《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007说明

循环冷却水处理，按照这本规范来设计，自然有些小题大做，比如几十吨的循环说是否还需要旁滤，是否还需要预膜，这些问题都要重新加以考虑，目前，正酝酿编制一本中小型循环冷却水处理规范，以解决这方面的问题。

3.2 名词术语

大家都是循环冷却水处理方面的内行，很多术语都了如指掌，我只是把这次《工业循环冷却水处理规范》修订提出的一些新的术语解释一下，以便在《工业循环冷却水处理规范》中碰到这些名词时，不至产生误解。

a 循环冷却水系统 Recirculating Cooling Water System 以水作为冷却介质，并循环运行的一种给水系统，由换热设备、冷却设备、处理设施、水泵、管道及其它有关设施组成。

b 间冷开式循环冷却水系统（间冷开式系统） Indirect Open Recirculating Cooling Water System 循环冷却水与被冷却介质间接传热且循环冷却水与大气直接接触散热的循环冷却水系统。

c 间冷闭式循环冷却水系统（闭式系统） Indirect Closed Recirculating Cooling Water System 循环冷却水与被冷却介质间接传热且循环冷却水与冷却介质也是间接传热的循环冷却水系统。

d 全闭式系统 Totally Closed System 系统中的循环冷却水不与大气接触的间冷闭式循环冷却水系统。

e 半闭式系统 Semi Closed System 系统中的循环冷却水局部与大气接触的间冷闭式循环冷却水系统。

f 直冷开式循环冷却水系统 （直冷系统）Direct Open Recirculating Cooling Water System 循环冷却水与被冷却介质直接接触换热且循环冷却水与大气直接接触散热的循环冷却水系统。

g 开式系统 Open System 间冷开式和直冷系统的统称。

4. “工业循环冷却水处理设计规范”主要修订内容

本次修订是一次全面修订，每一章、每一节，甚至大多数条文都做了不同程度的修改，我在这里就没有必要逐条解释了，我这里只是将重要的修改及其原因介绍一下。 先说明各项数据是如何制定的，大家都知道水处理是试验科学，很多水处理数据都是从实践或试验中得出，而非经计算得出的，比如Cl-指标，我们是根据国内很多企业循环冷却水的运行数据，综合选择比较先进的指标而确定的，而不是计算得出的。目前也无法计算。其它水处理指标的确定也都类似。

4.1 循环冷却水水质指标和水处理控制指标的修订

水质指标和控制指标是反映水处理技术的一面镜子，长期以来，我国在循环冷却水处理技术的进步，必然要导致水质指标一系列数据的修改。

a 浊度： 现行规范使用的名称是悬浮物，指标数据没有修改，修订版《工业循环冷

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却水处理规范》只是将项目名称改为浊度。

为什么这样修改呢，虽然两者都是表示水中悬浮固体含量，但是两者所表示的悬浮颗粒直径却不相同，悬浮物所表示的颗粒粒径为1μm以上，而浊度所表示的颗粒粒径为1nm~1μm，即通常所说的胶体物质，而且两者的测试方法也不同，前者是过滤法测定，后者是利用光学原理测定。两者并没有换算关系。因为胶体物质对循环冷却水产生污垢、菌藻孳生起着至关重要的作用，所以将悬浮物质指标改为浊度更为确切，并且应将这一指标尽量控制在更低的水平。

循环冷却水的浊度对换热设备的污垢热阻和腐蚀速率影响很大，所以要求越低越好。工厂运行的实践证明循环冷却水系统设有旁滤池时，补充水浊度可控制在5NTU以 内，我国大部分地区的循环冷却水的浊度可以控制在10NTU以下，因此表3.1.1-6规定板式、螺旋板式和翅片管式换热设备，浊度不宜大于10NTU，其它一般不应大于20NTU，工厂运行数据表明这一规定完全满足本规范的污垢热阻值指标。 对于电厂凝汽器，因其传热管内循环冷却水的流速一般均大于1.5m/s，另外凝汽器均设有胶球清洗设施，因此电厂凝汽器内循环冷却水的浊度指标可适当放宽。

b pH值：新版pH的范围比现行版的范围要宽，反映了药剂缓蚀阻垢性能的提高。 c 钙硬度＋甲基橙碱度：这个项目现行规范是将Ca2+和碱度分列，采用综合指标更加科学。

