湛鋼循環(huán)水系統(tǒng)化學(xué)清洗新型技術(shù)的應(yīng)用

靳創(chuàng)杰

（寶鋼湛江鋼鐵能源環(huán)保部，廣東湛江 524001）

引言

化學(xué)清洗技術(shù)由于清洗速度快、效果好，且容易控制等優(yōu)點，目前已被廣泛應(yīng)用于冶金、機械、石油、化工、熱工動力、建材、軍工等各類工業(yè)領(lǐng)域，并發(fā)展成為一門行業(yè)技術(shù)，其主要內(nèi)容包括清洗和預(yù)膜。清洗是指用有機酸、有機分散劑等化學(xué)藥劑，通過化學(xué)作用將附著在循環(huán)冷卻設(shè)備和管道中的水垢、粘泥、油污、沉積物進行溶解、疏松和剝離，使設(shè)備表面清潔；預(yù)膜是指在清洗后向循環(huán)水系統(tǒng)中投加預(yù)膜劑，在活化的金屬表面預(yù)上一層完整、耐腐蝕的保護膜[1]。清洗和預(yù)膜被稱為循環(huán)冷卻水化學(xué)處理的預(yù)處理，是循環(huán)水系統(tǒng)開車前的必要步驟，目的是使緩蝕阻垢劑的化學(xué)處理效果得以正常發(fā)揮[2]。

寶鋼股份在循環(huán)水系統(tǒng)化學(xué)清洗時，一直沿襲著傳統(tǒng)的開車清洗技術(shù)方案，即將脫脂、除銹和預(yù)膜分步實施，每個步驟完成后均需進行水體置換至滿足下一道工序水質(zhì)要求，清洗周期長、置換水量大，同時清洗廢液COD 含量高達(dá)2 000 mg/L 以上。而根據(jù)湛江鋼鐵生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)的工藝流程，清洗預(yù)膜過程中產(chǎn)生的置換排水進入全廠生產(chǎn)廢水管網(wǎng)，最終匯至中央水處理廠集中處理，經(jīng)混凝沉淀、氣浮和過濾處理后回用為生產(chǎn)消防水。整個廢水處理環(huán)節(jié)只有在混凝沉淀過程中可去除少部分COD，處理過程無生化處理設(shè)施。采用傳統(tǒng)方案，經(jīng)處理后的出水難以滿足生產(chǎn)消防水中COD 含量低于50 mg/L 的回用要求，因此循環(huán)水系統(tǒng)開車清洗需采用相對環(huán)保的化學(xué)清洗技術(shù)。

1 化學(xué)清洗技術(shù)及工藝

1.1 傳統(tǒng)化學(xué)清洗技術(shù)和工藝

傳統(tǒng)的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)開車化學(xué)清洗主要依照《冷卻水系統(tǒng)化學(xué)清洗、預(yù)膜處理技術(shù)規(guī)則》HG/T3778-2005 制定清洗方案，不同的功能的藥劑需要在各自不同的水質(zhì)體系中分別完成，其典型工藝流程見圖1。傳統(tǒng)的清洗工藝在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，仍然存在著一些問題和不足。脫脂和除油一般使用堿性物質(zhì)（磷酸三鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉等），易與銹、垢反應(yīng)，加速了污垢沉積和腐蝕，脫脂完成后必須進行水體置換，否則易與后續(xù)的酸洗藥劑反應(yīng)產(chǎn)生有毒有害氣體，形成酸霧。酸洗采用鹽酸、硝酸、硫酸或檸檬酸，對設(shè)備本體腐蝕性大，過程中需采用胺類緩蝕劑緩解設(shè)備腐蝕，COD 和氨氮含量高，環(huán)保性差。預(yù)膜鈍化采用聚磷酸鹽進行預(yù)膜或采用亞硝酸鹽，對水質(zhì)pH、濁度、總鐵要求均較高，酸洗后必須進行水體置換，才能達(dá)到預(yù)膜、鈍化的水質(zhì)條件要求。因此，整個清洗過程中廢水排放量大，且所有廢液必須到廢水處理廠進行集中處理，增加了廢水處理成本。

