某钢铁公司连铸机循环水日常处理技术方案
1．概 述：
循环冷却水质稳定处理技术，自上个世纪七十年代在国内得到使用和推广后，人们一再追求运行费用低、安全、稳定、长周期、满负荷运行的前提下，求得最小的物化劳动和耗费，以获得最大的经济效益。因此，迫切需要提供高效、经济、实用的水质稳定剂，提供先进科学的管理方法，以适应工业设备长周期、满负荷运行的要求，防止设备的腐蚀、结垢、粘泥及微生物的危害，延长设备的使用寿命。
冷却水系统在运行过程中，其冷却设备的金属表面上常常会发生沉积物（污垢）的集积。多数换热器用碳钢制成，碳钢的导热系数为46.4―52.2W/(m•K)[167―188kJ/(m•h•℃)],但碳酸盐垢的导热系数为0.464―0.697 W/(m•K)，只有碳钢的1%左右；油脂层的导热系数更低，为0.117 W/(m•K)，仅为碳钢的0.25%。1mm厚的垢层的热阻相当于40mm厚钢板的热阻。因此，沉积物的存在将大大降低换热器的冷却效果。与此同时，沉积物还使换热器中冷却水通道的截面积和冷却水的通量变小，从而使冷却效果降低。
微生物黏泥和油垢是微生物生长的基地和养料。黏泥还是微生物躲避杀生剂的庇护所。油垢的存在会增加冷却水的耗氧量，降低杀菌效果。这些都将促进微生物的生长和微生物腐蚀的发展。沉积物还阻碍冷却水中缓蚀剂和预膜药剂到达冷却设备的金属表面，使它们难于与金属反应而生成保护膜，从而降低缓蚀剂和预膜处理的效果。
因此，不论从提高冷却效果来考虑，还是从防止腐蚀和抑制微生物生长来考虑，冷却水系统都应进行投加清洗、预膜和日常运行中投加水质稳定剂，以除去金属表面上的那些沉积物和防止结垢、腐蚀。
一套完整的水处理方案包括清洗、预膜和正常处理程序。循环冷却水系统，无论是新系统或是老系统，在开车正常投药之前都要进行系统清洗和预膜工作。清洗和预膜工作被称为循环水系统化学处理的预处理。对于新系统来说，设备和管道在安装过程中，难免会有碎屑、杂物和尘土留在系统之中，有时冷却设备的锈蚀和油污也很严重，这些杂物和油污如不清洗干净，将会影响下一步的预膜处理。老系统的冷却设备还常有垢、粘泥和金属腐蚀产物，严重影响设备寿命和换热效率。因此，清洗工作做的好，对新系统来说，可以提高预膜效果，减少腐蚀和结垢的产生；对已投产的老系统来说，可以提高换热效率，改善工艺操作条件，保证长的生产周期，降低能耗和延长设备使用寿命。所以，清洗工作是循环水系统开车必不可少的一个环节。
循环水系统的预膜是为了提高缓蚀剂的成膜效果，常在循环水开车初期投加较高的缓蚀剂量，待成膜后，再降低药剂浓度维持补膜，即所谓的正常处理。这种预膜处理，其目的是希望在金属表面上能很快的形成一层保护膜，提高缓蚀剂抑制腐蚀的效果。实践也证明在同一个系统中，经过预膜和未经预膜的设备，在用同样的的缓蚀剂情况下，其缓蚀效果却相差很大。因此，循环水开车初期的预膜工作必须要给以高度重视。
循环水系统除了在开车时必须要进行预膜外，在发生以下情况时也必须重新预膜：⑴ 年度大检修系统停水后；⑵ 系统进行酸洗之后；⑶ 停水40h或换热设备暴露在空气中12 h；⑷ 循环水系统PH＜4达2 h。
2．系统基本情况：
某钢铁有限公司连铸机结晶器用水采用自来水投加水处理药剂办法来取代软化水进行循环使用。该系统也和其它系统一样，使用长江水为补充水，经过简单的处理之后供系统使用的。该补充水的赖兹尔稳定指数为7.78，属偏腐蚀性水质，但随着浓缩倍数的提高，其赖兹尔稳定指数则不断降低，水质倾向逐渐变为偏结垢型水质，且结垢的可能性逐渐增强。
