酸再生熱堿液清洗硅泥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

林孟華，楊學(xué)斌

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

0 引言

冷軋酸軋產(chǎn)線DP、Trip 鋼及微合金鋼種排產(chǎn)增加，由于產(chǎn)品中硅及其化合物含量增加，它們在酸中的溶解度很小，因此酸洗液在循環(huán)過程中會產(chǎn)生含硅雜質(zhì)，含硅雜質(zhì)的冷卻固化形成的硅垢易堵塞系統(tǒng)中管道和設(shè)備（石墨換熱氣器及過濾器），同時(shí)硅垢附著于儀表檢測表面，影響檢測精度，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。ISSI 酸再生接收的廢酸中硅泥含量高、雜質(zhì)多，運(yùn)行生產(chǎn)過程中，造成廢酸加熱器、冷卻器、罐體、管道等設(shè)備系統(tǒng)淤堵嚴(yán)重，換熱器換熱效率下降，能耗上升，嚴(yán)重影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，制約氧化鐵紅品質(zhì)提升[1]。酸泵、罐體、管道出現(xiàn)淤堵需停車分段拆卸后人工清理和對淤堵管道進(jìn)行更換，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力并且成本較高，加熱器和冷卻器淤塞換熱效率下降能耗升高，需外委專業(yè)清洗廠家解體后逐個(gè)處理石墨塊，修復(fù)費(fèi)用昂貴。

1 酸再生脫硅工藝

1.1 工藝流程

廢酸經(jīng)加熱器加熱后進(jìn)入浸溶塔內(nèi)，與浸溶塔內(nèi)加入的鐵屑反應(yīng)以去除廢酸中的游離HCl 和Fe3+，中和后的廢酸經(jīng)冷卻器進(jìn)入1 號、2 號pH 調(diào)節(jié)罐，調(diào)節(jié)罐中加入的定量氨水，同時(shí)鼓入一定量的壓縮空氣，調(diào)節(jié)pH 值，產(chǎn)生Fe（OH）2并使部分Fe（OH）2轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3，使SiO2等雜質(zhì)包裹在Fe（OH）3的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中進(jìn)入絮凝罐。絮凝罐中加入稀釋的絮凝劑，使氫氧化鐵顆粒和SiO2顆粒以沉淀泥漿形式經(jīng)沉淀罐沉淀分離出來，從而達(dá)到脫硅的目的[2]。

沉淀罐底部的泥漿經(jīng)過濾擠壓機(jī)進(jìn)行過濾、擠壓，濾液和沉淀罐上方溢流下來的清液流入凈化鐵液收集罐，再用泵送到罐區(qū)的凈化鐵液儲罐作為鹽酸再生生產(chǎn)使用，脫硅工藝見圖1。

圖1 脫硅工藝流程圖

1.2 硅泥的形成

廢酸液中高濃度的硅化物溶液易吸附在高溫設(shè)備表面，酸液與管道設(shè)備接觸面處的硅化物局部濃度達(dá)到一定時(shí)，難溶于酸液的硅化物從酸液中沉淀下來，像絮凝劑一樣使酸液中的SiO2顆粒吸附在設(shè)備的表面和管道內(nèi)壁。隨著酸洗工藝的進(jìn)行，設(shè)備表面的硅化物不斷與SiO2顆粒聚合，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該狀態(tài)下通常稱其為硅泥，隨環(huán)境溫度的降低，松軟狀的硅泥進(jìn)一步結(jié)晶從而形成又硬又厚的硅垢，圖2 為沖洗后硅垢的狀態(tài)。硅泥問題是目前最困擾酸洗酸再生產(chǎn)線正常穩(wěn)定運(yùn)行的問題之一，硅化物的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在高溫下能與氧氣等多種元素化合，不溶于水、硝酸和鹽酸，溶于氫氟酸和堿液。

