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【摘要】本文旨在通过对工业水管道发生堵塞、结垢、和腐蚀原因的分析，以及国内一些电厂的实际运行情况，提出对工业水水质要求和必要的处理措施，供工程设计中参考。
【关键词】工业水管道；堵塞；结垢；腐蚀
Power plants and industrial water piping common problems and countermeasures
Zhang Qiao-ping,Wang He
【Abstract】This paper aims to industrial water pipe clogging, fouling, and corrosion analysis of the causes, as well as some of the actual operation of domestic power plants proposed for the industrial water quality requirements and the necessary treatment measures for engineering design reference.
【Key words】Industrial water pipes;Blockage;Fouling;Corrosion
1. 前言
电厂工业水系统运行的情况直接影响机组的安全和经济性。除对工业水系统进行合理设计外，对工业水的水质和其它影响工业水系统可靠性的因素也应给以重视。工业水管道堵塞、结垢、和腐蚀是工业水管道运行中常见的问题。
2. 管道堵塞问题
2.1堵塞的原因。
（1）工业水源一般均采用未经严格处理的地下水或地表水。水中含有不溶性颗粒是引起管道堵塞的主要原因。
（2）水中悬浮物的含量直接影响管道的堵塞程度。同时与悬浮物的颗粒大小/管道流速也有一定的关系。
（3）除水中悬浮物的影响外，水中铁细菌等生成的沉淀物是引起管道堵塞的另一个重要原因。铁细菌作为一种常在铁管中造成所谓软泥的细菌，经常给工程上带来各种危害。
（4）这种细菌具有使水中的亚铁化合物氧化而以氢氧化铁的形式沉淀下来的能力，并通过反应获得生长所需的能量。有些铁细菌使铁氧化的作用，是将氧化所得的能量用作同化二氧化碳的能源。而有些是由无机物的化学反应生成氢氧化铁，由于水的PH值升高，或由于放出CO2而使铁沉淀下来的。铁细菌是比较好气性的生长时的最佳温度为23～25℃（下限为5℃，上限为40℃左右，工业水管道恰好在此范围内）。由于铁细菌的繁殖形成软泥，引起铁管堵塞或腐蚀。
（5）鉄细菌喜欢什么样的水是因其种类而异的。其共同点为：a.含有铁分。b.要有有机物存在。c.二氧化铁要多，溶解氧要小。d.与阳关的关系不大。
2.2电厂运行情况。
从电厂运行情况来看，其堵塞更易发生在开式循环冷却水系统中。因为绝大多数开式循环冷却系统所用的水为循环水经滤网以后引来的，而假如滤网不能有效地发挥作用，就易引起水-水换热器等设备的堵塞。由于循环水水质比较差，为此除在循环水进入汽机房之前装滤网外，在板式换热器入口前再加装一道滤水器。另外工业水用的循环水应经过如下流程：预沉淀——机械澄清池——过滤池——贮水池——送出供工业水系统用。这样水质可得到保证。
2.3水质控制和处理。
作为冷却水的水源，希望还是用淡水，淡水较海水好。冷却水应满足以下条件：
（1）尽可能的低温，全年的温度变化小。
（2）不会有水垢或泥渣的沉积而引起的危害。
（3）对金属的腐蚀性小。
（4）不使用因为生物或微生物的发生而使管道或热交换设备堵塞等危害的淡水作工业水。
（5）悬浮物指标控制在50mg/L以下。
3. 结垢问题
水垢是在换热器表面上附着的一层不溶性盐类或氧化物的生长物。它的产生，多半是由于温度变化而使盐类在水中的溶解度受到影响所致。温度、传热率、钙、硫酸盐、镁、二氧化碳、碱度、溶解度以及水的PH值，都是影响结垢的因素。
3.1我国电厂常用冷却水的水质划分。
