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教育訓練及技轉
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教育訓練及技轉閱讀


> 發表於 2024/02/26
[IT技能]
節能技術手冊.五、水質管理 (6)

工程技術/商機技術/奪標技術                       大綱 內容

節能技術手冊.五、水質管理 (6) 三~三 -4

冷卻水水質管理

節能技術手冊.五、水質管理—(主索引) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

總彙系列1.CNS/EER/積垢/熱傳熱力綜合系列2.CNS/EER系列/應用3.總彙.水處理化工技術4.總彙.水處理術語5.EER工程.早期總彙6.E平台-水處理技術

水處理技術系列1.空調水質污染計算2.EER問題與改善方法.原理3~4.化工技術解說(1)(2)、5.空調技師-水處理設計技術、6承包商水處理技術、7水處理.實用技術及市場狀況

CNS系列檔案CNS、AHRI技術CNS、AHRI技術要點EER節能技術90%空調主機EER量測驗析實務技術EER全年確效技術冰機EER.基準值技術及運用技術

EER與積垢浪費檔案EER訪測.經濟部綠基會實測費用展開表LCC 20年比較表積垢與LMTD公式演算積垢熱傳熱力分析LMTD公式演算筆記節能術語解釋及技能說明

工程效益系列費用展開表工程經濟效益評比偷工減料損害業主權益

EER改善成效檢驗系列:懶人包(0)(1)(2)穩態EER技術(1)(2)(3)

成效驗析實務系列EER驗證分析實務(1)(2)EER驗證分析系統畫面(新版)

趨近溫度系列趨近溫度的謬思(1)(2)(3)原來一直都錯了、(4)謬思的實證

防蝕技術系列1腐蝕測試.SOP、2腐蝕試片、3腐蝕照片與防蝕效益、4冷卻水管腐蝕破管

防蝕效益系列1冷卻水處理腐蝕率標準2水處理防蝕經濟效益技術

法令系列:1水處理採購與法令、2水處理與能源管理法、3水處理與技師法、4.EER工程帶動空調產業發展、5.ESCO產業發展的契機、6水處理與偽造文書、7承商水處理技術

業主系列1主機EER改善.第一步2業主進階技術3基本功4業主再進階技術5運轉EER改善專案、6精明購買家.知識經濟、7.CUS/EUS發包範例.解說8水處理送審範例解說

監造系列搶標下.業主監造技術(1)(2)(3)

【大綱】    在假貨充斥空調水處理業中,新湧就是信用、專業   TOP BOTTOM

(三) 冷卻水水質管理    三-1. 冷卻及冷卻水    1.1. 冷卻與冷卻水、冷卻系統 
 1.2.
冷卻水源及其決定、使用量          1.3.冷卻(水)系統之分類與相關設備
三-2.
結垢與腐蝕    2.1. 冷卻設備之補充水量     2.2. 結垢與腐蝕 
三-3.
冷卻水水質基準
三-4.
冷卻水水質控制指標   4.1. 水質穩定性判斷   4.2. 開放式冷卻水水質標準 
 4.3. 冷卻水水質之參考指標      4.4. 循環水之結垢控制參考指標

【內文】    在假貨充斥空調水處理業中,新湧就是信用、專業   TOP BOTTOM

30~40年來空調業界的雙重困擾之處,尤其是施工採購送審未達CNS 12575防垢成效標準卻假冒者,就是不真、就是假貨,充斥在空調水處理工項中,毋庸贅述。

要言之,防垢成效檢驗技術如下,此可由本公司研發成功的M&V節能量測驗析軟體的518,400筆/年運轉資料庫依序提供:
   1. EER量測(CNS 12575)取得動態EER

   2. 依水溫負載群組→取得穩態EER
   3. 依相同水溫負載及週、月、季、半年、年之時序做比較分析
   4. 由比較分析結果確定防垢成效
之此系列技術。
  進言之,本技術之實務與解說參見超連結;又,M&V節能量測驗析軟體為其進階的應用實務技術,可提供快速且正確的防垢成效檢驗結果。