本系统的水量平衡参数见表1：
表1：循环冷却水系统运行参数
循环水量 500m3/h
保有水量 480 m3
补充水量 16 m3/h
蒸发水量 6 m3/h
排污水量 7 m3/h
泄漏损失水量 3 m3/h
进水温度 38-40℃
排水温度 32-34℃
设备主要材质 碳钢、不锈钢、铜
该系统补充水水质状况见表2：
表2：补充水水质分析结果
水质项目 结 果 水质项目 结 果 水质项目 结 果
PH 值 7.42 总硬度 149 mg/L SiO2 0.094 mg/L
浊 度 3.10 mg/L Ca2+ 96.36 mg/L 总溶固 123 mg/L
电导率
270 us/cm Mg2+ 12.63 mg/L 总 铁 0.11 mg/L
总碱度 202 mg/L CL- 12.50 mg/L 总 磷 0
※注：表中总碱度、总硬度、Ca2+结果均以CaCO3表示。
针对上述情况，结合现场的实际情况，特制定出了如下处理方案。
3．本系统清洗预膜处理方案：
3.1 清洗预膜处理过程简述:
水冲洗——杀菌剥离——水冲洗——酸洗除垢——水冲洗——碱中和——水冲洗——药剂清洗——水冲洗——预膜处理——水冲洗——正常运行
3.2 水冲洗：利用水的冲力带走系统中的污物杂质；两步处理之间的水冲洗是一个换水的过程，用清水置换出上一步处理的污水。当进出水PH值和浊度相近时认为换水结束。
3.3 杀菌剥离：无论新旧设备，在系统投运之初，均会由于安装、施工等原因，带进大气中的灰尘泥砂等，而它们中也会带有许多菌藻和它们的孢子，它们的繁衍滋生、新陈代谢产生的生物粘泥，同时粘附着灰尘、泥砂沉积在设备表面，形成软垢。杀菌剥离的目的就是清除设备及管道内的这样一层由微生物粘泥而引起的沉积物。
杀菌剥离处理方法： 杀菌灭藻剂 200ppm
剥离剂 2000ppm
运行条件：在自然条件下进行6小时左右
3.4 酸洗除垢：酸能有效地清洗掉金属设备中由碱土金属碳酸盐组成的硬垢和由金属氧化物组成的腐蚀产物；但同时，酸也会对设备金属机体造成腐蚀，因此，为避免酸洗对设备造成腐蚀，在进行酸洗的时候，必须投加缓蚀剂，以保护设备免遭酸的侵蚀。
酸洗处理方法：酸洗缓蚀剂 1000ppm
工业浓硫酸 约 2吨
运行条件：先加入酸洗缓蚀剂运行半小时后，开始加入浓硫酸，运行约4小时结束。
3.5 碱中和：系统酸洗结束后，为了避免酸中的[H+]对设备金属造成危害，必须尽快降低水系统中的酸度，加入适量的[OH—]，使其与[H+]中和，减小危害。
碱中和处理方法：工业液碱 约 0.6吨
运行条件：在酸洗结束后，先进行适当换水，然后加入工业液碱进行中和，运行约2小时结束。
3.6 药剂清洗：系统在运行过程中，由于处理不当，难免产生少量铁锈和水垢，也会由于少量机械油脂的泄漏，产生油污等，因而对设备必须进行清洗处理，使设备表层达到洁净状态，为预膜创造一个良好的条件。这里所说的药剂实际上是一种复合型的清洗剂，它是由有机溶剂和多种缓蚀剂、除锈剂等一起合成的。
药剂清洗处理方法：清洗剂 2000ppm
运行条件：PH值（硫酸调节） 5.0-6.0 清洗时间约为8-10小时左右
3.7 预膜处理：旨在设备及过水管道表层形成一层化学保护膜，使设备与水分离达到保护设备之目的。
预膜处理方法：预膜剂 400ppm
运行条件：PH值（硫酸调节） 5.5-6.5
时间 常温时 48h左右
带负荷时 30h左右