3.1.1江河水最适合作热力发电厂的水源。我国江河水的含盐量和硬度都比较低。含盐量一般在70～900mg/L，硬度在1.0～8.0毫克当量/升。
3.1.2地下水由于通过土壤层起到了过滤的作用，所以没有悬浮物，经常是透明的，但由于它通过土壤和岩层时溶解了各种可溶性矿物质，故它的含盐量比地面水大。地下水的含盐量在100～5000mg/ L，有的还可能更高些；硬度通常在2～10毫克当量/升，也有高达10～25毫克当量/升的，地下水的水质一般终年很稳定，可以作为热力发电厂的水源。
天然水可以按其含盐量或硬度指标分类，分类如下：
（1）按含盐量来分：
低含盐量水——含盐量在200mg/L以下；
中等含盐量水——含盐量在200～500mg/L；
较高含盐量水——含盐量在500～1000mg/L；
高含盐量水——含盐量在1000mg/L以上。
（2）按硬度来分：
极软水——硬度在1.0毫克当量/升以下；
软水——硬度在1.0～3.0毫克当量/升；
中等硬度水——硬度在3.0～6.0毫克当量/升；
硬水——硬度在6.0～9.0毫克当量/升；
极硬水——硬度在9.0毫克当量/升以上。
3.2水垢的成分
对于天然水来说，表示硬度的物质主要是钙、镁离子通常把硬度看成是这两种离子。水垢的主要成分是钙和碳酸盐，碳酸盐比其他钙盐更难溶解。碳酸钙的溶解度与水温成反比，通常系统中温度最高的地方就是结垢最严重的地方。
3.3水质控制和处理。
（1）工业水的碳酸盐硬度宜不小于5毫克当量/升；PH值应不小于6.5，不宜大于9.5.当水质有结垢倾向时，应进行处理。
（2）防止碳酸钙水垢常用的方法是使用不同种类的阻垢剂。阻垢剂必须能阻止晶体的成长，同时借助于使成垢盐类处于过饱和状态而又不从水中析出，从而防止水垢。常用阻垢剂：磷酸盐、聚丙烯酸酯和有机磷酸酯。
4. 腐蚀问题
4.1腐蚀的种类和影响因素。
4.1.1管道腐蚀分为管内腐蚀和管外腐蚀。
（1）金属与其周围介质发生化学反应或电化学反应而遭受破坏称为腐蚀。在冷却水系统中，金属的这种破坏能造成许多严重的问题。
如不制止腐蚀，将导致更换昂贵的设备，并因计划外停机而造成经济损失。腐蚀产物的积累，将降低管道的通流能力、增加摩擦阻力和提高送水费用。腐蚀产物所造成的“红水”还可能干扰一些对铁敏感的工艺过程。
（2）许多因素都对腐蚀产生影响。通常，这些因素又是互相影响的。它们可分为外部因素和内部因素。
（3）外部因素是与环境有关的，如水质、温度和水的流速等。内部因素是指金属本身所固有的因素，其中包括金属的化学性质和结构等。冷却水系统采用不同种类的金属所引起的腐蚀就是一个例子，这些金属本身的化学性质是引起腐蚀的主要原因。金属具有通过腐蚀而恢复其天然状态的倾向。例如：铁在潮湿和有空气的条件下将被氧化成氧化铁。简而言之，铁的腐蚀过程就是铁恢复到天然状态的过程。
4.1.2影响腐蚀的外部因素有：（1）溶解氧。（2）PH值。（3）温度。（4）流速。（5）不同金属。
对于外部腐蚀举个例子。东北地区电厂工业水管道多数情况是外壁腐蚀较内壁腐蚀快。原因之一是夏季工业水温低于厂房内气温，冷却水管外壁结露，再粘附灰尘使煤灰中硫分与水化合形成腐蚀，有时即使管子涂了油漆也不能防腐。多数电厂已采用保温方式防止结露，同时亦解决了防止管道冻结的问题。
4.2防止腐蚀的措施。
（1）当工业水的PH值低（即强酸性）时应进行中和处理。
（2）管道中水的流速宜在1.2～2m/s。
（3）对由于不同金属引起的管道和设备腐蚀，最有效防护措施是采用电保护法。
（4）当室内温度较高，相对湿度较大时，管道内流动介质的温度低于室内空气露点时，空气中的水蒸汽将在管道设备外表面产生结露现象，此时管道和设备必须进行保温。保温厚度的计算详见有关规定。
参考文献
［1］《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000.
［2］《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996.
［3］《给排水设计手册》.
［4］《发电厂设计中的工业水系统》.