(三)冷卻水水質管理

製程或設備必須利用水將其產生之熱量或多餘熱量予以帶走,此含熱之水再經過冷卻設備(如冷卻塔)將其含熱棄除,並循環使用的過程,即是冷卻水水質管理範圍。

三-1.冷卻及冷卻水

1.1.冷卻與冷卻水、冷卻系統

由於製程(發電、燃燒、反應器)、冷凍空調的冷凝器及其它熱源所產生熱量等之棄除或冷卻,而有冷卻設備設計與製造等之工程技術的發展;冷卻的方式視溫度等級而採行空氣冷卻、水冷卻及製冷冷卻三種方式,製程或工業應用中以水可冷卻者佔極大部分,此即一般冷卻工程所含括的主要內容。

1.2.冷卻水源及其決定、使用量

冷卻水源可分成淡水、鹽水及半鹽水,而冷卻水源的決定視其供應狀況及環境影響與限制、水質處理等因素而異,冷卻水之使用量則依冷卻能力而定,此外尚須考慮合理化或節水之減量使用等因素。

1.3.冷卻()系統之分類與相關設備

冷卻()系統通常可分為開放式循環系統、密閉式循環系統及直通式系統三種型式,此三類系統所含括之主要設備則有冷卻水塔、熱交換器與系統及管路與循環幫浦等設施與裝置。

55 工業部門冷卻用水所佔比例一覽表

工業部門

           

冷卻

鍋爐房

洗滌

空調用水

製程

其它

一般工業

90.1

3.9

2.8

0.6

 

2.6

化工

87.3

1.5

5.9

3.2

 

2.1

冶金

85.4

0.4

9.8

1.7

 

2.7

機械

42.8

2.7

20.7

12.8

 

21.0

紡織

5.0

5.1

29.7

51.8

 

8.4

造紙

9.9

2.6

82.1

1.3

 

4.1

食品

48

4.4

30.4

5.7

6.0

5.5

電力

99

1

 

 

 

 

三-2. 結垢與腐蝕

2.1.冷卻設備之補充水量

冷卻水塔因散熱與質傳,會造成水量損失,使濃縮倍數上升,必須適時予以排放,整體而言,補充水量約為冷卻水循環量的11.5%,此是補水量的參考基準。如果採行節水技術,補水量可降低至0.91.1%。

2.2結垢與腐蝕

(1)飽和指數與穩定指數之計算

 冷卻水發生水垢或腐蝕現象,依pH、碳酸鹽之平衡關係而定,1936年美國Langelier發表飽和指數(saturation index)之計算法,以判定是否形成水垢或發生腐蝕傾向。

水中之碳酸氫鈣遇熱時,分解成碳酸鈣,逸出二氧化碳,而碳酸鈣溶解度很低,攝氏零度時為15 mg/l100°C時為13 mg/l,因此碳酸鈣沉積於冷卻管上成為水垢。反之水中之氫離子增加時,則溶解水垢,有腐蝕傾向,其化學反應式如下:

Ca++ + 2HCO3-CO2 + CaCO3¯ + H2O

CaCO3 + H+Ca++ + HCO3¯

pHspCapALK C

式中p為與pH相同的運算方式,pCa為鈣硬度(CaCO3 mg/l)係數,pALK為甲基橙鹼度(CaCO3 mg/l)係數,C為總溶解固體量(mg/l)係數。

(2)測量冷卻水之總溶解固體量、溫度、鈣硬度、甲基橙鹼度(M鹼度)pH

Langelier氏飽和指數速算表可以查得ABCD,並用下式以求取pHs

pHs(9.3 + A + B) - (C + D)

飽和指數IspH - pHs

穩定指數Ist2pHs - pH

56 Langelier氏飽和指數速算表

總固體量

(ppm)

A

溫度

(°F)

B

鈣硬度

(CaCO3ppm)

C

甲基橙鹼度

(CaCO3ppm)

D

50~300

400~1,000

0.1

0.2

32~34

36~42

44~48

50~56

58~62

64~70

72~80

82~88

90~98

100~110

112~122

124~132

134~146

148~160

162~178

2.6

2.5

2.4

2.3

2.2

2.1

2.0

1.9

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

1.3

1.2

 

 