3.7 清洗预膜处理结束之后，由于设备表层的化学保护膜必须通过投加阻垢缓蚀剂来维护和修补，因而必须马上进行正常投药处理，系统转入正常运行，以确保水处理效果。
4．本系统日常处理方案：
4.1 均匀地（禁止采用冲击式投加）投加NC-403阻垢分散剂（耐高温）150-200mg/L至连铸机结晶器水系统中进行日常的水质稳定加药处理，每月的投加量为3t；
4.2 定期(每半月)进行一次杀生处理（夏天可适当增大使用频率，冬天可适当放宽使用频率），使用杀菌灭藻剂200mg/L进行处理；
4.3 当系统发生污泥沉积或有这种趋势时，可突击性地对系统投加杀菌灭藻剂100mg/L和剥离剂1000mg/L进行一次杀菌剥离处理，并用置换水的方法将剥离下来的污泥排出系统外；
4.4系统每天必须进行定期排污,方法是将潜污泵放入集水池子中,将排放水作为其它系统的补充水,降低系统的浓缩倍数及Ca2+和Mg2+的含量，防止结垢
4.5 建议在每年大修时对系统进行一次清洗预膜处理。
5. 加强循环水系统的日常监督管理：
日常监督是搞好化学处理的最关键工作、实行科学管理的重要环节，没有监控，就失去了化学处理的意义。只有对系统采取了长期、严格、细致的监控，才能掌握化学处理的脉搏，保证水处理的效果。
监督管理主要包括以下几个方面。
⑴水质分析 应对原水、补充水及循环水每月进行一次全分析以积累历史资料。对循环水中主要指标应进行经常性的控制项目分析，下面作一简单介绍。
①PH值 必须严格按设计的指标加以控制，这有助于膜的生成与维持；PH值控制过高，容易结垢；PH值偏低，对膜有破坏作用，且使腐蚀倾向增强。因此，PH值控制应稳定，波动范围要小。
②浑浊度 浑浊度高是形成沉积的主要原因，因此要求其越低越好。
③电导率 可用其来监测冷却水系统的浓缩倍数，水的电导率越高，表明水中的可溶性物质含量越高。
④总碱度 总碱度是水中重碳酸盐的表示，总碱度越稳定表明水中的致垢重碳酸盐越稳定，系统结垢的可能性越小。
⑤Ca2+ 膦系处理需螯和水中的Ca2+沉积在阴极表面形成一层保护膜而起到缓蚀作用，故水中要有足够的Ca2+，但Ca2+过高，易于生成碳酸钙水垢。Ca2+控制适当才能达到缓蚀和阻垢的效果。
⑥Cl— Cl— 高了对膜有破坏作用，对不锈钢容易产生点蚀和应力腐蚀。应根据具体情况确定指标。
⑦总铁 循环水中总铁的变化，反映了系统中腐蚀抑制的情况，如总铁不断上升，说明系统中铁在不断溶解，腐蚀在加重，应引起注意。
⑧总磷 它反映水中的药剂含量，说明药量是否适当。
⑨浓缩倍数 控制好浓缩倍数对节约用水和降低药剂费用意义很大。
⑵挂片 在水池或在循环水管旁路上设置挂片，运行一段时间后取出，测定它的腐蚀速度。由于挂片不带换热面，对生产设备的模拟性较差。
⑶监测换热器 这种监测换热器的运行条件较为接近生产实际，能同时取得腐蚀速度和结垢的数据。缺点是一台监测换热器难以反映不同条件的各台工艺换热器的实际情况。
⑷工艺水冷却器的监测 在生产正常的情况下，循环水量、工艺介质流量、工艺介质进出口温度一般是稳定的，因此，工艺介质进出口温度和进出口冷却水的温差，可以直接反映水冷却器的换热效果，从而评定冷却水质量好坏。
⑸微生物活动的监测 冷却水需经常监测微生物活动情况，如异养菌数、铁细菌数、硫酸盐还原菌数、粘泥量等，也可经常用目测循环水系统的藻类生长情况。
分析项目
频 率 指 标
PH值 1次/日 7.0-9.2
浊度 1次/日 ＜10 mg/L