圖2 硅垢（經(jīng)水沖洗后硅垢的變化狀態(tài)）

1.3 硅泥堵塞設(shè)備

1.3.1 管道

管道是連接各個(gè)設(shè)備的主要部件，硅泥的產(chǎn)生直接影響系統(tǒng)的脫硅系統(tǒng)處理能力，導(dǎo)致系統(tǒng)流量降低。由于管路內(nèi)的酸液處于流動與靜止、高溫與低溫的變化狀態(tài)，因此硅泥極易附著于管道內(nèi)并結(jié)晶固化成硅垢，造成脫硅處理量受限（見圖3）。

圖3 廢酸管道硅泥

1.3.2 酸再生機(jī)組

通常酸再生機(jī)組多采用圓塊孔式石墨換熱器，硅泥極易附著于酸液通道孔內(nèi)，形成堆積，造成酸介質(zhì)流量降低換熱效率下降，通道孔堵塞嚴(yán)重時(shí)脫硅系統(tǒng)無法提量，嚴(yán)重制約機(jī)組產(chǎn)能發(fā)揮（見圖4）。

圖4 加熱器石墨塊堵塞

1.3.3 各類儀表

脫硅系統(tǒng)中各類儀表對酸液各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測數(shù)據(jù)控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動，保障脫硅質(zhì)量。由于硅泥的存在，各類檢測儀表的檢測精度受到影響，與實(shí)際值偏差較大的數(shù)據(jù)參數(shù)將影響酸系統(tǒng)的控制，導(dǎo)致關(guān)聯(lián)設(shè)備誤動作（見圖5）。

圖5 儀表檢測膜片硅泥

1.4 熱堿液應(yīng)用

堿液清洗是目前國內(nèi)較為普遍的清洗硅泥方式，通過參考資料，及行業(yè)內(nèi)對硅泥清除技術(shù)的借鑒，堿液對硅泥清洗有著至關(guān)重要的作用，通過取樣硅泥和熱堿液實(shí)驗(yàn)顯示，同一溫度下，堿液的濃度越高，效果越佳，硅泥溶解時(shí)間越短，堿液同一濃度情況下，溫度越高，效果越佳，溶解時(shí)間越短（見圖6）。

圖6 硅泥在在堿液中溶解對比圖

酸再生機(jī)組采用片堿利用1 號pH 罐配置氫氧化鈉溶液，溶液配置好后，通過排放管道排入U(xiǎn)IL 罐，通過UIL 泵打入系統(tǒng)進(jìn)行清洗，堿液通過系統(tǒng)中換熱器加熱，達(dá)到設(shè)定溫度，隨著堿液在系統(tǒng)不斷循環(huán),堿液和硅泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成能溶于熱水的硅酸鈉?；瘜W(xué)反應(yīng)降低硅泥和硅垢的堅(jiān)硬程度，硅泥隨著流體的沖擊而掉落，最后一起隨著廢堿液排出系統(tǒng)。清洗后對系統(tǒng)進(jìn)行脫鹽水清洗，排入廢水收集槽，防止這些殘留的物質(zhì)影響酸液的濃度，影響氧化鐵粉質(zhì)量（見圖7）。

圖7 堿液清洗系統(tǒng)工藝圖

2 堿液清洗系統(tǒng)

2.1 堿液清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

原美國ISSI 公司設(shè)計(jì)的脫硅系統(tǒng)未設(shè)計(jì)有清洗系統(tǒng)，通過對脫硅管道系統(tǒng)改造和調(diào)整，利用現(xiàn)有設(shè)備形成循環(huán)清洗的回路，無需額外增加配藥設(shè)備、儲藥設(shè)備和清洗加熱設(shè)備，利用UIL 罐（玻璃鋼材質(zhì)）作為清洗藥劑溶液的緩存罐，1 號pH 調(diào)節(jié)罐（帶攪拌機(jī)的玻璃鋼材質(zhì)）作為清洗藥劑配制罐，原廢酸加熱器（耐酸耐堿）作為清洗藥劑加熱設(shè)備[3-5]，UIL 泵（耐酸耐堿）作為熱堿水循環(huán)清洗的動力源對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的循環(huán)清洗，清洗廢水排放至廢水處理站處理，詳見圖8 綠色路線為熱堿水循環(huán)清洗路由。

