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【鍋爐冷卻水塔水垢】常見問題
- 熱交換冷卻水運行主要產生的問題
- 工業熱循環不論是冷卻水塔，冰水主機或是鍋爐，冷卻水系統在運行過程中，由於水分蒸發、
風吹損失等情況使循環水不斷濃縮，其中所含的鹽類超標， 陰陽離子增加、pH值明顯變化，致使水質惡化，而循環水的溫度， pH值和營養成分有利於微生物的繁殖， 冷卻塔上充足的日光照射更是藻類生長的理想地方。 而結垢控制及腐蝕控制、微生物的控制等等， 必然的需要進行熱交換冷卻水處理。 熱交換冷卻水運行過程中主要產生的問題：（1）水垢：由於循環水在冷卻過程中不斷地蒸發，使水中含鹽濃度不斷增高，超過某些鹽類的溶解度而沈澱。 常見的有碳酸鈣、磷酸鈣、硅酸鎂等垢。水垢的質地比較致密， 大大的降低了傳熱效率，0. 6毫米的垢厚就使傳熱系數降低了20%。 （2）污垢：污垢主要由水中的有機物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉塵等構成，垢的質地鬆軟， 不僅降低傳熱效率而且還引起垢下腐蝕，縮短設備使用壽命。 （3）腐蝕：循環水對換熱設備的腐蝕，主要是電化腐蝕，產生的原因有設備製造缺陷、水中充足的氧氣、水中腐蝕性離子（ Cl-、Fe2+、Cu2+） 以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蝕的後果十分嚴重， 不加控制極短的時間即使換熱器、輸水管路設備報廢。 （4）微生物粘泥：因為循環水中溶有充足的氧氣、合適的溫度及富養條件，很適合微生物的生長繁殖， 如不及時控制將迅速導致水質惡化、發臭、變黑， 冷卻塔大量黏垢沈積甚至堵塞，冷卻散熱效果大幅下降， 設備腐蝕加劇。因此循環水處理必須控制微生物的繁殖。
- 世界創新冷卻水處理技術
根據企業熱循環水系統的特點和工藝條件，結合當地的水質特點，選擇適合企業運行條件的水垢處理方案，傳統通過加藥、電極法、純水、樹脂軟水等措施都只能除掉新垢、無法根除舊垢，無法長期有效控制熱交換冷卻水水垢指標在一定範圍內運行，也無法保證生產設備的長週期運行，更無法達到省電、省水、減碳排、減廢排等效益。【速垢淨】熱循環冷卻水塔水垢及鍋爐水垢和冰水主機水垢處理採分子震盪技術，是國立科大產學合作，通過國科會申請補助經費在台北科教館完成示範設備，也獲得鴻海科技集團、家樂福、陽明醫學大學、台達電子、高雄阮綜合醫院…..各企業單位的青睞並安裝使用，既能給企業帶來顯著的經濟效益，又能為社會帶來良好的社會效益。所以熱交換水垢處理技術應用是非常有必要的。
- 為什麼熱循環冷卻水會長水垢?