［文章编号］1006-7619（2014）06-26-361
［作者简介］ 张巧平（1980.12-），女，职称：工程师。
【关键词】工业水管道；堵塞；结垢；腐蚀
Power plants and industrial water piping common problems and countermeasures
Zhang Qiao-ping,Wang He
【Abstract】This paper aims to industrial water pipe clogging, fouling, and corrosion analysis of the causes, as well as some of the actual operation of domestic power plants proposed for the industrial water quality requirements and the necessary treatment measures for engineering design reference.
【Key words】Industrial water pipes;Blockage;Fouling;Corrosion
1. 前言
电厂工业水系统运行的情况直接影响机组的安全和经济性。除对工业水系统进行合理设计外，对工业水的水质和其它影响工业水系统可靠性的因素也应给以重视。工业水管道堵塞、结垢、和腐蚀是工业水管道运行中常见的问题。
2. 管道堵塞问题
2.1堵塞的原因。
（1）工业水源一般均采用未经严格处理的地下水或地表水。水中含有不溶性颗粒是引起管道堵塞的主要原因。
（2）水中悬浮物的含量直接影响管道的堵塞程度。同时与悬浮物的颗粒大小/管道流速也有一定的关系。
（3）除水中悬浮物的影响外，水中铁细菌等生成的沉淀物是引起管道堵塞的另一个重要原因。铁细菌作为一种常在铁管中造成所谓软泥的细菌，经常给工程上带来各种危害。
（4）这种细菌具有使水中的亚铁化合物氧化而以氢氧化铁的形式沉淀下来的能力，并通过反应获得生长所需的能量。有些铁细菌使铁氧化的作用，是将氧化所得的能量用作同化二氧化碳的能源。而有些是由无机物的化学反应生成氢氧化铁，由于水的PH值升高，或由于放出CO2而使铁沉淀下来的。铁细菌是比较好气性的生长时的最佳温度为23～25℃（下限为5℃，上限为40℃左右，工业水管道恰好在此范围内）。由于铁细菌的繁殖形成软泥，引起铁管堵塞或腐蚀。
（5）鉄细菌喜欢什么样的水是因其种类而异的。其共同点为：a.含有铁分。b.要有有机物存在。c.二氧化铁要多，溶解氧要小。d.与阳关的关系不大。
2.2电厂运行情况。
从电厂运行情况来看，其堵塞更易发生在开式循环冷却水系统中。因为绝大多数开式循环冷却系统所用的水为循环水经滤网以后引来的，而假如滤网不能有效地发挥作用，就易引起水-水换热器等设备的堵塞。由于循环水水质比较差，为此除在循环水进入汽机房之前装滤网外，在板式换热器入口前再加装一道滤水器。另外工业水用的循环水应经过如下流程：预沉淀——机械澄清池——过滤池——贮水池——送出供工业水系统用。这样水质可得到保证。
2.3水质控制和处理。
作为冷却水的水源，希望还是用淡水，淡水较海水好。冷却水应满足以下条件：
（1）尽可能的低温，全年的温度变化小。
（2）不会有水垢或泥渣的沉积而引起的危害。
（3）对金属的腐蚀性小。
（4）不使用因为生物或微生物的发生而使管道或热交换设备堵塞等危害的淡水作工业水。
（5）悬浮物指标控制在50mg/L以下。
3. 结垢问题
水垢是在换热器表面上附着的一层不溶性盐类或氧化物的生长物。它的产生，多半是由于温度变化而使盐类在水中的溶解度受到影响所致。温度、传热率、钙、硫酸盐、镁、二氧化碳、碱度、溶解度以及水的PH值，都是影响结垢的因素。
3.1我国电厂常用冷却水的水质划分。
3.1.1江河水最适合作热力发电厂的水源。我国江河水的含盐量和硬度都比较低。含盐量一般在70～900mg/L，硬度在1.0～8.0毫克当量/升。
