海淡水在煉鋼凈環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

周俊敏，甄先鋒，孫樹立

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東青島 266409）

前言

海淡水是指通過雙膜法或者蒸餾法等，將海水中的鹽分去除而制取的除鹽水，具有低硬度、低堿度及高氯離子等特點。隨著雙膜法應(yīng)用的推廣，在缺水型的沿海城市里，越來越多的城市將海淡水做為循環(huán)水系統(tǒng)的補充水進行應(yīng)用。

青島特殊鋼鐵有限公司年產(chǎn)400萬t粗鋼，廠區(qū)位于青島西海岸經(jīng)濟新區(qū)董家口臨港產(chǎn)業(yè)園，毗鄰黃海，周邊淡水資源匱乏，海水資源豐富。2017 年以后，公司逐漸采用海淡水做為煉鋼廠循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，以節(jié)約淡水資源。

1 海淡水性質(zhì)分析

現(xiàn)場自2017 年6 月開始使用海淡水，2017 年6月～12月期間補充水的水質(zhì)數(shù)據(jù)情況,見表1。

針對現(xiàn)場水質(zhì)情況，用水質(zhì)模擬軟件對補水水質(zhì)特性進行模擬計算，具體見圖1。

表1 海淡水水質(zhì)數(shù)據(jù)

圖1 補水穩(wěn)定指數(shù)（模擬）

由圖1可見，通過模擬計算顯示，海淡水的LSI、RSI以及PSI指數(shù)均顯示該水質(zhì)具有較強的腐蝕性?？紤]到海淡水補入系統(tǒng)后有一個濃縮的過程，因此我們對不同濃縮倍數(shù)下的水質(zhì)特性進行了模擬，具體見圖2。

圖2 不同濃縮倍數(shù)水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)（模擬）

由圖2可見，即使在濃縮3倍后，RSI及PSI指數(shù)也都顯示水質(zhì)具有腐蝕傾向。

通過模擬軟件對不同濃縮倍數(shù)下的水質(zhì)特性進行模擬可得，海淡水從補入系統(tǒng)以及在濃縮的過程中，均呈現(xiàn)出不同程度的腐蝕性，因此在采用海淡水做為系統(tǒng)補水時，應(yīng)首先要考慮應(yīng)用過程中系統(tǒng)金屬管路及設(shè)備的防腐問題。

2 腐蝕原因分析

2.1 pH值

pH 值對金屬腐蝕速度的影響往往取決于該金屬的氧化物在水中的溶解度對pH 值的依賴關(guān)系，由圖3 可見，當軟水的pH 值到11.5 左右時，鐵的腐蝕速率仍高達0.125 mm/a，而我們凈環(huán)系統(tǒng)實際運行過程中的pH 值一般在7～9，由以上所述可見，在該pH范圍內(nèi)系統(tǒng)存在較嚴重腐蝕。

圖3 軟水pH值對鐵腐蝕速度的影響[1]

2.2 溶解氧腐蝕[2]

在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，溶解氧是飽和的，由于碳鋼表面結(jié)構(gòu)不均勻，可產(chǎn)生自發(fā)的電化學反應(yīng)，具體如下：

陽極：Fe-2e→Fe2+

陰極：O2+2H2O+4e→4OH-

溶解氧在陰極的反應(yīng)加速了電化學腐蝕，并使電化學反應(yīng)不斷的進行下去，從而使碳鋼的腐蝕進一步繼續(xù)。

2.3 氯離子腐蝕

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中由于氯離子的存在，腐蝕過程中產(chǎn)生的金屬氯化物會進一步發(fā)生水解反應(yīng)：

MCl2+2H2O→M(OH)2+2H++2Cl-

水解過程中產(chǎn)生的氫離子會進一步加劇腐蝕，在氯離子濃度較高的系統(tǒng)中往往容易發(fā)生縫隙腐蝕、點蝕等情況。

2.4 缺乏相關(guān)成膜因子

金屬材料化學防腐主要是通過化學藥劑的作用，在金屬基體表面產(chǎn)生沉淀膜、吸附膜或者氧化膜等保護膜防止腐蝕。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)化學處理過程中主要投加的沉淀膜型緩蝕劑，由于海淡水中硬度較低，因此會對緩蝕劑的使用效果造成一定影響。

3 相關(guān)的應(yīng)對方案

3.1 投加pH調(diào)節(jié)劑

通過在冷水池投加pH 調(diào)節(jié)劑，一方面提高系統(tǒng)的pH 值，降低水中氫離子濃度，抑制金屬腐蝕過程中的氫離子去極化的陰極反應(yīng)；另一方面提高系統(tǒng)的碳酸鹽濃度，使得金屬基體表面可以生成碳酸鈣保護膜，從而達到緩蝕的效果。

3.2 投加鈣鹽

通過向系統(tǒng)中投加鈣鹽，一方面與水中的碳酸鹽在金屬基體表面形成碳酸鈣保護膜，防止腐蝕發(fā)生；另一方面與投加的緩蝕劑形成磷酸鹽沉淀膜，通過腐蝕電流沉積于陽極，從而達到抑制腐蝕的效果。

3.3 緩蝕劑重新選型

由于海淡水具有低硬、低堿、高氯離子等特征，具有較強的腐蝕傾向，通過旋轉(zhuǎn)掛片模擬試驗以及動態(tài)模擬試驗，重新選取了以有機膦酸鹽和鋅鹽為主劑的復合配方ECH-426，能較好地控制溶解氧腐蝕以及氯離子造成的點蝕。

4 進一步改善措施

水處理方案經(jīng)調(diào)整并實施后，取得了較好的效果，監(jiān)測掛片的腐蝕情況控制較好，但有時會出現(xiàn)掛片突然變差的情況，經(jīng)分析有可能是因為：（1）補水水質(zhì)出現(xiàn)波動，而后端的化學處理調(diào)整滯后于水質(zhì)波動；（2）pH調(diào)節(jié)劑和鈣鹽使用過程中先溶解，然后通過泵投加到冷水池。由于冷水池中沒有攪拌裝置，可能會存在藥劑混合不均勻的情況；（3）系統(tǒng)濃縮倍數(shù)較低，不利于穩(wěn)定藥劑濃度，抗補水波動的沖擊也較弱。

根據(jù)以上情況，建議：（1）狠抓現(xiàn)場跑、冒、滴、漏管理工作，盡量提高系統(tǒng)濃縮倍數(shù)；（2）增設(shè)一個補水池，在補水池中將堿度、硬度及pH 調(diào)整到合適范圍內(nèi)，再向系統(tǒng)進行補水，從而穩(wěn)定補水水質(zhì)。通過進一步優(yōu)化，更好地穩(wěn)定現(xiàn)場的水處理設(shè)施運行。