冷卻水水質管理

由於冷卻水的水質管理優劣會直接影響到設備積垢的多寡,良善的水質管理可使冷卻系統的熱傳導效能保持在高效能,透過高度工業化的日本所提出的冷卻水水質基準表(JRA-GA-02-1994),可了解水質管理各項目的基準值,但各數值仍視各類設備或系統使用目的之不同,而有不同的要求。

冷卻水水質基準
項目 冷卻水系統 傾向
循環式 直通式 腐蝕 結垢
循環水 補給水 即排水
pH(25℃) 6.5~8.2  6.0~8.0 6.8~8.0 ● 
電導度(25℃)[μ S/cm] ≦800 ≦300 ≦400
鹽化物離子[Cl- mg/L] ≦200 ≦50 ≦50
硫酸離子[SO4-2 mg/L] ≦200 ≦50 ≦50
M鹼度(pH4.8)[CaCO3 mg/L] ≦100 ≦50 ≦50
總硬度[CaCO3 mg/L] ≦200 ≦70 ≦70
鈣硬度[CaCO3 mg/L] ≦150 ≦50 ≦50
矽離子[SiO2 mg/L] ≦50 ≦30 ≦30
鐵離子[Fe mg/L] ≦1.0 ≦0.3 ≦1.0
銅離子[Cu mg/L] ≦0.3 ≦1.0 ≦1.0
硫化物離子[S-2 mg/L] 不得驗出 不得驗出 不得驗出
氨離子[NH4-1 mg/L] ≦1.0 ≦1.0 ≦1.0
殘留鹽類[Cl mg/L] ≦0.3 ≦0.3 ≦0.3
碳酸離子[HCO3 mg/L] ≦4.0 ≦4.0 ≦4.0
資料來源(JRA-GL-02-1994)

冷卻水塔冷卻水所面臨的水垢生成、金屬腐蝕、藻類及黏泥生成三大困境中,最難處理的就是水垢了。水垢的代表性種類為碳酸鈣水垢,透過各項水質檢測後獲得的資料,可再利用藍氏飽和指數(L.S.I.)、萊氏穩定指數(R.S.I.)、帕柯拉茲結垢指數(P.S.I.)、法特諾臨界結垢指數(Feitler Index)、Larson指數的計算,得知冷卻水的結垢傾向及腐蝕傾向。而目前國內冷卻水管理實務指標的主要項目是藍氏飽和指數L.S.I.及萊氏穩定指數R.S.I.,下方帶您了解此兩項指數所代表的意義及運算方式。

藍氏飽和指數(Langelier Saturation Index, L.S.I.)

L.S.I.廣泛應用於判斷冷卻水水質是否有易結垢或易腐蝕的傾向,並被用來作為水質管理的依據。L.S.I.的運算基礎是建立在冷卻水中碳酸鹽達到飽和時的動態平衡(解離速率=結合速率)情況之下。

動態平衡關係如下

Ca(HCO3)2 Ca+2 + 2HCO3-

HCO3- H+ + CO3-2

CaCO3 Ca+2 + CO3-2

由於碳酸鈣在水中是呈飽和狀態,此時水的pH值為飽和pH值,則以pHs表示。水實際的pH值與pHs值之間的差值,即為飽和指數,進而透過此數值來判斷碳酸鈣(水垢)析出的情形。 藍氏飽和指數(LSI)的計算公式 LSI = pH – pHs

判斷標準

L.S.I. = pH – pHs > 0:冷卻水處於過飽和狀態,易析出沉澱物

L.S.I. = pH – pHs = 0:冷卻水處於平衡狀態,不易腐蝕也不易結垢

L.S.I. = pH – pHs < 0:冷卻水處於不飽合狀態,具有腐蝕的傾向

LSI飽和指數

萊氏穩定指數(Ryznar Stability Index, R.S.I.)

由於藍氏飽和指數在預測水質時,僅可判別CaCO3存在與否的傾向,但實際的冷卻水系統,也會有指數是正值但卻具腐蝕性的情形,萊氏穩定指數便是修正藍氏飽和指數此問題的操作。 萊氏穩定指數 計算公式 R.S.I. = 2pHs - pH

判斷標準

R.S.I. < 6:易結垢

R.S.I. = 6:不腐蝕也不結垢

R.S.I. > 6:易腐蝕

RSI穩定指數

冷卻水系統的管理方式

冷卻水塔冷卻水水質的探查,除了可透過pH值、總溶解固體量、氫離子濃度指數、導電度、鈣硬度、濃縮倍數、藍氏飽和指數、萊氏穩定指數等多項指標進行水質的監測外也可透過較顯著的方式進行較為簡易的冷卻水水質測試,例如透過試片的腐蝕程度、熱交換效能的察看、黏泥成分及量的分析,來大致判斷水質的好壞。

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