圖8 堿液清洗系統(tǒng)工藝圖

2.2 堿液清洗系統(tǒng)應(yīng)用

2.2.1 工藝流程

工藝流程：廢酸輸送管道—廢酸加熱器—中和罐廢酸循環(huán)管道—UIL 液管道—UIL 罐—UIL 泵—廢酸冷卻器—1 號pH 調(diào)節(jié)罐[6]。

2.2.2 清洗步驟和流程

2.2.2.1 清洗前準(zhǔn)備

1）根據(jù)清洗方案要求，對廢酸管道系統(tǒng)設(shè)備、排污閥門、補(bǔ)水閥門等逐一進(jìn)行確認(rèn)，以滿足清洗工藝要求；若不能滿足工藝要求，采取臨時(shí)措施等。

2）預(yù)備足夠片堿約300～500 kg。

3）參加清洗工作的全部人員做好安全教育，熟悉清洗系統(tǒng)，需穿戴好防護(hù)用品。

4）清洗之前選取廢酸管道系統(tǒng)中淤堵最嚴(yán)重的是任意兩個(gè)彎頭處，拆開進(jìn)行檢查，確認(rèn)污泥。

2.2.2.2 離線清洗步驟

1）排液和閥門切換。脫硅系統(tǒng)停機(jī)，利用放空閥將廢酸管道、加熱器、冷卻器、UIL 罐等設(shè)備內(nèi)的酸液排凈，將閥門切換至循環(huán)清洗管路。

2）水洗和試漏。在UIL 罐通入5 m3脫鹽水，啟動UIL 泵循環(huán)清洗2 h，主要目的是將附著力較差的部分污泥清理排放出來，并確認(rèn)循環(huán)清洗系統(tǒng)無漏點(diǎn)。

3）清洗藥劑配:在1#pH 調(diào)節(jié)罐內(nèi)注入3 m3脫鹽水，投加300 kg 片堿，啟動攪拌機(jī)配制堿液，約30 min待用。

2.2.2.3 系統(tǒng)清洗

1）向UIL 罐內(nèi)注入堿液，到達(dá)起泵液位后，起動UIL 泵，清洗藥劑開始循環(huán)清洗，緩慢打開廢酸加熱器蒸汽控制閥門，對清洗溶液進(jìn)行加熱，清洗液溫度控制85 ℃。

2）清洗液溫度加熱至85 ℃后，將蒸汽控制閥門置于自動控制位置，進(jìn)行循環(huán)清洗，時(shí)間24 h，期間設(shè)置專人對清洗系統(tǒng)進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

3）清洗過程中，每4 h 取樣觀察清洗液情況，根據(jù)清洗液污濁情況，排液置換和補(bǔ)充藥劑。

4）熱堿液清洗24 h 之后，安排對原廢酸管道系統(tǒng)中淤堵最嚴(yán)重的兩個(gè)彎頭處拆卸檢查清洗效果，若彎頭處硅泥清理不徹底，需延長清洗時(shí)間，直至達(dá)到干凈清潔，方可進(jìn)行下一步操作。

5）確認(rèn)熱堿洗效果滿足要求后，排出清洗藥液，補(bǔ)充脫鹽水對系統(tǒng)進(jìn)行置換清洗，直至排出清水為止。

6）拆開加熱器冷卻器接口，及管道彎頭，確認(rèn)清洗后效果（見圖9）。

圖9 加熱器、管道清洗后效果

3 結(jié)論

1）通過熱堿洗系統(tǒng)，脫硅能夠?qū)崿F(xiàn)脫硅工藝系統(tǒng)設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為氧化鐵紅品質(zhì)穩(wěn)定和提升提供重要保障。

2）提高換熱設(shè)備換熱效率，降低能耗,提高設(shè)備使用壽命。

3）通過熱堿洗系統(tǒng)，減小廢酸管道系統(tǒng)檢修更換的人力成本和員工勞動強(qiáng)度，減少檢修作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。