某鋼鐵公司連鑄機循環水日常處理技術方案
1．概 述：
循環冷卻水質穩定處理技術，自上個世紀七十年代在國內得到使用和推廣后，人們一再追求運行費用低、安全、穩定、長周期、滿負荷運行的前提下，求得最小的物化勞動和耗費，以獲得最大的經濟效益。因此，迫切需要提供高效、經濟、實用的水質穩定劑，提供先進科學的管理方法，以適應工業設備長周期、滿負荷運行的要求，防止設備的腐蝕、結垢、粘泥及微生物的危害，延長設備的使用壽命。
冷卻水系統在運行過程中，其冷卻設備的金屬表面上常常會發生沉積物（污垢）的集積。多數換熱器用碳鋼制成，碳鋼的導熱系數為46.4―52.2W/(m•K)[167―188kJ/(m•h•℃)],但碳酸鹽垢的導熱系數為0.464―0.697 W/(m•K)，只有碳鋼的1%左右；油脂層的導熱系數更低，為0.117 W/(m•K)，僅為碳鋼的0.25%。1mm厚的垢層的熱阻相當于40mm厚鋼板的熱阻。因此，沉積物的存在將大大降低換熱器的冷卻效果。與此同時，沉積物還使換熱器中冷卻水通道的截面積和冷卻水的通量變小，從而使冷卻效果降低。
微生物黏泥和油垢是微生物生長的基地和養料。黏泥還是微生物躲避殺生劑的庇護所。油垢的存在會增加冷卻水的耗氧量，降低殺菌效果。這些都將促進微生物的生長和微生物腐蝕的發展。沉積物還阻礙冷卻水中緩蝕劑和預膜藥劑到達冷卻設備的金屬表面，使它們難于與金屬反應而生成保護膜，從而降低緩蝕劑和預膜處理的效果。
因此，不論從提高冷卻效果來考慮，還是從防止腐蝕和抑制微生物生長來考慮，冷卻水系統都應進行投加清洗、預膜和日常運行中投加水質穩定劑，以除去金屬表面上的那些沉積物和防止結垢、腐蝕。
一套完整的水處理方案包括清洗、預膜和正常處理程序。循環冷卻水系統，無論是新系統或是老系統，在開車正常投藥之前都要進行系統清洗和預膜工作。清洗和預膜工作被稱為循環水系統化學處理的預處理。對于新系統來說，設備和管道在安裝過程中，難免會有碎屑、雜物和塵土留在系統之中，有時冷卻設備的銹蝕和油污也很嚴重，這些雜物和油污如不清洗干凈，將會影響下一步的預膜處理。老系統的冷卻設備還常有垢、粘泥和金屬腐蝕產物，嚴重影響設備壽命和換熱效率。因此，清洗工作做的好，對新系統來說，可以提高預膜效果，減少腐蝕和結垢的產生；對已投產的老系統來說，可以提高換熱效率，改善工藝操作條件，保證長的生產周期，降低能耗和延長設備使用壽命。所以，清洗工作是循環水系統開車必不可少的一個環節。
循環水系統的預膜是為了提高緩蝕劑的成膜效果，常在循環水開車初期投加較高的緩蝕劑量，待成膜后，再降低藥劑濃度維持補膜，即所謂的正常處理。這種預膜處理，其目的是希望在金屬表面上能很快的形成一層保護膜，提高緩蝕劑抑制腐蝕的效果。實踐也證明在同一個系統中，經過預膜和未經預膜的設備，在用同樣的的緩蝕劑情況下，其緩蝕效果卻相差很大。因此，循環水開車初期的預膜工作必須要給以高度重視。
循環水系統除了在開車時必須要進行預膜外，在發生以下情況時也必須重新預膜：⑴ 年度大檢修系統停水后；⑵ 系統進行酸洗之后；⑶ 停水40h或換熱設備暴露在空氣中12 h；⑷ 循環水系統PH＜4達2 h。
2．系統基本情況：
某鋼鐵有限公司連鑄機結晶器用水采用自來水投加水處理藥劑辦法來取代軟化水進行循環使用。該系統也和其它系統一樣，使用長江水為補充水，經過簡單的處理之后供系統使用的。該補充水的賴茲爾穩定指數為7.78，屬偏腐蝕性水質，但隨著濃縮倍數的提高，其賴茲爾穩定指數則不斷降低，水質傾向逐漸變為偏結垢型水質，且結垢的可能性逐漸增強。