电导率 1次/日 ＜2000 us/cm
总碱度(以CaCO3计) 1次/日 ＜1000 mg/L
Ca2+ 1次/日 30-200 mg/L
总硬度(以CaCO3计) 1次/日 ＜600 mg/L
CL- 1次/日 ＜300 mg/L
总铁 1次/日 ＜1.0 mg/L
细菌总数 1次/周 ＜5×105个/ml
总磷 1次/日 4 ~ 10 mg/L
浓缩倍数 1次/日 3.0 ~ 4.0
碳钢腐蚀率 1次/月 ＜0.120 mm/a
铜、不锈钢腐蚀率 1次/月 ＜0.005 mm/a
污垢附着速度 1次/月 ＜15 mg/cm2•月
⑹大检修期间的综合考察 大检修期间是检验化学处理效果的极好机会，水冷却器拆开之后，效果一目了然。考察之后应结合全年运行的监测数据进行总结，作为下一年度调整配方及运行条件的参考资料，
表3：水质分析目标值。
每月普查一次铁细菌、真菌、硫酸盐还原菌，经常目测藻类的生长情况，观察水色及气味，这些都是对微生物及生物粘泥监测的有效办法。
6. 清洗预膜处理实施方案
6.1 清洗预膜处理技术路线
水冲洗——杀菌剥离——水冲洗——酸洗除垢——水冲洗——碱中和——水冲洗——药剂清洗——水冲洗——预膜处理——水冲洗——正常运行
建议鸿泰公司进行清洗、预膜处理。
7. 循环水系统科学运行管理
7.1. 综合治理
7.1.1 对补充水一定要经过认真处理，凡是超标的水质，一定经过絮凝沉淀除去水中的悬浮物，使浊度达到规定的范围。
7.1.2 对入口设置过滤网，防止昆虫、藻片、塑料等较大杂物进入循环水系统。
7.1.3 保护冷却塔四周环境，防止灰砂、烟尘、化学气体等有害物质通过冷却塔进入循环水系统。
7.1.4 对特殊换热器要求定出专门的保护措施。
7.2. 严格操作规程管理
7.2.1 循环水系统水量的管理
7.2.1.1严格控制循环水系统水量的排污与流失。水的损失过大浓缩倍数达不到要求，不仅补水增大，药剂消耗增加，而且还会加剧设备腐蚀。
7.2.1.2补水量应根据排污水量及蒸发、风吹损失水量调节，确保水系统浓缩倍数的稳定。
7.2.2 加药管理：严格参照加药规程对系统进行加药，确保系统中药剂含量的确定。加药地点选择适当，各种不同的药剂要分库存放，按药剂的有关存放标准定岗管理，以免加错药剂。对系统定期进行杀菌灭藻处理，一定要控制水系统中细菌总数<5×105个/ml。
7.3. 化学处理的日常监控 监控是搞好化学水处理最关键的工作，是实行科学管理的重要环节，没有监控，就失去了化学处理的意义。只有对系统采取了长期、严格、细致的监控，才能掌握化学水处理的脉搏，保证水处理效果，所以系统投运前，就要建立一套严格的监测管理制度，并严格参照运行。
7.3.1 水质分析 循环水水质分析是水处理效果好坏的最关键因素，一定要按时准确的做好各项目的分析。如发现分析结果有异，应及时查找原因，增加分析频率。如发现超出定值，应及时查找原因，在原因查明之前，应每班化验1次。
7.3.2 挂片监测 挂片用于观察腐蚀形态和测定腐蚀速度，一般规定安装在回水管上，每次至少放2片，每三个月取出一次，测定其污垢附着量和腐蚀速度，具体安装办法，参照美国NAC挂片安装方法。
7.3.3 换热器污垢的监测 一般在1年以内都采用挂片监测，或安装监测热交热器，每3个月取出一次，对污垢进行全分析，用以判定系统的结垢状况。
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