- 在熱循環水系統中，水垢是由過飽和的水溶性組分形成的，
水中溶解有各種鹽類，如碳酸氫鹽、碳酸鹽、氯化物、硅酸鹽等， 其中以溶解的碳酸氫鹽如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3) 2 最不穩定，極容易分解生成碳酸鹽，因此， 當冷卻水中溶解的碳酸氫鹽較多時，水流通過換熱器表面， 特別是溫度較高的表面，就會受熱分解； 水中溶有磷酸鹽與鈣離子時，也將產生磷酸鈣的沈澱； 碳酸鈣和Ca3(PO4)2等均屬難溶解度與一般的鹽類還不同， 其溶解度不是隨溫度的升高而加大，而是隨著溫度的升高而降低。 因此，在換熱器傳熱表面上， 這些難溶性鹽很容易達到過飽和狀態而水中結晶， 尤其當水流速度小或傳熱面較粗糙時， 這些結晶沈澱物就會沈積在傳熱表面上，形成通常所稱的水垢， 由於這些水垢結晶致密，比較堅硬，又稱之為硬垢， 常見的水垢成分為：碳酸鈣，硫酸鈣，磷酸鈣，鎂鹽，硅酸鹽。
- 物理除垢(速垢淨)與化學除垢的差異性及其效果檢驗方法
- 施放化學藥劑的主要訴求與問題：採用化學除垢劑除去冷卻水塔水垢及鍋爐水垢，是長期以來工業界採用的方法。只不過這種方法的目標訴求在於「減緩水垢的生長」，無法除掉舊垢、也無法阻止水垢繼續的增長，因此必須長期、固定的施放除垢藥劑以維繫水質的安全設定值。後續的設備維護，還需要配合換裝冷卻水塔散熱鰭片，冰水機酸洗，冷卻水管路清洗或換管….等後續工作。以確保冷卻水系統能正常地運轉。傳統的化學除垢藥劑作法還有一些需要解決的問題，例如使用藥劑造成設備腐蝕折損效應加快，產生的廢水有二次處理等問題等等，這些化學除垢劑藥劑產生的副作用，不僅耗費人工，也衍生出不必要的操作成本。只能說，在沒有找到其他更好的方案之前，不得不採用的方法。改善熱交換冷卻水系統操作現況的努力方向：如果能在減少或是不使用化學除垢劑藥劑的操作方法之下，將冷卻水塔、冰水機、以及諸多製程設備，例如熱交換機、鍋爐….等等，提升到比以前「更容易操作維繫」、「耗能更節省」、「熱交換效能提升」，並且花「更少的停機時間」、「縮減維修保養費用及時間」。這些就是產業界，廠商，以及學術界多年以來在努力的目標。尤其是在這個環保節能訴求益趨重要的時代。因此比較客觀的做法應該是，無論產業界使用任何冷卻水清洗除垢方案，只要能產生良好的除垢效果，又能夠兼顧減少污染排放，降低能源無效損耗的需求。都是可以運用的方案。不同除垢方案效能比較分析所涵蓋的因素：比較各類冷卻水清洗除垢方案所能體現的除垢效果，即可分出冷卻水清洗除垢方案之優劣性。而冷卻水清洗除垢方案是否有效果，可以從以下幾個方面的現象體現：1.從冷卻水塔、鍋爐、 冰水機的冷卻水系統中的舊垢被去除的結果---除舊垢2.熱循環效能的增進或衰退---熱循環效率3.耗能的增加或減少---節能效果4.系統用水量的多寡---省水5.汙染排放量---減少污染排放
