 高了平衡二氧化碳的需求量。即使原水中的二氧化碳没有损 失，但当水温升高后，由于平衡二氧化碳需求量的升高，也 会因原有二氧化碳的不足，使循环水失去稳定性而具有产生 结垢的趋势。 循环水在冷却构筑物中是降温过程，当水温降低时，水 中平衡二氧化碳的需求量也降低，如果低于水中二氧化碳的 含量，则水中的二氧化碳具有产生腐蚀的趋势。
环境保护和可持续发展(1)
环境保护和可持续发展(1)
24.1.2 循环冷却水的基本水质要求
敞开式循环冷却系统冷却水主要水质指标
项目
要求条件
1.年污垢热阻<9.5×10-5 m2h℃/kJ
浊
Ⅰ
2.有油类粘性污染物时,年污垢热阻< 1.4×10-4 m2h℃/kJ
度 (度)
3.腐蚀率<0.125mm/a
原电池的工作原理。 阳极发生的是氧化反应，即被腐蚀的电极；阴极发生的
是还原反应。
环境保护和可持续发展(1)
1）阳极溶解过程（铁的腐蚀） 阳极溶解的反应为： 电子通过电子导体即金属从阳极迁移至阴极，Fe2＋从阳 极区向阴极区迁移。
环境保护和可持续发展(1)
受：
2）阴极反应 从阳极迁移至阴极的电子被溶液中的氧化剂（O2）所接
（3）循环冷却水的水质污染 由于循环冷却水是一个敞开的系统，它的水质污染来自
多方面，包括： 1）大气中的多种杂质，如尘埃、悬浮固体及溶解气体
SO2、H2S、NH3 等。 2）循环系统的渗漏导致的污染物进入循环水中。 3）在冷却水处理过程中，由于加入药剂所产生的沉积
物。 4）系统内微生物繁殖及其分泌物形成的粘性污垢。
没有微生 物作用
好氧微生 物作用
厌氧微生 物作用
Fe2O3
FeSO4
H2↑ H2O→H++OH-
FeS H2S
环境保护和可持续发展(1)
（3）腐蚀的控制方法 电化学腐蚀
阴极保护法
将被保护的金属作为腐蚀电池的阴 极或作为电解池的负极而不受腐蚀
投加缓蚀剂
在循环水系统中投加缓蚀剂，使其 在金属表面形成一层薄膜，将金属 表面覆盖起来，从而与腐蚀介质隔 绝，防止金属的腐蚀
环境保护和可持续发展(1)
往往腐蚀深度比平均腐蚀更有意义，通常以“点蚀系 数”来反映腐蚀深度的危害程度。点蚀系数是金属最大腐 蚀深度与平均腐蚀深度之比。
点蚀是一种腐蚀集中在金属表面数十微米范围内，且 向纵深发展的腐蚀形式。造成点蚀的原因是由于在金属表 面形成的很多高度活性阳极部位所产生的。
（2）缓蚀率 经水质处理后，使腐蚀率降低的效果称为缓蚀率。
不过，通过实践发现，该指数对于判断水质的结垢性比 较准确，而在判断水质的腐蚀性方面有些偏差，曾经发现 LSI达到2，但腐蚀的问题依然存在的情况。
所以对于此指数的运用只能适当参考，不能把它作为 判断系统水质倾向、尤其是腐蚀倾向的唯一标准。
环境保护和可持续发展(1)
结垢
CaCO3 CaSO4 Ca3(PO4)2 MgSiO3
（2）循环水中 CO2 的散失和 O2 的增加 天然水中含有一定数量的重碳酸盐和游离 CO2。当它们 在水中的浓度平衡时，水质是稳定的；否则，水质是不稳定 的。 水在冷却塔内的淋洒过程中所引起的 CO2 的散失，加重 了水中碳酸钙的沉淀。与此同时，水中 O2 的增加，又助长 了水的腐蚀性。
环境保护和可持续发展(1)
环境保护和可持续发展(1)
式中
Rt — 即时污垢热阻，m2h℃/kJ； K0 — 开始时，传热表面清洁时所测得的总传热系