圖1 傳統(tǒng)化學(xué)清洗技術(shù)工藝流程

1.2 新型化學(xué)清洗技術(shù)和工藝

本次開車化學(xué)清洗采用新技術(shù)，主要在藥劑配方和清洗工藝上進行了改進。所有清洗藥劑均采用新配方，現(xiàn)場操作更為簡單，新技術(shù)將脫脂、酸洗、預(yù)膜鈍化融合在同一個水質(zhì)體系中完成，過程不需要進行水體置換。工藝流程見圖2。

圖2 新型化學(xué)清洗技術(shù)工藝流程

該技術(shù)的技術(shù)要點為：

1）工藝流程的簡化主要基于藥劑配方的改進，采用無磷烷基磺酸鹽進行脫脂，在弱堿性條件下進行，脫脂除油效果好，而且在酸性條件下，烷基磺酸鹽又是良好的緩蝕劑和浸潤劑，所以不需要進行水體置換，可直接進入除銹工序，將水體中殘有的脫脂劑作為緩蝕劑和浸潤劑。

2）除銹采用有機羧酸聚合物為主要組分的復(fù)合化學(xué)清洗劑，清洗緩蝕劑采用碘鹽，不含氨氮、COD 低，除銹效果與常用無機酸相當(dāng)，但對金屬本體侵蝕小。

3）預(yù)膜采用無磷有機復(fù)合型預(yù)膜劑，可在高濁度、高鐵、較低pH 值（5～6.5）水質(zhì)條件下進行，為了節(jié)水減排，預(yù)膜時也不需進行水體置換。

4）預(yù)膜結(jié)束后，進行水體置換，使循環(huán)水達(dá)到正常運行水質(zhì)要求，廢水排到廢水處理系統(tǒng)中只需簡單用堿（碳酸鈉或氫氧化鈉）調(diào)節(jié)pH到8～10,即可發(fā)生絮凝沉降反應(yīng)，經(jīng)絮凝沉降后的廢水清液水質(zhì)可達(dá)到國家綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)。

與傳統(tǒng)工藝相比，新技術(shù)優(yōu)勢明顯，節(jié)水減排60%以上，具有流程短、環(huán)保等優(yōu)點。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 實施方案

1）清洗前對水系統(tǒng)水質(zhì)pH、濁度、總鐵指標(biāo)進行測定，要求濁度小于10 NTU，水質(zhì)達(dá)不到清洗條件時，落實系統(tǒng)水質(zhì)置換工作。

2）系統(tǒng)水質(zhì)滿足清洗條件后，投加脫脂藥劑，脫脂過程約為2～3 h，期間記錄pH、電導(dǎo)率、濁度和總鐵水質(zhì)數(shù)據(jù)。

3）投加緩蝕劑運行0.5 h后，投加清洗劑。運行2 h 后，安排腐蝕監(jiān)測掛片（根據(jù)系統(tǒng)換熱設(shè)備金屬材質(zhì)種類，確定掛片材質(zhì)包括碳鋼、不銹鋼、銅）、模擬銹蝕掛片（模擬新系統(tǒng)所具有代表性的浮銹掛片）。除銹處理期間，系統(tǒng)pH 控制在2.5～4.0，除銹過程約為16～18 h，期間跟蹤pH、電導(dǎo)率、濁度、總鐵水質(zhì)數(shù)據(jù)。

4）若系統(tǒng)總鐵上升趨緩，除銹達(dá)到終點，取出監(jiān)測掛片，分別進行腐蝕率測定和除銹效果評價。

5）當(dāng)系統(tǒng)pH 自然回升至4.0 以上，投加預(yù)膜劑以及分散劑，控制系統(tǒng)pH 在4.0～4.5 運行0.5 h 后，在系統(tǒng)冷水池懸掛預(yù)膜監(jiān)測掛片，預(yù)膜處理時間4～5 h，以預(yù)膜監(jiān)測掛片表面出現(xiàn)了明顯的色暈為終點，預(yù)膜期間跟蹤pH、電導(dǎo)率、濁度和總鐵水質(zhì)數(shù)據(jù)。

6）預(yù)膜處理結(jié)束后，取出預(yù)膜評價掛片，采用硫酸銅顯色時間評價成膜質(zhì)量，要求顯色時間＞7 s，安排系統(tǒng)置換。

7）當(dāng)系統(tǒng)總鐵接近2 mg/l后，清洗置換結(jié)束，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入日常的加藥運行管理。