CaCO3的溶度积 从上式可以看出：CO32-是随之H+的浓度而改变的，当H+高时，CO32-转化为HCO3-，而增大了溶解度，因此导致CaCO3沉淀是由两个因素构成的，即H＋浓度（碱度）和Ca2+含量两个因素构成的。

碳酸钙稳定指数RSI≥3.3，这也是控制碳酸钙沉淀的一个指标，它是根据碳酸钙饱和指数计算得出。有多个计算式，推荐计算公式为： pHs＝9.70+A+B-C-D A——总溶解固体系数 B——温度系数 C——钙硬系数 D——碱度系数 水质稳定性判断：

（1）. Langlier Is=pH-pHs Is＞0 碳酸钙过饱和 Is＜0 碳酸钙不饱和 Is＝0 饱和状态 但是由于碳酸钙结晶时的介稳区的影响，上述判断有误差，实践经验指数为 Is＝0.5～2.5 稳定 Is＜0.5 腐蚀 Is＞0.5 结垢

（2）.稳定指数 S=2pHs-pH S≈6.0 稳定 S＜3.7 严重结垢 3.7＜S＜6.0 结垢 6.0＜S＜7.5 腐蚀 S＞7.5 严重腐蚀

（3）. 结垢指数，临界pH值，极限碳酸盐硬度等。

d 总铁 铁离子为天然水中的微量离子，锰离子含量更少，约为铁离子的十分之一。一般二者共存，不易分离，故常以铁含量来代表铁和锰离子总量。

水中的总铁含量包括胶态铁和亚铁离子两部分。胶态铁为三价铁，通常以氢氧化铁或铁氧化物的水合物呈胶体状态悬浮于水中。在循环水系统中，会沉积在水冷器表面上，形成黏着性强、难清除的污垢，并能导致垢下腐蚀。胶态铁在预处理混凝、沉淀过程中可被除掉一部分。亚铁离子为溶解性离子，在循环水系统中，能促进碳酸钙结晶并沉积，在采用磷系水稳剂时，有可能生成黏结性很强的磷酸亚铁污垢，还是铁细菌繁殖的营养源。

一般对补充水总铁含量要求＜0.2～0.5mg/L。循环水中的总铁指标≤0.5mg/L。以往

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循环水中总铁有的不控制，有的控制＜0.5mg/L、1.5mg/L或2.0mg/L。根据不少系统的统计资料来看，控制总铁 ＜0.5mg/L是完全可以做到的，这种水的腐蚀速率都很低。总铁如达到1.5mg/L或2.0mg/L时，实际上腐蚀速度已经超标。控制循环水的总铁量除需控制补充水的总铁量之外，主要改善水的缓蚀性能。 国内很多厂的运行数据，总铁均在1mg/L以下，国外可达2.0mg/L。

e 氯离子 对于循环冷却水中氯离子指标，不仅国内而且在国际上也是众说纷纭、指标各异，由此给设计工作带来很多不便，甚至无所适从。 氯离子指标对循环冷却水处理影响很大，指标不切实际将导致设备的腐蚀损坏或水处理费用增加，因此制订一个合理的指标是非常必要的。本次《工业循环冷却水处理规范》修订的氯离子指标，其根据是什么？是否科学合理？就这一问题做如下说明。

? 氯离子的腐蚀作用及其影响条件 氯离子是天然水中普遍存在的腐蚀阴离子。氯 离子有极高的极性促进腐蚀反应，又有很强的穿透性，容易穿透金属表面的保护膜，造成缝隙腐蚀和孔蚀，特别是对奥氏体不锈钢造成腐蚀开裂，危害很大，能使水冷器在短期内报废。化工、炼油、冶金等行业中很多奥氏体不锈钢设备耐氯离子腐蚀性能较差，因此本次修订是专门针对奥氏体不锈钢及碳钢换热设备。

影响不锈钢腐蚀开裂主要因素有如下几个：

（1）设备的内应力，这是在设备加热过程中形成的，正规厂在设备制做完成后，虽然经过热处理消除应力，但仍有残留，另外设备在安装、生产过程中，由于温度、机械等因素也都会使设备产生内应力，在这些应力部位，氯离子很易积聚造成腐蚀。

