浊度对钢厂循环冷却水系统的影响

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摘要：针对某钢铁厂环境、用水及水质特点，分析循环冷却水中浊度对粘泥沉积的影响，以及对系统产生的影响，由此提出几点改进措施。

关键词：浊度粘泥沉积 腐蚀 循环水系统

中图分类号：TG375+22 文献标识码：A

1、引言

钢铁厂是用水大户，炼铁、炼钢、连铸、热轧、制氧、冷轧等单元均有循环冷却水系统。循环冷却水系统具有系统复杂、用户多、水量大、循环水介质种类多等特点。各循环冷却水系统就像主工艺生产的生命线，对于正常的生产和设备的维护起着至关重要的作用。由于钢铁厂灰尘多，杀菌难度大和系统没有旁滤器等原因导致沉积物增多，影响换热效果甚至造成系统堵塞，沉积物也会引起垢下腐蚀。因此控制冷却水系统中沉积物的工作对保证循环水系统的正常运行具有十分重要的意义。

2、循环水系统沉积物的分类

循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热设备的表面。这些物质统称为沉积物。他们主要由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。通常把后三种统称为污垢。

2.1水垢

水垢一般由无机盐组成，通常换热器表面上形成的水垢以碳酸钙为主。

2.2污垢

污垢一般由颗粒较小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎片、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其黏性分泌物等组成。

3、悬浮物对粘泥沉积的影响

悬浮物是指103-105 ℃烘干的不可过滤残渣，通俗的说就是悬浮在水中但不溶于水的固体颗粒，粒径一般大于0.1μm，主要是泥土和砂石的微粒以及有机物和水藻类等。下面根据钢厂2个系统的情况说明其影响。

系统一、高炉系统

某钢铁厂高炉系统投产初期，环境灰尘大，系统没有设计旁滤器，投产期间未按要求进行水冲洗，导致半个月内冷却水浊度在100NTU以上运行，这类物质沉积在水流慢的部位，如热风阀下部。检修期间，发现热风阀有大量沉积物，经过我公司实验室分析：沉积因子（550℃ 灼烧减重+酸不溶物+氧化铝）占了垢样组份的55％,说明主要成分为酸不溶物,同时含有氧化铁颗粒、腐蚀产物。

污泥垢样分析结果：

原因分析：

设计方面：该系统未设计安装旁滤器。高炉净环水处理是关键部位，负责水冷壁，热风阀等高温部位的冷却，正常应采用闭路软水，或开路设计，配备旁滤器。旁滤器是日常清除悬浮物必备的设备，高炉的处理环境存在的粉尘量很大，污泥是一个日积月累的过程，所以要做好设备配套，旁滤器就起到日常分离悬浮物的作用。

操作运行方面：循环水运行初期先运行，没有采用水处理药剂进行防护，由于开始时的浊度很高，有时达到150NTU，很多天在50NTU以上，并且没有及时排水置换，系统中已经形成的污垢在日常情况下很难再清除，并且影响传热效果，严重时导致腐蚀和结垢的发生。

粘泥因存留在流速较低的部位，沉积就很难靠药剂除去，建议如下：

加强日常循环水浊度的监测，发现浊度高时要及时排水；

水处理配方中增加分散剂成分；

在负荷较低或检修期间,通过在线局部定期通压缩空气吹除的方法,清洗关键部位。

图1：检修打开的热风阀

系统二：轧钢系统

某钢厂轧钢净环系统运行3年左右，检修时打开某些管道底部有黄褐色粘泥，厚度在3－4cm左右，水冲洗不能清除，取样分析如下：

1）沉积物分析数据表

2）结果分析

以上垢样分析结果表明：

（1)三氧化二铁（Fe2O3）占了整个垢样的28.91％,因其和粘泥混合在一起,不是沉淀在管道表面,说明不是腐蚀产物,而是来源与水中,应是空气中的氧化铁颗粒被冷却塔吸入水中,在流速缓慢处沉淀下来。

（2)结垢因子（CaO+ MgO+ P2O5+950℃ 灼烧减重）占了整个垢样组份的4.31％,占的比例很低,自然状态的粘泥含有微量的钙镁属于正常范围,说明基本没有结垢情况存在。

