淺析電石爐循環水質對冷卻設備危害

中鹽吉蘭泰鹽化集團公司60萬噸電石生產裝置配套循環冷卻水系統設備材質為碳鋼、紫銅、不銹鋼，系統設計總循環水量6000m3/小時，系統補水為處理后黃河水和中水。

筆者在電石爐生產多年運行發現，循環冷卻水中有大量泥砂，與銹蝕物、有機物（藻類、細菌等）、水垢等造成循環水質變差。水垢造成電石爐變壓器冷卻系統、短網系統、電極導電系統、護屏、水冷套、爐蓋等部件水道堵塞而燒損。造成設備斷水燒損停車，嚴重影響電石爐的正常生產，降低冷卻設備結垢成為亟待解決的問題。

1.電石循環水管理存在的問題與原因

循環冷卻水系統的連續運行，水的濃縮而導致水中各種離子濃度增大，相應的腐蝕、結垢等問題亦隨之發生，在中鹽吉蘭泰電石爐循環冷卻水系統生產中主要存在以下問題：

1.1 開放式循環水系統泥沙、灰塵進入較多，導致循環水濁度高、泥沙淤積

GB 50050-2007《中華人民共和國國家標準工業循環冷卻水處理設計規范》規定，工業循環水的濁度小于20NTU,而中鹽吉蘭泰電石循環水系統濁度長期高于40mg/L。濁度過高會造成設備堵塞、微生物滋生、結垢、腐蝕、排污量增大等一系列問題。水中懸浮固體(如灰塵、泥沙、腐蝕產物、微生物殘骸等)于流速慢或溫度高地方慢慢沉積而形成污垢。

烏斯太地區風沙大、空氣中粉塵含量較高，大量泥沙塵埃帶入循環水中（為開放的冷卻系統）。冷卻塔設施水泥塊的腐蝕剝落進入系統。

1.2 電石爐循環水系統腐蝕產物的剝落進入系統影響循環水濁度

2012年6月起循環水系統開始使用軟水與中水，由于軟水、中水水量供給依然需要添加大量一次水，如果不添加緩蝕阻垢劑，還會造成系統設備腐蝕，系統銹蝕物剝落后大量進入循環水影響水質。

2013年電石循環水添加水量統計 單位：噸

1.3 循環水系統內細菌和藻類大量迅速繁殖影響循環水濁度

溫度上升，尤其在夏天，循環水中藻類和細菌大量滋生，細菌和藻類分泌出的黏液與顆粒細小的泥沙、塵土、不溶性鹽類、碎屑、腐蝕產物、油污、菌藻的尸體等黏附在一起，形成污垢。

2.電石循環水質危害

2.1 設備內部結垢，會降低換熱效率，嚴重時還會堵塞管路，帶來安全隱患

在電石爐爐蓋及電石爐銅件冷卻系統的清洗過程中發現系統結垢較為嚴重。爐蓋所產生的熱量不能及時被循環水帶走，造成爐蓋斷水燒損。銅件冷卻水系統中結垢也較為嚴重，常發生堵塞及漏水現象，造成非計劃停車事故，進而影響生產。概括說結垢會降低冷卻器換熱效率、縮短設備壽命、裝置開車率降低。

循環水中溶存固體物因溫度變化等因素，在系統中沉淀或結晶形成，稱之為水垢。補水中溶解性離子如（Ca＋＋、Mg＋＋等）進入冷卻水系統，經蒸發濃縮后，水中離子濃度增加，pH值和溫度等因素變化，致使離子過飽和而生成水垢，如CaCO3、CaSO4、MgCO3、MgSiO3等水垢，影響結垢的主要因素是冷卻水pH、Ca、總堿度、水溫、流速。

其種類與成因如下：

2.1.1碳酸鈣（CaCO3）

碳酸鈣溶解度低，很容易在熱交換器表面上形成碳酸鈣沉淀。

Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+H2O+CO2↑

2.1.2硫酸鈣（CaSO4）

硫酸鈣的溶解度比碳酸鈣約高出100倍，但是一旦硫酸鈣垢沉積物形成，不容易將其清除。

2.1.3氧化鐵

腐蝕的產物或水中含有的溶鐵在系統中氧化而形成氫氧化鐵或氧化鐵絮體，進而形成各種鐵的難溶氧化物或者其他難溶化合物。

Fe2+＋2OH－→Fe(OH)2

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O→4Fe(OH)3

2Fe(OH)3→Fe2O3＋3H2O

2.1.4氧化硅

水中硅能與鎂、鈣形成不溶性的硅酸鹽沉積物。

Mg2++SiO2+H2O→MgSiO3↓+2H＋

Ca2++SiO2+H2O→CaSiO3↓+2H＋

2.2 冷卻設備腐蝕漏水，引發安全事故

腐蝕 由于和周圍介質相作用，使材料（通常是金屬）遭受破壞或使材料性能惡化，腐蝕是一種化學或電化學過程，水中金屬腐蝕類型有均勻腐蝕、電偶腐蝕、微生物腐蝕、垢下腐蝕等。