本系統的水量平衡參數見表1：
表1：循環冷卻水系統運行參數
循環水量 500m3/h
保有水量 480 m3
補充水量 16 m3/h
蒸發水量 6 m3/h
排污水量 7 m3/h
泄漏損失水量 3 m3/h
進水溫度 38-40℃
排水溫度 32-34℃
設備主要材質 碳鋼、不銹鋼、銅
該系統補充水水質狀況見表2：
表2：補充水水質分析結果
水質項目 結 果 水質項目 結 果 水質項目 結 果
PH 值 7.42 總硬度 149 mg/L SiO2 0.094 mg/L
濁 度 3.10 mg/L Ca2+ 96.36 mg/L 總溶固 123 mg/L
電導率
270 us/cm Mg2+ 12.63 mg/L 總 鐵 0.11 mg/L
總堿度 202 mg/L CL- 12.50 mg/L 總 磷 0
※注：表中總堿度、總硬度、Ca2+結果均以CaCO3表示。
針對上述情況，結合現場的實際情況，特制定出了如下處理方案。
3．本系統清洗預膜處理方案：
3.1 清洗預膜處理過程簡述:
水沖洗——殺菌剝離——水沖洗——酸洗除垢——水沖洗——堿中和——水沖洗——藥劑清洗——水沖洗——預膜處理——水沖洗——正常運行
3.2 水沖洗：利用水的沖力帶走系統中的污物雜質；兩步處理之間的水沖洗是一個換水的過程，用清水置換出上一步處理的污水。當進出水PH值和濁度相近時認為換水結束。
3.3 殺菌剝離：無論新舊設備，在系統投運之初，均會由于安裝、施工等原因，帶進大氣中的灰塵泥砂等，而它們中也會帶有許多菌藻和它們的孢子，它們的繁衍滋生、新陳代謝產生的生物粘泥，同時粘附著灰塵、泥砂沉積在設備表面，形成軟垢。殺菌剝離的目的就是清除設備及管道內的這樣一層由微生物粘泥而引起的沉積物。
殺菌剝離處理方法： 殺菌滅藻劑 200ppm
剝離劑 2000ppm
運行條件：在自然條件下進行6小時左右
3.4 酸洗除垢：酸能有效地清洗掉金屬設備中由堿土金屬碳酸鹽組成的硬垢和由金屬氧化物組成的腐蝕產物；但同時，酸也會對設備金屬機體造成腐蝕，因此，為避免酸洗對設備造成腐蝕，在進行酸洗的時候，必須投加緩蝕劑，以保護設備免遭酸的侵蝕。
酸洗處理方法：酸洗緩蝕劑 1000ppm
工業濃硫酸 約 2噸
運行條件：先加入酸洗緩蝕劑運行半小時后，開始加入濃硫酸，運行約4小時結束。
3.5 堿中和：系統酸洗結束后，為了避免酸中的[H+]對設備金屬造成危害，必須盡快降低水系統中的酸度，加入適量的[OH—]，使其與[H+]中和，減小危害。
堿中和處理方法：工業液堿 約 0.6噸
運行條件：在酸洗結束后，先進行適當換水，然后加入工業液堿進行中和，運行約2小時結束。
3.6 藥劑清洗：系統在運行過程中，由于處理不當，難免產生少量鐵銹和水垢，也會由于少量機械油脂的泄漏，產生油污等，因而對設備必須進行清洗處理，使設備表層達到潔凈狀態，為預膜創造一個良好的條件。這里所說的藥劑實際上是一種復合型的清洗劑，它是由有機溶劑和多種緩蝕劑、除銹劑等一起合成的。
藥劑清洗處理方法：清洗劑 2000ppm
運行條件：PH值（硫酸調節） 5.0-6.0 清洗時間約為8-10小時左右
3.7 預膜處理：旨在設備及過水管道表層形成一層化學保護膜，使設備與水分離達到保護設備之目的。
預膜處理方法：預膜劑 400ppm
運行條件：PH值（硫酸調節） 5.5-6.5
時間 常溫時 48h左右
帶負荷時 30h左右