水系統(tǒng)清洗過程水質(zhì)變化和過程控制情況具體如圖3所示。

圖3 清洗過程水質(zhì)變化和過程控制

2.2 清洗效果

2.2.1 系統(tǒng)設(shè)備檢查評價

為了客觀地評價清洗效果，通常選擇系統(tǒng)中2～3 個流速較低的用戶端管道作為清洗效果評價的監(jiān)測點，同時需考慮拆檢的方便性。在開車清洗前和水質(zhì)達(dá)到除銹終點后，打開監(jiān)測點管道，以此作為清洗過程是否達(dá)到除銹終點的依據(jù)。

2.2.2 腐蝕掛片監(jiān)測評價

依據(jù)《冷卻水系統(tǒng)化學(xué)清洗、預(yù)膜處理技術(shù)規(guī)則》（HG/T 3778-2005）[3]，清洗過程中監(jiān)測掛片（20#碳鋼）腐蝕速率≤3 g/（m2·h），不銹鋼、銅材試片的腐蝕速率≤0.5 g/（m2·h）。監(jiān)測掛片上應(yīng)有明顯的藍(lán)紫色色暈，膜對硫酸銅溶液滴液反應(yīng)色變時間差應(yīng)≥10 s。根據(jù)腐蝕監(jiān)測掛片的稱重數(shù)據(jù)，碳鋼、銅和不銹鋼試片的腐蝕速率均低于控制標(biāo)準(zhǔn)。同時，碳鋼預(yù)膜掛片表面成膜致密、均勻，呈現(xiàn)明顯的藍(lán)紫色光暈，經(jīng)硫酸銅溶液滴定后，顯色時間在20 s 以上。根據(jù)掛片的監(jiān)測結(jié)果表明,數(shù)據(jù)見表1，新型系統(tǒng)清洗技術(shù)的清洗效果均符合技術(shù)要求。

表1 系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測掛片腐蝕速率

3 評價及總結(jié)

新型開車清洗技術(shù)與傳統(tǒng)清洗技術(shù)相比，優(yōu)勢明顯，在現(xiàn)場應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟、社會及環(huán)保效益。

1）清洗周期短

新型開車清洗技術(shù)采用脫脂、除銹和預(yù)膜一步到位，減少了中間環(huán)節(jié)的置換步驟，縮短了清洗周期。脫脂過程約為2～3 h，除銹過程約為16～18 h，預(yù)膜過程約為4～5 h，清洗周期約為22～26 h，而傳統(tǒng)的開車清洗周期約為168 h，在清洗周期上，新型清洗技術(shù)具有明顯的時間優(yōu)勢，由此也減少了大量的人力物力投入，降低了清洗成本。

2）降低新水用量、廢水處理量

在清洗之前，傳統(tǒng)清洗技術(shù)和新型清洗技術(shù)均要求系統(tǒng)濁度＜10 NTU，但新型清洗技術(shù)在整個開車清洗過程中，只有預(yù)膜結(jié)束后才需要進行系統(tǒng)置換。因此，新型清洗技術(shù)有效減少了用水量和排水量，減少了廢水處理量，在節(jié)水、環(huán)保方面效果顯著。

3）清洗廢液COD含量低

傳統(tǒng)的開車清洗技術(shù)的排放廢水COD 含量為2 000～3 000 mg/L，廢水處理成本約為40元/m3；而新型開車清洗技術(shù)清洗廢液COD 可保持在50 mg/L 以下，不需要經(jīng)過生化處理，清洗廢液排入生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)統(tǒng)一處理，經(jīng)過沉淀、氣浮和過濾處理后，出水水質(zhì)可達(dá)到生產(chǎn)消防水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，大幅度減少了廢水處理難度和成本，減輕了企業(yè)的環(huán)保壓力。

4）清洗費用

新型開車清洗技術(shù)費用主要包含脫脂劑、清洗劑和預(yù)膜劑等藥劑費用和現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)費用，藥劑投加量主要與系統(tǒng)保有水量相關(guān)，按保有水量折算，新型開車清洗技術(shù)費用約為45元/m3。