10~11

12~13

14~17

18~22

23~27

28~34

35~43

44~55

56~69

70~87

88~110

111~138

139~174

175~220

230~270

280~340

350~430

440~550

560~690

700~870

880~1,000

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

10~11

12~13

14~17

18~22

23~27

28~35

36~44

45~55

56~69

70~88

89~110

111~139

140~176

177~220

230~270

280~350

360~440

450~550

560~690

700~880

890~1,000

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3.0

(3)結垢與腐蝕傾向之判定           大綱 TOP BOTTOM

LSI飽和指數

飽和指數對結垢與腐蝕傾向之影響可由水化驗後計算來判定處理的需求及處理量。

 Is 0 時,水中之鈣和鹼度在該溫度保持平衡,不發生水垢、不生腐蝕。

 Is 0 時,鈣在該溫度成為過飽和,有生成水垢傾向。

 Is 0 時,鈣不飽和,有溶解已生成之水垢,容易引起腐蝕傾向。

當飽和指數值介於 + 0.6 + 1.0時,在冷卻系統內壁上形成穩定之碳酸鈣薄膜,產生最佳之防蝕效果。 

RSI穩定指數

穩定指數對結垢與腐蝕傾向之影響如圖5所示,亦係由水化驗後計算來判定處理的方式。冷卻水的結垢傾向亦可以用穩定指數Ist來說明,

Ist67範圍時,水中之鈣和鹼度在該溫度保持平衡,不發生水垢、不生腐蝕。

Ist 6 時,鈣在該溫度成為過飽和,有生成水垢傾向。

Ist 7 時,鈣不飽和,可有溶解已生成之水垢,另容易引起腐蝕傾向。

5 穩定指數對結垢與腐蝕傾向之影響         大綱 TOP BOTTOM

 

 
(4)冷卻水處理與飽和指數、穩定指數的關係

冷卻水處理採用物理處理或藥劑,它們的適用性可分二個層面表示,第一、物理處理或藥劑的適用範圍,第二、物理處理或藥劑與實際水質的配套性。前者是判斷物理處理或藥劑是用與否,後者更為重要,由於實際水質處於經常性的變動狀態,且是不規則性的變動,物理處理或藥劑能否發揮功能必須要每分鐘(或每小時)的劑量與當時的水質狀況需求量匹配,並加減其殘餘濃度的補償,以達到控制水中藥劑殘餘濃度在應有的範圍,這樣的配套性才能發揮功能。

三-3冷卻水水質基準

冷卻水水質基準必須由各技術提供廠商的研究技術部門,依照各國各地區水質及該廠商技術所可忍受的水質污染程度,訂定出其技術能克服的水質條件。日本工業化程度較高,已經逐漸統計歸納出相關廠商的共同水質規範,並進一步訂為水質基準提供該國社會各階層遵守(JRA-GA-02-1994)。日本地質屬火山岩,自來水、地下水的硬度、鹼度均低,但矽土含量則高於台灣。由該表可以看出這些異同。國內尚未有機關訂出冷卻水水質基準,實務上均由水處理廠商自行訂定。但因水處理廠商良莠不齊,讀者應自行選擇經濟部工業局登錄的合格技術服務廠商。

59 列出日本JRA訂定的基準做為參考。

59 冷卻水、冷水、溫水及補給水之水質基準(JRA-GA-02-1994)

 

     

      

  

直通式

循環水

(20以下)

補給水

低中溫水系統

循環水

補給水

即排水

循環水(2060)

補給水

pH(25)

6.58.2

6.08.0

6.88.0

6.88.0

6.88.0

7.08.0

7.08.0

導電度(25) μS/cm

800

300

400

400

300

300

300

氯化物離子 [Cl-1] mg/l

200

50

50

50

50

50

50

硫酸離子  [SO4-2] mg/l

200

50

50

50

50

50

50

M鹼度(pH4.8)[CaCO3] mg/l

100

50

50

50

50

50

50

總硬度  [CaCO3] mg/l

200

70

70

70

70

70

70

鈣硬度  [CaCO3] mg/l

150

50

50

50

50

50

50

離子狀矽化物 [SiO2mg/l]

