冷却塔腐蚀的控制

冷却塔提供了一种有效的散热方法，广泛应用于空间调节、制冷和工业冷却等领域。冷却水系统的腐蚀控制是世界上许多工业面临的主要挑战。

在冷却水回路中，腐蚀和结垢问题并不新鲜，但环境立法的持续趋势正导致蒸发程度越来越大，从而导致各种物质的残留浓度非常高。因此，即使最初使用的水是清洁和无腐蚀性的，由于这种浓度效应，它们也会变得具有腐蚀性，从而增加了引起垢和生物污染的倾向。

在这篇文章中，我们将看看冷却塔，它们最常见的腐蚀问题，以及如何预防它们。

冷却塔电路的类型

在闭环中，所有的冷却水都被限制在一个闭环中。不与大气接触，因此不存在被大气污染的风险。热量是通过二次回路的传导和对流而不是直接通过一次回路水的蒸发而除去的。封闭回路只能用于小型工厂，高流量系统，或有制冷装置(冰水箱)的系统。

图1:关闭循环冷却系统
来源:《冷却水中的腐蚀控制》，J.D. Harston和F. ropiital编辑

开放式再循环冷却系统，如图2所示，是应用最广泛的。半闭合电路由给水供应系统供电。循环水流量由泵维持恒定。水被热交换器中的热工艺流体加热。热水与冷却塔中的空气直接接触，通过这种接触和蒸发潜热的损失来冷却。

图2:开放式循环冷却系统
来源:《冷却水中的腐蚀控制》，J.D. Harston和F. ropiital编辑

使用未经处理的水所产生的问题

冷却水回路的三种主要问题是扩展、腐蚀和污染．这些问题密切相关，为解决其中一个问题而采取的纠正行动往往会对其他问题产生影响。

扩展

当金属或其他表面被附着的矿床覆盖时，就被认为发生了结垢。与固体颗粒从液体中沉积产生的沉积物相比，其区别在于水垢附着在表面上。水垢沉积可以增强悬浮固体的捕集能力。

在水供给的冷却回路中，结垢主要是由于碳酸钙的形成。水垢随后可能含有其他物质，如粘土、藻类残留物或硫酸钙，但首先沉淀的总是碳酸钙，因为碳酸钙的溶解度较低。

腐蚀

水腐蚀金属的化学反应本质上是电化学的，涉及两个独立的反应。第一个反应对应于金属的氧化。第二种反应是腐蚀介质中某些物质的还原。金属氧化反应是阳极的，将带正电的金属离子释放到溶液中，并将电子释放到金属中，如下式所示:

(M)_金属——>(米^{n +}）_解决方案+不^-

随后，在下面描述的阴极反应中，金属中释放的电子减少腐蚀性介质中的氧化剂:

(牛^+问）_解决方案+(不^-）_金属- >(红色^qn）_解决方案

根据有关介质和材料的不同，可能发生各种各样的腐蚀模式。对于钢合金，最常见的腐蚀模式是均匀腐蚀，点状腐蚀，缝隙腐蚀而且晶间腐蚀．对于铜合金，腐蚀模式包括脱锌以及Al或Ni损耗。

微生物引起的腐蚀污染

微生物自然存在于所有水域中。如果它们增殖过快，就会在水循环中产生两种问题:

• 生物淤积，这与微生物菌落在设备表面的积累有关，导致生物膜的形成。
• 生物腐蚀,这与微生物的化学攻击有关。就金属而言，腐蚀一般是由细菌引起的。

在这两种情况下，微生物增殖的后果可能是重要的，热交换器效率的损失，管道阻塞，背压增加，甚至是突破腐蚀造成的泄漏。

水回路的处理

上游给水处理的目的是改变原水的性质，以满足有关回路的要求。无论给水如何处理，在冷却回路中仍需向水中添加化学物质。这是因为需要特定的场地条件来确保所采用的治疗理念的成功。常见的化工产品是规模抑制剂而且分散剂，腐蚀抑制剂,杀虫剂．

阻垢和/或分散剂处理-稳定

在这个过程中，添加剂被注入到电路中，以防止碳酸钙的沉淀，特别是在热点处。这些产物要么增加溶解度极限，要么使水保持在超饱和状态。因此，它们能使电路在更高的浓度比下工作。

所涉及的主要机制有:

• 与钙、镁离子分离/络合形成稳定分子
• 晶核中毒
• 抑制晶体生长
• 使成核粒子保持在接近其溶解度极限的分散状态的一种分散效应。

稳定治疗非常受欢迎，因为它们可以在“免费ph值”下进行手术。

pH值由CO和水与大气之间的溶解度平衡控制，成为m碱度水平(MA)的一个简单函数。

pH值控制

CaCO3的溶解度极限对pH值很敏感，直接影响碳酸盐离子的浓度。为了防止CaCO3沉淀，在电路中注入酸以降低ph值。通常选择硫酸来达到此目的。

事实上，添加酸有两个效果:它通过中和HCO3-离子，形成CO2，降低MA水平。如果二氧化碳产生的速度比脱气从电路中除去的速度快，它也会降低pH值。

腐蚀抑制治疗

当在电路中加入缓蚀剂时，产品将形成不阻碍传热的薄吸附膜。它们包含两种活性剂，以阻止阳极和阴极腐蚀反应。

阳极抑制剂

阳极抑制剂增加阳极极化，使腐蚀电位向阴极方向移动。这些物质与金属腐蚀产物结合形成一种完全不溶的盐。如果抑制是纯阳极的，大量的抑制剂是必要的。这只能在非常小体积的电路中实用，因为任何抑制剂的缺乏都可能导致加速局部发作。

阴极抑制剂

阴极抑制剂通过减缓电化学腐蚀电池的还原反应速率来减少腐蚀。这些物质与阴极腐蚀反应的产物结合，再次形成不溶性化合物。阴极抑制剂的风险比阳极抑制剂低，因为其浓度的下降不会引起局部腐蚀。

有机抑制剂

有机抑制剂的作用与连续吸附膜的形成有关，它阻碍了暴露表面的电化学反应。薄膜是由极性有机分子在金属表面的物理或化学吸附形成的，因此分子的选择取决于所涉及的金属。

实施治疗

在确定了调理处理后，再根据场地的具体特征实施。对于闭合电路，在启动时注入调理产品。除意外排水外，无需进一步添加。

在开放式循环水系统中，除非氧化性杀菌剂外，试剂都通过进料池中的泵定期注入。在极少数情况下，采用重力注入。在某些临界热交换器中，有时可能需要额外的点处理。

近年来，实时腐蚀监测系统被用于评估总体腐蚀速率，以及评估局部腐蚀或点蚀的可能性。这些系统使用了多种技术的组合，包括电化学噪声(ECN)、低频阻抗(LFI)和谐波失真分析(HDA)。