3.1.2地下水由于通过土壤层起到了过滤的作用，所以没有悬浮物，经常是透明的，但由于它通过土壤和岩层时溶解了各种可溶性矿物质，故它的含盐量比地面水大。地下水的含盐量在100～5000mg/ L，有的还可能更高些；硬度通常在2～10毫克当量/升，也有高达10～25毫克当量/升的，地下水的水质一般终年很稳定，可以作为热力发电厂的水源。
天然水可以按其含盐量或硬度指标分类，分类如下：
（1）按含盐量来分：
低含盐量水——含盐量在200mg/L以下；
中等含盐量水——含盐量在200～500mg/L；
较高含盐量水——含盐量在500～1000mg/L；
高含盐量水——含盐量在1000mg/L以上。
（2）按硬度来分：
极软水——硬度在1.0毫克当量/升以下；
软水——硬度在1.0～3.0毫克当量/升；
中等硬度水——硬度在3.0～6.0毫克当量/升；
硬水——硬度在6.0～9.0毫克当量/升；
极硬水——硬度在9.0毫克当量/升以上。
3.2水垢的成分
对于天然水来说，表示硬度的物质主要是钙、镁离子通常把硬度看成是这两种离子。水垢的主要成分是钙和碳酸盐，碳酸盐比其他钙盐更难溶解。碳酸钙的溶解度与水温成反比，通常系统中温度最高的地方就是结垢最严重的地方。
3.3水质控制和处理。
（1）工业水的碳酸盐硬度宜不小于5毫克当量/升；PH值应不小于6.5，不宜大于9.5.当水质有结垢倾向时，应进行处理。
（2）防止碳酸钙水垢常用的方法是使用不同种类的阻垢剂。阻垢剂必须能阻止晶体的成长，同时借助于使成垢盐类处于过饱和状态而又不从水中析出，从而防止水垢。常用阻垢剂：磷酸盐、聚丙烯酸酯和有机磷酸酯。
4. 腐蚀问题
4.1腐蚀的种类和影响因素。
4.1.1管道腐蚀分为管内腐蚀和管外腐蚀。
（1）金属与其周围介质发生化学反应或电化学反应而遭受破坏称为腐蚀。在冷却水系统中，金属的这种破坏能造成许多严重的问题。
如不制止腐蚀，将导致更换昂贵的设备，并因计划外停机而造成经济损失。腐蚀产物的积累，将降低管道的通流能力、增加摩擦阻力和提高送水费用。腐蚀产物所造成的“红水”还可能干扰一些对铁敏感的工艺过程。
（2）许多因素都对腐蚀产生影响。通常，这些因素又是互相影响的。它们可分为外部因素和内部因素。
（3）外部因素是与环境有关的，如水质、温度和水的流速等。内部因素是指金属本身所固有的因素，其中包括金属的化学性质和结构等。冷却水系统采用不同种类的金属所引起的腐蚀就是一个例子，这些金属本身的化学性质是引起腐蚀的主要原因。金属具有通过腐蚀而恢复其天然状态的倾向。例如：铁在潮湿和有空气的条件下将被氧化成氧化铁。简而言之，铁的腐蚀过程就是铁恢复到天然状态的过程。
4.1.2影响腐蚀的外部因素有：（1）溶解氧。（2）PH值。（3）温度。（4）流速。（5）不同金属。
对于外部腐蚀举个例子。东北地区电厂工业水管道多数情况是外壁腐蚀较内壁腐蚀快。原因之一是夏季工业水温低于厂房内气温，冷却水管外壁结露，再粘附灰尘使煤灰中硫分与水化合形成腐蚀，有时即使管子涂了油漆也不能防腐。多数电厂已采用保温方式防止结露，同时亦解决了防止管道冻结的问题。
4.2防止腐蚀的措施。
（1）当工业水的PH值低（即强酸性）时应进行中和处理。
（2）管道中水的流速宜在1.2～2m/s。
（3）对由于不同金属引起的管道和设备腐蚀，最有效防护措施是采用电保护法。
（4）当室内温度较高，相对湿度较大时，管道内流动介质的温度低于室内空气露点时，空气中的水蒸汽将在管道设备外表面产生结露现象，此时管道和设备必须进行保温。保温厚度的计算详见有关规定。
参考文献
［1］《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000.
［2］《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996.
［3］《给排水设计手册》.
［4］《发电厂设计中的工业水系统》.
［文章编号］1006-7619（2014）06-26-361
［作者简介］ 张巧平（1980.12-），女，职称：工程师。