3.7 清洗預膜處理結束之后，由于設備表層的化學保護膜必須通過投加阻垢緩蝕劑來維護和修補，因而必須馬上進行正常投藥處理，系統轉入正常運行，以確保水處理效果。
4．本系統日常處理方案：
4.1 均勻地（禁止采用沖擊式投加）投加NC-403阻垢分散劑（耐高溫）150-200mg/L至連鑄機結晶器水系統中進行日常的水質穩定加藥處理，每月的投加量為3t；
4.2 定期(每半月)進行一次殺生處理（夏天可適當增大使用頻率，冬天可適當放寬使用頻率），使用殺菌滅藻劑200mg/L進行處理；
4.3 當系統發生污泥沉積或有這種趨勢時，可突擊性地對系統投加殺菌滅藻劑100mg/L和剝離劑1000mg/L進行一次殺菌剝離處理，并用置換水的方法將剝離下來的污泥排出系統外；
4.4系統每天必須進行定期排污,方法是將潛污泵放入集水池子中,將排放水作為其它系統的補充水,降低系統的濃縮倍數及Ca2+和Mg2+的含量，防止結垢
4.5 建議在每年大修時對系統進行一次清洗預膜處理。
5. 加強循環水系統的日常監督管理：
日常監督是搞好化學處理的最關鍵工作、實行科學管理的重要環節，沒有監控，就失去了化學處理的意義。只有對系統采取了長期、嚴格、細致的監控，才能掌握化學處理的脈搏，保證水處理的效果。
監督管理主要包括以下幾個方面。
⑴水質分析 應對原水、補充水及循環水每月進行一次全分析以積累歷史資料。對循環水中主要指標應進行經常性的控制項目分析，下面作一簡單介紹。
①PH值 必須嚴格按設計的指標加以控制，這有助于膜的生成與維持；PH值控制過高，容易結垢；PH值偏低，對膜有破壞作用，且使腐蝕傾向增強。因此，PH值控制應穩定，波動范圍要小。
②渾濁度 渾濁度高是形成沉積的主要原因，因此要求其越低越好。
③電導率 可用其來監測冷卻水系統的濃縮倍數，水的電導率越高，表明水中的可溶性物質含量越高。
④總堿度 總堿度是水中重碳酸鹽的表示，總堿度越穩定表明水中的致垢重碳酸鹽越穩定，系統結垢的可能性越小。
⑤Ca2+ 膦系處理需螯和水中的Ca2+沉積在陰極表面形成一層保護膜而起到緩蝕作用，故水中要有足夠的Ca2+，但Ca2+過高，易于生成碳酸鈣水垢。Ca2+控制適當才能達到緩蝕和阻垢的效果。
⑥Cl— Cl— 高了對膜有破壞作用，對不銹鋼容易產生點蝕和應力腐蝕。應根據具體情況確定指標。
⑦總鐵 循環水中總鐵的變化，反映了系統中腐蝕抑制的情況，如總鐵不斷上升，說明系統中鐵在不斷溶解，腐蝕在加重，應引起注意。
⑧總磷 它反映水中的藥劑含量，說明藥量是否適當。
⑨濃縮倍數 控制好濃縮倍數對節約用水和降低藥劑費用意義很大。
⑵掛片 在水池或在循環水管旁路上設置掛片，運行一段時間后取出，測定它的腐蝕速度。由于掛片不帶換熱面，對生產設備的模擬性較差。
⑶監測換熱器 這種監測換熱器的運行條件較為接近生產實際，能同時取得腐蝕速度和結垢的數據。缺點是一臺監測換熱器難以反映不同條件的各臺工藝換熱器的實際情況。
⑷工藝水冷卻器的監測 在生產正常的情況下，循環水量、工藝介質流量、工藝介質進出口溫度一般是穩定的，因此，工藝介質進出口溫度和進出口冷卻水的溫差，可以直接反映水冷卻器的換熱效果，從而評定冷卻水質量好壞。
⑸微生物活動的監測 冷卻水需經常監測微生物活動情況，如異養菌數、鐵細菌數、硫酸鹽還原菌數、粘泥量等，也可經常用目測循環水系統的藻類生長情況。
分析項目
頻 率 指 標
PH值 1次/日 7.0-9.2
濁度 1次/日 ＜10 mg/L