以上幾個因素的評量，都可予以分析比較，據此判別出不同冷卻水清洗除垢方案的效果差異性。現有水質檢測法應用於化學除垢和物理除垢方案：現階段對於冷卻水的水質管理監測，所採用的分析法，係建立在化學反應結果的指標。採檢監測的主要指標項目為酸鹼度 (PH值)、濁度 (TDS)、導電度 (μs/cm)等，再根據量測結果，決定化學藥劑的投用量。物理除垢裝置的效果檢視，也可以採用此種檢驗方法，只不過這些檢測數據的解讀方式，需要做些調整。例如：以冷卻水除垢劑化學用藥進行除水垢的觀點而言，量測到超過設定標準的導電度(或是濁度)，即表示需要施以冷卻水除垢劑化學用藥投放，以整合掉水中的結垢因子，避免過高的導電度造成冷卻系統結垢的困擾。而速垢淨分子震盪物理除垢方案的操作實務上，架設並啟動裝置之後，冷卻水量測到高導電度會在短時間之內迅速提升，其原因是冷卻水系統內，累積在管路以及設備水側的舊垢，經過溶解後釋放在冷卻水中所造成的結果。如果在物理性除垢裝置啟動時，同步停止冷卻水除垢劑化學藥劑的投放，則因為結垢因子濃度迅速升高，因此冷卻水的總鹼度的量測值也會升高且水的酸鹼度會朝鹼性方向偏移。這是運用原有水質檢測檢測方法，以驗證水垢是否有發揮效能的具體結果。附帶說明一點，SEGO速垢淨分子震盪物理除垢裝置的應用，可以容許冷卻水系統在相對偏高的導電度條件下操作(如6000 – 7000 μs/cm)，但是冷卻水系統並不會產生水垢增生的困擾。這也是速垢淨分子震盪物理除垢裝置能除去系統舊垢，而非僅能減緩水垢生長速度的證明。藉由量測分析冷卻系統能源效率的提升結果，判別除垢效果：國內有專業的學術單位建置了一套量測分析的方法，可以接受委託，對於各類型冷卻水除垢方案(包含物理除垢以及化學除垢方法)，從能源損耗變化程度的角度上，進行冷卻系統操作的數據蒐集和分析，藉由能源耗費的變化量，分析判別出除垢效能有/無和高下。其分析重點以及方法流程如下：
化學用藥與物理性除垢方案的比較：如果純粹比較購買冷卻水除垢劑化學用藥與購買速垢淨設備的金額，表面上看起來，購買速垢淨設備的花費比較多。但是這種比較方式，忽略了許多需要計入的因素，並不是站在同一個比較基準上計算，所以容易產生誤解。合理的評估比較，應涵蓋以下的幾個因素：
購買冷卻水除垢劑化學用藥投放在冷卻水系統內，屬於持續性、長期性的開銷；而速垢淨分子震盪物理除垢設備的購置，則是一次性的花費，無需長期反覆購置。
投放的冷卻水除垢劑化學用藥，會對管路，以及後端的設備造成腐蝕；而速垢淨分子震盪物理除垢方法沒有設備或管線腐蝕、以及更換零件的問題，這也是操作冷卻系統時會產生的一項成本。
冷卻水除垢劑化學用藥只能減緩水垢增生的速度，無法達到除去舊垢的功效。所以冷卻水系統內的一些單元，在運轉一段時間之後，需要以人工清理，或者是酸洗等的作業方式，去除冷卻水系統內的水垢以期恢復系統的熱交換效能。作業花費，甚或者是停機時間，也是操作成本的一個環節。另外，酸洗或者是人工刮除等作業，對於設備、管路而言，也會加速腐蝕及磨耗。也不符合環保節能減排的要求。
冷卻水除垢劑化學用藥用得越多，產生的廢水量也就越大，這又會產生另外一項廢水處理的操作成本。導入速垢淨物理除垢裝置，可以大幅減少廢水處理排放的費用。是一種具備環保特性的除垢操作方式。
在冷卻水塔清洗除垢方面，使用速垢淨分子震盪物理除垢方式，可以延長散熱片的使用年限。而化學除垢劑藥劑本身，反而會加速散熱鰭片的老化和損壞，降低使用年限。
使用速垢淨物理除垢裝置，能夠除掉累積在系統內的舊垢，因此可以產生節省能源（電力）的效果，這也是採用冷卻水除垢劑化學用藥所無法達到的結果。冷卻水除垢劑化學用藥只能減緩水垢在系統孳生的速度。
運用速垢淨分子震盪物理除垢裝置，可以配合簡單的過濾設備，將冷卻水系統改善為水資源循環再生系統，減少冷卻水的排放、補充量。如果使用除垢劑化學藥劑，就沒辦法採用這種再生方式運轉冷卻水系統。在缺水的地區或時節裡，這種方案對於產業界而言，是一項非常有價值的特點。