2.2.1均勻腐蝕

均勻腐蝕的特征是化學反應發生在整個暴露表面或相當大的面積上，腐蝕以均勻速度進行，金屬越來越薄，引起均勻腐蝕的主要原因是溶解氧的陰極去極化作用。

Fe→Fe2+＋2e－（陽極反應）

O2＋2H2O＋4e－→4OH－（陰極反應）

在水中，陰極、陽極的產物結合生成氫氧化亞鐵沉淀：

Fe2＋＋2OH－→ Fe(OH)2

氫氧化亞鐵進一步氧化為二次產物氫氧化鐵：

4 Fe(OH)2＋O2＋2H2O→4Fe(OH)3

2.2.2電偶腐蝕

銅材質和碳鋼材質兩種不同的金屬浸在導電性水溶液中存在電位差，電位差會驅使電子在他們之間流動，形成原電池。電位較低的金屬在接觸（導電）后腐蝕速度通常會顯著增加，而電位較高的金屬在接觸后腐蝕速度將下降。

陽極（Fe）：Fe→Fe2＋＋2e－

陰極（Cu）：Cu2＋＋2e－→Cu

2.2.3垢下腐蝕

由于各種原因在金屬表面形成的粘泥的沉積，會產生垢下腐蝕，某些微生物的新陳代謝作用（如硫酸鹽細菌等）也會影響電化學腐蝕過程，促進腐蝕加速。

電石循環水系統補充水為高硬度、高堿度水質且水中存在一定的腐蝕性離子，隨著系統水溫、pH值的上升以及濃縮倍數的提高，結垢趨勢將日趨嚴重，腐蝕在一定程度上將受到阻垢效果的影響，對系統產生垢下腐蝕。

2.3 微生物危害

循環冷卻水系統中微生物的種類和數量相當多，主要類型包括好氧異養菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌、藻類、真菌、原生動物等，微生物產生有機酸對金屬的腐蝕。除腐蝕設備外、消耗冷卻水處藥劑，使有機磷轉換成正磷酸根；產生大量粘泥（大量細菌分泌出的黏液像粘合劑一樣，能使顆粒細小的泥沙、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠狀氫氧化物、雜物碎屑、腐蝕產物、油污、菌藻的尸體等黏附在一起），形成黏糊的沉積物黏附在換熱器的傳熱表面上，降低換熱器的冷卻效率。

3 電石循環水水質管理措施

為杜絕循環水冷卻系統結垢發生電石爐冷卻設備的堵塞及漏水影響生產，使用水處理藥劑嚴格控制結垢、兼顧緩蝕、控制菌藻的滋生。

3.1 合理添加水處理藥品（阻垢緩蝕劑）對垢、腐蝕、酸堿度的控制

根據目前一次水、軟水、中水添加的情況，設計添加適合電石廠冷卻設備系統的緩蝕劑、阻垢劑，通過添加藥品減緩設備腐蝕速度和水垢的產生。

3.2 菌藻的控制

考慮到細菌藻類的抗藥性，采用氧化性與非氧化性殺菌滅藻劑配合使用的處理方法，同時根據系統情況決定使用粘泥剝離劑和微生物分散劑。

3.3 濁度控制

定期（目前每周1次）人工清理循環水冷卻水池池底泥沙，同時大量排除池底污水。

定期對藻類和細菌進行藥物殺滅，夏季15天添加一次，溫度低時30天添加一次。

4 結束語

電石循環水質結垢、腐蝕、微生物粘泥危害嚴重，造成冷卻器換熱效率低，可通過選擇藥劑控制結垢、緩蝕、菌藻的滋生，減小設備腐蝕與結垢。

電石循環水濁度高是泥沙、系統腐蝕產物、細菌和藻類繁殖進入系統后造成的，可采取水池池底定期清砂、殺藻等措施降低循環水濁度。