总磷在线监测系统在邯钢节水降耗环节中的应用

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摘要：邯钢东区高炉循环冷却水系统引入水质在线监测仪器后，实现了对水质的实时监控，提高了分析准确度，为邯钢节水降耗、减少污染、及时发现和消除设备隐患，提供了重要的参考数据。

关键词：总磷 在线监测 节水降耗 高炉循环冷却水

1、前言

我国是一个严重缺水的国家，淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。我国城市因缺水，每年经济损失达1200多亿元人民币，而工业用冷却水要占工业水总量的70%左右，因此，通过节水提高水的重复利用率是现代工业的重点工作。

河北钢铁集团邯钢分公司（以下简称邯钢）位于严重缺水的河北南部，作为国有特大型钢铁企业，已经跨入千万吨级钢铁企业行列，随着企业规模的扩大，水资源的大量消耗势必造成水资源短缺及水污染。水质在线监测系统作为一种高新技术，能够实现水质的不间断监测，为生产运行提供及时数据，提高水处理效率，减低补充水的用量，从而节约水资源；降低污水排放量，减少对环境的污染，同时节约了水处理剂的使用成本。

2、邯钢东区高炉循环水系统

邯钢东区5#、7#、8#高炉循环水泵站采用通风冷却塔、蒸发式空冷器和干式空冷器冷却方式，生产的开路净环水主供高炉风渣口各套及炉身喷水；软水闭路循环水主供高炉炉体及热风阀系统。在开路净环水中投加缓蚀阻垢剂、杀菌灭藻剂，对软水闭路循环水投加缓蚀阻垢剂。

3、水质重点监测指标

3.1 PH值

pH值有时也称为氢离子指数。由水中氢离子的浓度可以知道水溶液是呈碱性、中性或酸性，它是循环冷却水处理过程中的重要控制指标之一。我国大部分水处理药剂采用磷系配方，PH值的调节失控，会对水处理药剂效果产生负面影响，甚至会造成系统腐蚀，结垢等问题，常用的磷系配方水处理法，要求PH值范围较小，故控制好PH值指标是水处理的关键。

3.2 硬度

硬度是指水样中钙镁离子的总浓度，由于工业循环水中水的蒸发浓缩，很容易形成水垢；而投加的磷系药剂与产生硬度的阳离子结合，形成保护膜附着在管道内壁，最终目的是降低系统结垢几率，这样硬度的高低也是发挥药剂最大能力的体现。

3.3 氯离子

氯离子有很强的穿透性，它的原子半径小，并有很高的极性，能促进腐蚀反应，又容易穿透金属表面的保护膜，造成缝隙和空蚀等局部腐蚀。另外氯离子也是确定水系统浓缩倍数的一种方法，用于指导系统的补水及排污。

3.4 总磷

循环水中总磷包括有机磷和无机磷，它是衡量阻垢缓蚀剂的投加量的指标，若阻垢缓蚀剂的投加量过高，在水中有机膦容易转化为磷酸盐而产生结垢的倾向，并加剧水中菌藻微生物的繁殖，投加量过低，则不能起到阻垢和缓蚀的作用。保证总磷指标，即保证药剂发挥最理想效果时的投加量，相应最大限度降低药剂使用成本。

4、在线监测仪器的应用

对于邯钢而言，在节水方面还存在着大的潜力，循环水浓缩倍数的控制直接影响到钢铁企业的用水成本，提高循环冷却水的浓缩倍率，减低补水的用量，降低排污量，进而降低水处理药剂的消耗量。这就需要有及时的数据传输，及时反映循环冷却水的水质情况。

邯钢东区高炉循环冷却水系统总磷监测以往依靠手工取样化验，这种离线分析往往会造成采样误差大，分析周期长，数据代表性差，不能及时反映水质的瞬时状况，进而对药剂的投加量把握失衡，人工检验带来药剂投加效果的滞后，难以满足企业进行有效水质管理的需求。因此，只有对水质进行实时自动监测，并将数据及时传递给水站岗位，才能评价水质状况和变化规律，车间及时掌握循环水的总磷变化，进而科学合理调整水质加药，把握排污量和补水量。邯钢东区有3座高炉循环水系统加装水质总磷在线监测系统，进行多通道监测，经过半年的调试运行后，为验证在线监测系统使用情况，比较实验采用国家标准监测分析方法进行实验室分析，并与在线仪器的测定结果相对比（见表1，2，3）。

4.1 结果分析

（1）分析方法：相对误差：γ=（x/x）×100%，其中，x表示手工总磷监测值，x表示两种方法的差值。

显著性检验：根据实际情况，本文采取置信度为95%时，F、t检验法对实验结果进行分析。

（2）结果对比：（表4）

4.2 结论

查看F值，Fn

根据高炉循环冷却水对水质的要求，在线监测系统运行中，总磷的日常数据符合规定的水质指标范围内。因此可以得出结论， 总磷在线分析仪测得的数据真实可靠，可以用于高炉循环冷却水日常生产的监督和指导。

5、仪器运行、维护

由于进口总磷在线监测系统设备昂贵，操作界面复杂，成本较高，邯钢东区高炉循环水系统引进的核工业北京化工冶金研究院的HGY-Tp型总磷在线分析仪，采用大屏幕液晶显示器，中文界面操作，对水质进行在线即时监测，并将所得到的水质情况信号即时传送给岗位监控画面，实现了对循环水中总磷含量的实时监控。

5.1 仪器的检查

（1）保持仪器内外清洁，每日打开仪器前门观察仪器工作状态，检查试验过滤器有无泄漏等。

（2）根据实际生产情况及被检测水体的水质状况来确定校准周期，清洗仪表探头，及时

更换试剂，六个月更换一次泵管，一年更换一次阀管，更换试剂、配件后对仪器进行标定。

5.2 质量控制管理

（1）试液的质量控制：在线监测仪器所需的试液需要定期检查，如发现有沉淀、变色等现象，应及时更换、重配。

（2）比较实验控制：发现数据异常时，采用实验室手工取样分析，并与在线仪器的测定结果相对比，来判断在线仪器测定的准确度。

6、结语

6.1 经济效益

考虑到减轻手工化验负担后，年可节约人工费用18万元；现在每月3座高炉减少投加缓蚀阻垢1500kg，每吨缓蚀阻垢剂按照1万元计算，年可节约药剂成本18万元；通过药剂投加量的调整后，在保证药剂的停留浓度前提下，东区高炉循环冷却水系统平均每天节约河水补充量400吨，水价参照1.76元/吨合计，年可节省对外付水费用约26万元。

6.2 社会效益

随着药剂投加量的减少，相应的排污频率随之降低，3座高炉循环水系统原来的排污量为500吨/月，现排污量为100吨/月，减少排污量就等同于降低了企业生产成本，更增加了社会效益。

6.3 展望

综合来看，在线监测在邯钢尚属初期投运，高炉循环水总磷监测系统可年创效60余万元，下一步将针对连轧、冷轧总磷监测仪器进行调试，并引入氯离子在线监测仪，朝着“节能、降耗、减污、增效”的多赢目标迈进。随着工业发展步伐的加快，水资源的日益紧张，适当提高浓缩倍数，节约用水，降低污水排放，将是邯钢立竿见影的治水策略。