速垢淨物理除垢系統的運作，可以讓冷卻水系統的後續操作維護，減少許多人力上的需求。既節省時間也節省操作成本。
綜合而言，比較不同的冷卻水清洗除垢方案，至少必須把以上幾個比較因素，都涵蓋進去才會客觀。畢竟，化學用藥加上人工操作以維護冷卻系統的方式，在許多方面，是沒有辦法達成物理除垢裝置所能產生的效果。加上搭配速垢淨物理除垢裝置的租賃合約，也有長期攤提型的做法，所以實際分析的結果足以顯示會比化學處理方式更具效益。
- 冷卻水塔清洗水垢與熱交換能量損耗的關係
- 冷卻水塔水垢是造成各類設備熱交換效能不彰的最主要原因。自冷卻系統的冷卻水塔、冰水主機、到鍋爐、熱交換器、製程設備等等的水迴路，都常為水垢問題所困擾。熱能經過水垢的反射、吸收、散射的作用後，能夠傳到熱交換媒介的部份，已大打折扣。利用燃煤、柴油、天燃汽、或電力等不同能源產生的能量，就在這種作用中流失浪費。冷卻水塔水垢、鍋爐水垢、冰水機水垢與能源浪費的關係: 美國能源部1998文獻 ( Non-Chemical Technologies for Scale and Hardness Control )冷卻水塔水垢、鍋爐水垢、冰機水垢垢積的愈厚，無謂的能源損耗也愈嚴重。根據上表數據換算得知，冷卻水塔水垢、鍋爐水垢、冰水機水垢在各類設備的管壁上增生至1mm (0.1公分) 的厚度，就會浪費超過10%的能源。當水垢達6.5mm (0.65公分或1/4英吋) 時，熱交換的效能損失已可達到40%的程度。按照各地區的操作經驗而言，許多地區的水質，只需約2 - 3個月左右的期間，就能令冷卻水塔水垢、冰機水垢增生3mm的厚度。有些地區冷卻水塔水垢、鍋爐水垢、冰水機水垢增生的情況甚至更嚴重。不少業者的實際經驗顯示，工廠內新裝設的冰水機，於正式啟動之後，約1個月左右的期間，就已經下降了近10%的效能。即使用了除垢劑加上定期酸洗，只能減緩水垢增生的速率，而無法阻擋其持續增長。
- 冷卻水塔清洗用化學除垢劑的探討
- 採用化學藥劑除去冷卻水塔清洗水垢，是長期以來工業界採用的方法。只不過這種方法的目標訴求在於「減緩冷卻水塔清洗水垢的發生」，無法除掉熱循環冷卻水塔的舊垢、也無法阻止冷卻水塔水垢繼續的增長，因此必須長期、固定的施放除垢劑以維繫冷卻水塔水質以及冰水主機的安全設定值。後續的設備維護，還需要配合換裝冷卻水塔散熱片，冰機酸洗，冷卻水塔管路清洗或換冷卻水塔管路…等後續工作，以確保熱交換冷卻水系統能正常地運轉。傳統的化學除垢劑作法還有一些需要解決的問題，例如使用化學除垢藥劑造成設備腐蝕折損效應加快，產生的廢水有二次汙染水源等問題，化學除垢產生的副作用，不僅耗費人工，也衍生出不必要的操作成本。只能說，化學除垢是在沒有找到其他更好的方案解決冷卻水塔水垢及冰機水垢之前，不得不採用的方法。
- 冷卻水塔清洗水垢用化學除垢與物理除垢的比較：
如果純粹比較購買化學除垢劑與購買SEGO速垢淨冷卻水塔清洗物理除垢設備的金額，表面上看起來，購買設備的花費比較多。但是這種比較方式，忽略了許多需要計入的因素，並不是站在同一個比較基準上計算，所以容易產生誤解。合理的評估比較，應涵蓋以下的幾個因素：
(一)購買化學除垢劑投放在熱循環冷卻水系統內，屬於持續性、長期性的開銷；而SEGO速垢淨冷卻水塔清洗物理除垢設備的購置，則是一次性的花費，無需長期反覆購置。