（2）氯离子的催化作用是在设备存在有内应力的情况下产生的，由于氯离子的催化作用而使不锈钢设备产生应力腐蚀开裂，首先是从点腐蚀、缝隙或腐蚀沟槽上开始，使被破坏的钝化膜无法修复，故腐蚀不断加深，直至金属呈枝状裂纹而被破坏。有的资料介绍只要每升几毫克的氯离子，甚至0.2mg/L 氯离子就可产生腐蚀开裂，上海金山化工厂不锈钢球罐被氯离子腐蚀开裂的实例也印证了这一结论。另外，氯离子在缝隙中或污垢下容易富集而产生氯离子高浓度，例如某厂的循环冷却水中的氯离子约200 mg/L，但在损坏的壳程水冷器管板与管程连接的缝隙处，氯离子则高达20000~30000 mg/L，而现场管程水冷器未发生应力腐蚀开裂现象，原因是壳程水冷器有缝隙并且水流速低，为氯离子富集创造了条件。再有某厂投产仅两个月的时间，大批换热器就发生了因腐蚀开裂而泄露，当时循环冷却水中氯离子含量仅20~50 mg/L，可见氯离子多少并不是产生腐蚀开裂的唯一因素。

（3）温度的诱导作用，众所周知，温度是化学反应的重要因素，腐蚀开裂也不例外。在拉应力和氯离子都存在的条件下，温度较低腐蚀不明显，温度升高则腐蚀开裂加剧。有的资料认为奥氏体不锈钢达到70°C时就产生腐蚀。现场发现，应力腐蚀开裂均发生在水冷器的热端，即工艺介质进口端，冷端不产生腐蚀，介质温度小于150°C的水冷器也未发现过腐蚀开裂。

（4）污垢、水流速也是影响腐蚀的重要因素，这两个因素互有因果关系，流速低不易扩散，利于氯离子富集，同时也易使污垢沉积，加剧氯离子的富集和腐蚀。同样条件下，壳程设备较易发生腐蚀原因也就在此。

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? 国标及国际上各厂商的氯离子指标 现在国际上还没有一个统一的循环冷却水 水质标准，因此各厂商的标准只是根据本厂的经验确定的。所以标准五花八门、高低不一，有的公司限制很严，规定应小于100 mg/L，甚至小于50 mg/L，但有的公司则不太严，规定为<400 mg/L，还有的公司则不限制。出现这种情况主要是各公司受本身经验所限和对现代循环冷却水处理技术缺乏了解所致。我国现行标准对氯离子的规定是<300 mg/L。根据调查，这一指标是偏低的。

? 对氯离子的防腐措施 针对循环冷却水的腐蚀（包括氯离子腐蚀）防护，目前国 内常用的有两种方法，一种是药剂处理法，即在循环冷却水中投加阻垢缓蚀药剂，控制腐蚀，另一种则是材料防腐，选择抗腐蚀材料制作换热器，前一种方法是目前广泛采用的，后一种仅在电力行业较为普遍。 水处理药剂法常用的缓蚀剂有铬酸盐、聚合磷酸盐、有机磷酸盐、钨酸盐、钼酸盐、硅酸盐、硫酸亚铁等，由于环保限制和价格因素等原因，目前使用最多的是磷系水处理配方，硫酸亚铁仅在电力行业使用，用于对铜凝汽器的保护。磷酸盐的保护作用是通过与水中的钙离子或腐蚀产物亚铁离子相结合，生成以聚合磷酸钙铁为主要成份的络合物，依靠腐蚀电流电沉积于阴极表面形成沉淀膜保护金属不被腐蚀。由于无毒、价廉而被广泛采用。 火力发电厂凝汽器管选材导则。

? 氯离子指标对循环冷却水处理的影响 氯离子对循环冷却水处理的影响，主要是 限制了循环水浓缩倍数的提高。我国北方地区，地下水、河水氯离子含量均比较高，以沧州地区为例，氯离子含量高达150~200 mg/L，按现行国家标准，基本上不能直接循环使用，由此可见氯离子指标对节约用水的制约作用。当然，上述水质经过处理后，还是可以用的，但是脱除氯离子利用一般常规混凝沉淀过滤的方法是做不到的，必须用离子交换或反渗透膜法进行处理，才能脱除氯离子和含盐量，如此则带来处理工艺流程的复杂化、基建费用的增加、原材料的消耗（酸碱）、能源的消耗（电力）及管理人员的增多等。