電導率 1次/日 ＜2000 us/cm
總堿度(以CaCO3計) 1次/日 ＜1000 mg/L
Ca2+ 1次/日 30-200 mg/L
總硬度(以CaCO3計) 1次/日 ＜600 mg/L
CL- 1次/日 ＜300 mg/L
總鐵 1次/日 ＜1.0 mg/L
細菌總數 1次/周 ＜5×105個/ml
總磷 1次/日 4 ~ 10 mg/L
濃縮倍數 1次/日 3.0 ~ 4.0
碳鋼腐蝕率 1次/月 ＜0.120 mm/a
銅、不銹鋼腐蝕率 1次/月 ＜0.005 mm/a
污垢附著速度 1次/月 ＜15 mg/cm2•月
⑹大檢修期間的綜合考察 大檢修期間是檢驗化學處理效果的極好機會，水冷卻器拆開之后，效果一目了然。考察之后應結合全年運行的監測數據進行總結，作為下一年度調整配方及運行條件的參考資料，
表3：水質分析目標值。
每月普查一次鐵細菌、真菌、硫酸鹽還原菌，經常目測藻類的生長情況，觀察水色及氣味，這些都是對微生物及生物粘泥監測的有效辦法。
6. 清洗預膜處理實施方案
6.1 清洗預膜處理技術路線
水沖洗——殺菌剝離——水沖洗——酸洗除垢——水沖洗——堿中和——水沖洗——藥劑清洗——水沖洗——預膜處理——水沖洗——正常運行
建議鴻泰公司進行清洗、預膜處理。
7. 循環水系統科學運行管理
7.1. 綜合治理
7.1.1 對補充水一定要經過認真處理，凡是超標的水質，一定經過絮凝沉淀除去水中的懸浮物，使濁度達到規定的范圍。
7.1.2 對入口設置過濾網，防止昆蟲、藻片、塑料等較大雜物進入循環水系統。
7.1.3 保護冷卻塔四周環境，防止灰砂、煙塵、化學氣體等有害物質通過冷卻塔進入循環水系統。
7.1.4 對特殊換熱器要求定出專門的保護措施。
7.2. 嚴格操作規程管理
7.2.1 循環水系統水量的管理
7.2.1.1嚴格控制循環水系統水量的排污與流失。水的損失過大濃縮倍數達不到要求，不僅補水增大，藥劑消耗增加，而且還會加劇設備腐蝕。
7.2.1.2補水量應根據排污水量及蒸發、風吹損失水量調節，確保水系統濃縮倍數的穩定。
7.2.2 加藥管理：嚴格參照加藥規程對系統進行加藥，確保系統中藥劑含量的確定。加藥地點選擇適當，各種不同的藥劑要分庫存放，按藥劑的有關存放標準定崗管理，以免加錯藥劑。對系統定期進行殺菌滅藻處理，一定要控制水系統中細菌總數<5×105個/ml。
7.3. 化學處理的日常監控 監控是搞好化學水處理最關鍵的工作，是實行科學管理的重要環節，沒有監控，就失去了化學處理的意義。只有對系統采取了長期、嚴格、細致的監控，才能掌握化學水處理的脈搏，保證水處理效果，所以系統投運前，就要建立一套嚴格的監測管理制度，并嚴格參照運行。
7.3.1 水質分析 循環水水質分析是水處理效果好壞的最關鍵因素，一定要按時準確的做好各項目的分析。如發現分析結果有異，應及時查找原因，增加分析頻率。如發現超出定值，應及時查找原因，在原因查明之前，應每班化驗1次。
7.3.2 掛片監測 掛片用于觀察腐蝕形態和測定腐蝕速度，一般規定安裝在回水管上，每次至少放2片，每三個月取出一次，測定其污垢附著量和腐蝕速度，具體安裝辦法，參照美國NAC掛片安裝方法。
7.3.3 換熱器污垢的監測 一般在1年以內都采用掛片監測，或安裝監測熱交熱器，每3個月取出一次，對污垢進行全分析，用以判定系統的結垢狀況。
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