(二)投放的化學除垢劑，會對冷卻水塔管路，冰機管路以及後端的設備造成腐蝕；而物理除垢方法沒有設備或冷卻水系統管路的腐蝕、以及更換零件的問題，這也是操作冷卻水塔除垢時會產生的一項成本。
(三)化學藥劑只能減緩水垢增生的速度，無法達到除去舊垢的功效。所以熱交換冷卻水系統內的一些單元，在運轉一段時間之後，需要以人工清理，或者是冰機酸洗等的作業方式，去除冷卻水塔水垢以期恢復系統的熱交換效能。作業花費，甚或者是停機時間，也是操作成本的一個環節。另外，冰機酸洗或者是人工刮除等作業，對於冷卻水系統設備、冷卻水塔管路而言，也會加速腐蝕及磨耗。也不符合節能減排的要求。
(四)化學藥劑用得越多，產生的廢水量也就越大，這又會產生另外一項廢水處理的操作成本。導入SEGO速垢淨冷卻水塔清洗物理除垢裝置，可以大幅減少廢水處理排放的費用。是一種具備環保的冷卻水除水垢的操作方式。
(五)在冷卻水塔方面，使用物理除垢方式，可以延長散熱鰭片的使用年限。而化學藥劑本身，反而會加速散熱鰭片的老化和損壞，降低使用年限。
(六)使用SEGO速垢淨冷卻水塔清洗物理除垢裝置，能夠除掉累積在系統內的舊垢，因此可以產生節省能源（電力）的效果，這也是採用化學用藥所無法達到的節能減碳結果。化學除垢劑只能減緩水垢在系統孳生的速度。
(七)運用SEGO速垢淨冷卻水塔清洗物理除垢裝置，可以配合簡單的過濾設備，將冷卻水系統改善為水資源循環再生系統，減少冷卻水的排放、補充量。如果使用化學除垢藥劑，就沒辦法採用這種再生方式運轉冷卻水系統。在缺水的地區或時節裡，這種方案對於產業界而言，是一項非常有價值的特點。
(八)SEGO速垢淨冷卻水塔清洗物理除垢系統的運作，可以讓冷卻水熱交換系統的後續操作維護，減少許多人力上的需求。既節省時間也節省操作成本。
綜合而言，比較不同的除垢方案，至少必須把以上幾個比較因素，都涵蓋進去才會客觀。畢竟，化學除垢劑要加上人工操作以維護冷卻水塔清洗除垢的方式，在許多方面，是沒有辦法達成如SEGO速垢淨冷卻水塔清洗物理除垢裝置所能產生的效果。加上搭配物理除垢裝置的租賃合約，也有長期攤提型的做法，所以實際分析的結果足以顯示會比化學除垢方式更具效益。
- 鍋爐水垢及冷卻水塔水垢容易出現的位置
1.桶槽設備底端進出管路接合面邊緣
2.彎管轉彎曲面處
3.管路內壁管路瑕疵點、粗糙面
4.管路法蘭、牙口以及接合面
5.管路異徑接頭接合面
- 電極式除水垢探討
- 電極除水垢的工作原理，是將水中帶電荷的游離成分，吸附在正、負兩個電極上。電極法除水垢方式能處理的，是已經溶解在水中，帶電位的游離態分子；對於已經在冷卻水塔管路壁面，或各式鍋爐(如熱水鍋爐、蒸氣鍋爐、煙管式鍋爐、貫流式鍋爐、燒結爐、空壓機、熱泵等等)設備膛體上形成固態結晶的水垢硬塊，無法移除處理。已經在鍋爐管路或冷卻水塔管路及設備上形成的舊垢硬塊，需要靠其他方法溶解下來(如，化學藥劑、磁能、遠紅外線、軟水系統...等)。所以電極式除水垢吸附裝置，可以借由濾掉水中鈣、鎂離子成分，減緩水垢在系統內增生的速率；但是若要除掉舊垢，電極式除水垢法較難達成必需導入其他的溶垢方案。◆ 吸附在電極棒上的水垢量，相對於整體系統產生的水垢量其比例有限。尤其在各式鍋爐(如熱水鍋爐、蒸氣鍋爐、煙管式鍋爐、貫流式鍋爐、燒結爐、空壓機、熱泵等等)設備上要處理大量水垢是比較困難。