由此可见，氯离子指标的提高与循环冷却水处理技术密切相关，可带来巨大的节水和经济效益。 国内某些生产厂的氯离子指标 根据调查资料，将国内一些典型生产厂的循环冷却水运行氯离子数据列表如下：

表2 循环冷却水中氯离子含量

厂名 循环冷却水中Cl-含量（mg/L） 浓缩倍数 Cl-控制指标 注 燕山炼化橡胶厂 I循 890.75 5.85 <900

II循 809.31 3.44 IV循 650~1064 4.97

上海石化股份有限公司

腈纶部北组循环冷却水 最高781 最高5.1 ≤800

最低493 最低3.8 平均625.37

平均4.49

secco 循环冷却水 460~705 3.04~5.86 盘锦辽河化工有限集团公司化肥厂

循环冷却水 ≥ 230~250 3 <650

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（正采取措施将浓缩倍数提高5）

大庆石化水气厂一循

循环冷却水 260.9 ≥5 <300

表中所列各厂循环冷却水系统的换热设备材质，包括碳钢和不锈钢，设备型式有管程也有壳程。

? 氯离子指标的修订值 许多著作和研究都对氯离子的腐蚀机理作了定性分析，但 是要从定量分析确定氯离子指标，目前还是不可能的，因为牵涉的因素条件太多。 本次修订氯离子指标，主要还是来自实践和一些专家的调查结论，最终氯离子指标修订值由现行规范300 mg/L提高至700 mg/L，虽然现有工厂运行的氯离子指标高达1000 mg/L以上，但毕竟不太普遍，为稳妥起见，采用平均偏上的指标。

根据前面所述，氯离子的腐蚀不是单一的因素，因此在确定氯离子指标的同时，还对换热器材质、水侧壁温、设备冷却水出口的水温等作了规定，以保证该指标的安全可靠。 附带说明，氯离子指标是在药剂处理条件下的数据，采用此指标时，其它条件（诸如水流速、浊度、pH值、菌藻数量等）也应符合本规范的规定。

f 游离氯 现行规范规定0.5mg/L～1.0mg/L，修订规范为0.2～1.0mg/L，现在很多厂的控制指标都是0.2～1.0mg/L，实际运行中的数据在0.15～0.8mg/L，这说明如果水质比较好的话，较低余氯量也可控制微生物的生长。

由于近来接连发生液氯爆炸，运输途中液氯泄露伤人等重大事故，北京市、中石化已明令禁用液氯，在征求意见过程中，也有禁用液氯的建议。对此问题，“规范”修订组经过调查认为，在使用液氯对循环冷却水处理的过程中，从未发生过重大事故，只要加强管理，严格执行安全操作规程，完全可以保障安全生产。而且目前很多单位都在使用液氯，如果立即取消液氯杀菌还有困难，当前世界上仍有许多国家的循环冷却水处理还在使用用液氯杀菌。况且液氯价格便宜，使用方便，深受操作人员的欢迎，通过对取消液氯使用单位的调查，它们还是很愿意恢复使用液氯的。因此本次修订仍然保留液氯的使用，只是在推荐排序上做了调整，毕竟液氯是一种危险品，在生产、制造、运输和使用各个环节中存在巨大风险，从安全角度上讲应逐渐淡化。

4.2 循环冷却水控制指标的修订

a 污垢热阻值 间冷开式循环冷却水系统的污垢热阻值：现行规范是宜为1.72×10-4~3.44×10-4m2?k/w，修改版改为应小于3.44×10-4m2?k/w，并增加了粘附速率指标15mg/cm2。 污垢热阻是一个很重要的数据，设计阶段它关系到换热器的换热面积大小，也就是设备投资的多少，运行阶段则与传热效率、能量的消耗、产量的高低密切相关。

b 腐蚀速率 现行规范规定，间冷却开式循环冷却水系统换热器碳钢管壁腐蚀率宜小于0.125mm/a，修订规范为：碳钢设备传热面水侧污垢热阻值应小于0.075mm/a。

c 微生物控制指标 现行规范规定，敞开式系统循环冷却水中的异养菌宜小于5×105

个/mL，生物黏量不大于3mL/m3。 这里需要解释一下，什么是异养菌和自养菌两类。 自养菌（无机营养型）能直接利用无机物如空气中二氧化碳及无机盐类作为营养来源，合

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