（3)沉积因子（550℃ 灼烧减重+酸不溶物+氧化铝）占了垢样组份的71％,说明主要成分为酸不溶物,同时含有少量的微生物粘泥。酸不溶物一般认为是硅酸盐等物质, 自然界中的泥沙和粘土均属于此类物质, 应该是水中的泥沙沉积在管道流速较低的部位,。

轧钢厂循环水的水质一直控制良好, 应排除人为控制不当导致的沉积. 从以往的数据看, 主要是因为2次补充水的水质恶劣导致了粘泥的沉积：

在2008年8月22至9月5日由于夏季暴雨导致河水倒灌，长达2周的时间存在补充水含有大量泥沙带入系统的情况, 这应是管道沉积的主要原因。

在2007年6－9月份，因为用水紧张，各个分厂都打井并使用井水，但井水的水质恶劣，含有的泥沙量较多，如2007年6月27日数据：

泥沙沉积是一个缓慢的过程，从我们对现场的了解和沉积物分析的结果看，粘泥粘性很大，几乎没有流动性，沉积的部位也很稳定，冲洗的水流也不足以清除，针对这种情况,建议如下:

1,水处理配方中增加分散剂的含量，尽量在日常运行中逐渐减少粘泥的沉积量。

2，加强日常的浊度控制，如发现浊度偏高的情况应马上采取置换，不能等待否则会有更多的粘泥沉积。

3，关注相关设备的热交換效率，如发现换热不良应及时进行人工清洗。

4，因为粘泥的成分大部分为酸不溶物，且粘度很大，化学药剂均不能清除，如关键部位存在问题，只能通过物理方法进行清除。

补充水浊度变化曲线

图2：2007年2次补充水浊度严重超标

循环水浊度变化曲线

图3：2008年9月暴雨导致河水倒灌导致循环水浊度升高

4、粘泥沉积对循环水系统的影响

4.1粘泥沉积的形成

循环水处理不当，补充水浊度过高，细微泥沙、胶状物质等带入冷却水系统，或者菌藻杀灭不及时，以及操作不慎腐蚀严重、腐蚀产物的形成，另外油污、工艺产物等泄露到冷却水系统中，这些因素都会加剧污垢的形成。当这样的水质流经换热器表面时，容易形成污垢沉积物，特别是水走壳程，流速较慢的部位污垢沉积更多。

4.2粘泥沉积的危害

由于这种污垢体积大、质地稀松，容易引起垢下腐蚀，也是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床。它们粘附在传热表面上，与水垢一样都会影响换热效率。

当防腐不当时，换热管表面常有锈镏附着，其外壳坚硬，但内部多孔且分布不均。它们常与水垢、微生物粘泥等一起沉积在换热器的传热表面，除了影响传热外，更严重的将助长某些细菌如铁细菌的繁殖，最终导致管壁腐蚀穿孔而泄露。

5、清除粘泥沉积的方法

5.1物理方法

采用高压水射流喷洗，这对于产生生物粘泥堵塞的情况效果良好。

5.2化学方法

采用次氯酸钠及季胺盐类等杀菌剂清洗剝离微生物粘泥。配合使用渗透剂等表面活性剂以促进改善清洗剥离效果.

5.3加强循环水管理工作

循环冷却水的运行管理是一项综合性很强的技术工作,三分药剂，七分管理，遇到水质异常情况应及时采取措施。加强循环水管理工作，预防各种危害。

6、结论

冷却水中悬浮物多，沉积在系统内，影响换热效果（一般悬浮物导热系数不超过1.16W/（m.K），而钢材的导热系数46.4-52.2 W/（m.K））甚至造成换热设备和系统管道堵塞等，粘泥沉积也会引起垢下腐蚀。因此做好循环冷却水的浊度监测和控制对做好水处理工作大有益处。

参考文献

[1]项成林，浅淡水工业的现状与展望，工业水处理， (1997)。

[2]周本省，工业水处理技术，化学工业出版社，（2002.5）。

[3]工业循环水处理设计规范GB50050-2007。