50

30

30

30

30

30

30

    [Fe] mg/l

1.0

0.3

1.0

1.0

0.3

1.0

0.3

    [Cu] mg/l]]

0.3

0.1

1.0

1.0

0.1

1.0

0.1

硫離子  [S-2] mg/l]]

不得驗出

不得驗出

不得驗出

不得驗出

不得驗出

不得驗出
大綱

不得驗出

銨離子  [NH4-2] mg/l

1.0

0.1

1.0

1.0

0.1

0.3
TOP

0.1

殘留氯化物 [Cl] mg/l]]

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

0.25
BOTTOM

0.3

碳酸離子 [HCO3-1] mg/l

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

0.4

0.4

安定指數**

6.07.0

 

     

      

 

綜合水處理劑使用時冷卻水*  

高中溫水系統

循環水(2060)

補給水

腐蝕

結垢

pH(25)

7.08.0

7.08.0

79

導電度(25) μS/cm

300

300

6,000

氯化物離子 [Cl-1] mg/l

30

30

 

1,500

硫酸離子  [SO4-2] mg/l

30

30

 

1,500

M鹼度(pH4.8)[CaCO3] mg/l

50

50

 

700

總硬度  [CaCO3] mg/l

70

70

 

2,000

鈣硬度  [CaCO3] mg/l

50

50

 

 

離子狀矽化物 [SiO2mg/l]

30

30

 

200

    [Fe] mg/l

1.0

0.3

    [Cu] mg/l]]

1.0

0.1

 

 

硫離子  [S-2] mg/l]]

不得驗出

不得驗出

 

不得驗出

銨離子 [NH4-2] mg/l

0.1

0.1

 

0.1

殘留氯化物 [Cl] mg/l]]

0.1

0.3

 

碳酸離子 [HCO3-1] mg/l

0.4

4.0

 

 

安定指數**

 

                   

* 三菱化學()製品;** 安定指數:2pHspH,飽和指數:pHpHs

  

表60 直通供水系統碳酸鹽硬度之需求

碳酸鹽硬度 mg/l(CaCO3表示)

排水溫度

碳酸鹽硬度mg/l(CaCO3表示)

排水溫度

140

45

196

35

168

40

280

30

 

 表61 冷凍冷藏庫之冷卻水質標準

      

碳酸鹽硬度mg/l

pH(25)

混濁度 mg/l

立式冷凝器 淋水式冷凝器

6~10

6.5~8.5

150

臥式冷凝器 蒸發式冷凝器

5~7

6.5~8.5

50

氨冷媒壓縮機等製冷設備

5~7

6.5~8.5

50

註:本表不適用於冷卻水塔的水質。        大綱 TOP BOTTOM

62 室溫下臭氧含量對各類金屬的腐蝕率單位:mg/dm2day

  

 流 速

低 流 

  

臭氧濃度 mg/l

2.1

0

2.1

0

2.1

0

一般碳鋼材料(SS 41)

83.1

 16

146

24

0.7

0.7

低合金鋼材料(SCM 3)

30.3

9.9

36

13

1.1

0.4

低合金鋼材料(SNC 2)

26.6

7.6

33

11

1.0

0.1

不銹鋼材料(T-403)

0.05

0.07

0.05

<0.05

不銹鋼材料(T-430)

0.07

0.1

<0.05

<0.05

不銹鋼材料(T-304)

0.07

0.06

<0.05

<0.05

<0.05

<0.05

特殊鋼(TCuP1)

3.8

0.6

3.9

0.7

6.2

0.9

黃鋼(BsP3)

3.2

0.6

5.5

0.8

11.4

1.5

 

        表63 冷卻水水質標準      大綱 TOP BOTTOM

項目

冷卻水

補充水

*pH(25°C)

