前言
衡阳钢管厂衡阳锅炉管工程，设计规模为年产管径25～114 mm、壁厚2.5～12 mm的热轧无缝钢管16.5×104ｔ。主要设备三大主机为：穿孔机，连轧机，张碱机，由德国德马克公司提供。
投运初期，生产不正常，加上补充水的水质较好，系统全为新设备，故未对水处理给予足够的重视。但是在1999年底全厂大修时，将设备打开后发现问题严重。一是腐蚀，从设备表面看，多处呈均匀腐蚀。经测定点蚀深度最大处为1.2 mm，水中铁离子含量高达2.4 mg/L，碳钢腐蚀速率为0.45 mm/a，远大于国家标准的0.125 mm/a。二是微生物及藻类繁殖，目视可见冷却塔填料、积水池壁的青苔及藻类。分析表明：水中异养菌总数达5.5×106个/mＬ。细菌引起的粘泥大量沉积在换热设备中，堵塞水管冷却塔填料及换热设备。如12台电机设备，30台换热器，加热炉4座，运行不到一年时间因腐蚀不得不更换。因此，必须进行循环水的加药处理。
1 循环冷却水系统概况
1.1 系统的组成
详见工艺流程图1、图2。
1.2 工艺参数
该项目总用水量为2320 m3/h，其中净环水系统为1307 m3/h，设计水的循环率为94.8％，浓缩倍数为2.5，采用两座600 m3/h、温差△ｔ为10℃（进水42℃，出水32℃）的冷却塔，补充水量120 m3/h，水质见表1。浊环系统为1013 m3/h，循环率为92％，浓缩倍数为2.0，采用一座1000 m3/h的冷却塔，其补充水为净环系统的排放水，约为50 m3/h。两个系统中的主要材质都为a3钢、黄铜。
表1 补充水水质
项目
参数
总硬度/（mmolL-1）
2.5
浊度/（mgL-1）
2～5
pH值
6～8
硫酸盐/（mgL-1）
25
氯化物/（mgL-1）
6
碱度/（mgL-1）
100
溶解氧/（mgL-1）
8～10
好氧量/（mgL-1）
1.5～2.0
总溶固/（mgL-1）
140
2 水处理的方案
2.1 药剂筛选
根据Langelier和Ryzner指数法对水质进行分析得出，补充新水属腐蚀型水质，当浓缩倍数为3倍时，呈轻度结垢倾向。夏季，微生物的繁殖严重，藻类和青苔在系统四壁到处可见。
根据衡阳地区的水质特点及我厂循环水系统运行所出现的问题，我们着重进行了缓蚀及杀灭微生物方面的药剂评定和筛选。在进行的“旋转挂片”腐蚀试验中，着重考察了有机膦酸盐、聚羧酸盐、磺酸类共聚物、无机磷系、锌盐、钼酸盐等药剂以及相互间的协同效应。净环水的浓缩倍数K取2.5倍，浊环水控制悬浮物SS＜100 mg/L，油含量20 mg/L。水稳配方侧重考察缓蚀效果，以表1所示的补充水水质，配成浓缩倍数为3倍的水质进行试验。旋转挂片试验结果见表2。
表2 旋转挂片试验结果
配方
腐蚀速率/碳钢(mm/a-1)
阻垢率/%
净环水
浊环水
净环水
浊环水
空白试验
0.82
0.75
1#
0.106
0.113
92.5
92.3
2#
0.112
0.098
90.1
90.8
3#
0.079
0.104
93.14
91.5
4#
0.083
0.108
88.3
87.5
5#
0.046
0.039
97.4
96.2
6#
0.068
0.073
93.4
94.0
7#
0.093
0.089
90.3
91.0
8#
0.102
0.095
86.4
82.5
9#
0.032
0.041
98.2
96.4
10#
0.066
0.068
90.1
90.5
注：水稳定剂的用量均为30mg/L。
由表2中可见，所选的9#配方的效果最佳，该配方的主要成份为：有机膦酸盐HEDP，丙烯酸-磺酸盐共聚物［1］，锌及铜缓蚀剂苯骈三氮唑。
2.2 动态模拟实验
动态模拟实验采用9#配方，预膜选用无机磷及苯磺酸盐和表面活性剂组成的复合配方，调pH值6.5～7.5，预膜36ｈ，试验共进行20ｄ。实验结果见表3。
表3 动态模拟试验结果
测定项目
碳钢
不锈钢
试验时间/h
320
320
试管长度/mm
140
140
试管腐蚀面积/cm2
40.2
35.2
试管原重/g
33.2977
29.3952
试管试验后重/g
33.5190
29.5569
污垢增重/g
0.2685
0.1652
试管去污后重/g
33.2505
29.3911
腐蚀失重/g
0.0472
0.0035
腐蚀率/(mma-1)
0.035
0.0031
试管试验前后体积差
0.045
0.066
平均垢厚/mm
0.1254
0.0838
污垢热阻/(m2KW-1)
2.88×10-4
2.88×10-4
污垢沉积率/(mgcm-2m-1)
13.4
9.39
由表3知，碳钢试管的腐蚀速率和污垢热阻均小于国家标准［2］。
2.3 杀菌剂的选择
根据循环水中微生物、藻类较严重这一点，我们选用了两种杀菌剂交替使用。一种是以剥离为主的非氧化型杀菌剂新洁尔灭，该药剂不但具有很强的剥离作用，还有很好的杀菌能力，尤其对硫酸盐还原菌。日常投加的杀菌剂是以抑制为主的非氧化型杀菌剂异噻唑啉酮。经试验，该种杀菌剂的杀菌率可达99％以上。
3 现场应用
3.1 系统清洗与钝化
首先对净、浊循环水系统进行了不停车清洗。其次是对整个系统表面及管道、填料中的粘泥及藻类进行一次杀生剥离。所投清洗剂为柠檬酸加表面活性剂OP及缓蚀剂，控制pH值2～3，运行24 ｈ后置换排放，并进行钝化处理。钝化剂以NaNO2为主，调pH至9.5，24ｈ后置换排放。分析结果显示：总共洗掉铁锈（以FeO计）454 kg，粘泥及泥垢全部洗掉，大多数设备表面呈现金属本色。
3.2 预膜及日常运行
系统清洗钝化处理后，随即投入预膜处理，在pH为7.0时加入1 000 mg/L的预膜剂（主要成分为三聚磷酸钠、苯磺酸钠和表面活性剂），运行48 ｈ，挂片表面呈暗亮色，说明预膜效果良好。然后转换排放，使预膜剂含量降至100 mg/L后转入正常投药。
日常投药采用加药装置，用计量泵进行。加量为30 mg/L。对浊环系统的加药，采用净环水的排污水作为浊环水的补充水，适当再补加约10 mg/L与净环系统相同的药剂。同时用碳钢挂片进行监测，每天对水质及药剂含量进行分析。投药运行至今已有一年，整个轧钢生产线的水处理指标正常，系统浓缩倍数达3倍。腐蚀控制在0.035 mm/a，微生物指标经测定为2.1×102个/mＬ。
4 存在问题
经过对循环水投药运行后，解决了系统的腐蚀和微生物问题，但水中的油含量（＞20 mg/L）和作为轧管冷却剂的石墨粉（≤200目），对设备的影响还是显而易见的。下一步准备采用投加无机及有机高分子絮凝沉降剂，将此问题解决。使浊环系统的乳化油降至10 mg/L以下，去除石墨粉使循环水的处理更进一步。