6.5~8.0

6.0~8.0

*導電度25°C, μS/cm

800以下

200以下

*氯離子C1¯ mg/l

200以下

50以下

*硫酸根SO42¯ mg/l

200以下

50以下

*M鹼度 mgCaCO3/l

100以下

50以下

*總硬度 mgCaCO3/l

200以下

50以下

鐵含量 mg/l

1.0以下

0.3以下

硫化物 mg/l

無法測出

無法測出

氨離子 mg/l

1.0以下

0.2以下

(SiO2) mg/l

50以下

30以下

註:1. *為主要項目,其他為參考項目。2. 本表適用於硬度、鹼度均較
低的冷卻水塔。

2. CNS 1281212575規範冰機測試時段之短時間的水質比照本表。

三-4.冷卻水水質控制指標

本節各項水質標準或指標係配合相關處理技術所訂定之指標,因此必須結合物理性或化學性水處理技術一起應用。

4.1.水質穩定性判斷

64 冷卻水質穩定性判斷參考

穩定指數

水質傾向

穩定指數

水質傾向

4.0~5.0

嚴重結垢

7.0~7.5

輕微腐蝕

5.0~6.0

輕度結垢

7.5~9.0

嚴重腐蝕

6.0~7.0

水質基本穩定

大於9.0

極嚴重腐蝕

4.2.開放式系統之冷卻水水質標準

65 開放循環式系統中碳鋼質熱交換設備冷卻水之水質標準

項 目

類別

要 求 與 使 用 條 件

允許值

 

 mg/l

1.污垢熱阻值<4*10-4 m2hr/kcalyr

2.腐蝕率<0.05 mm/yr

3.各項設備對濃度均有嚴格要求。

4.運轉中存有油膜等附著物時,污垢熱阻值<6*10-4 m2hr/kcalyr

20

1.污垢熱阻值<4*10-4 m2hr/kcalyr

2.腐蝕率≦0.1 mm/yr

3.各項設備對濃度有一定程度的要求。

50

1.污垢熱阻值<6*10-4 m2hr/kcalyr

2.腐蝕率<0.25 mm/yr

3.各項設備對濃度僅有一般要求。

100

導電度,μS/cm

 

採用腐蝕抑制設備或藥劑處理時

3,000

甲基橙鹼度mg/l

 

同上

700

pH

 

 

6.5pH 9.0

4.3. 冷卻水水質之參考指標

66 冷卻水水質之參考指標

    

一般處理指標

高濃縮指標

懸浮固體 mg/l

小於5~10

小於10~20

溶解固體 mg/l

小於2,500~5,000

小於2,500~5,000

pH(一般)

(6.5~7.5) ± 0.3

(7.5~8.5) ± 0.3

控制CaCO3

小於pHs + (0.5~2.5)

小於pHs + (1~2.5)

控制Ca3(PO4)2

小於pHp + 1.5

小於pHp + 1.5

HCO3¯ mg/l

小於500

小於600

SO42- mg/l

小於500~600

小於1,000~1,200

Cl¯ mg/l

小於500~600

小於1,000~1,200

SiO2 mg/l

小於150

小於150~200

細菌密度 個/ml

小於500,000~5,000,000

小於500,000~5,000,000

Ca2+SO42-乘積

小於500,000~750,000

小於500,000~750,000

Mg2+ SiO2乘積

小於3,500~7,000

小於3,500~7,000

4.4.循環水之結垢控制參考指標

循環水之結垢控制參考指標,如表67所述。近來缺水普遍成為世界各國面臨的窘況,水處理廠商也逐漸開發高飽和指數下應用的技術,或降低飽和指數的技術,此時表67可以適當的修正。

67 循環水之結垢控制參考指標

 

控制參數

結垢控制

CaCO3

pHs

pHapHs + (0.5~2.5)

CaSO4

溶解度

[Ca2+]*[SO42-]500,000~750,000

Ca3(CO4)2

pHp

pHapHp + 1.5

MgSiO3

溶解度

[Mg2+]*[SiO2]3,500~7,000

註:pHapHs分別為循環水之實際pH值及CaCO3飽和平衡時之pH值。

(未完待續)

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節能技術手冊.五、水質管理—0介紹與主索引、1水質管理判斷基準、2鍋爐用水、3鍋爐水管理與節能關係、4高壓鍋爐給水之水質標準、5鍋爐用水處理相關規定、6冷卻水水質管理、7常用藥劑、8冷卻水管理與空調主機能源效率關係、9常見工業用水水質要求

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