低電導率循環水的腐蝕控制研究和應用

鄭 燦，田民格，孟曉剛，王守振

（欣格瑞（山東）環境科技有限公司，山東濟寧 272000）

1 概述

在間冷開式循環冷卻水的運行過程中，隨著循環水的不斷蒸發，循環水的濃縮倍數不斷提高，總硬度、總堿度、pH等指標會不斷提高。碳酸鈣、碳酸鎂隨著溫度的升高，溶解度急速降低，析出附著在換熱設備表面，導致換熱效率降低，影響生產效率。

隨著科學技術的發展，高精密設備不斷更新換代，對循環水的水質要求也越來越嚴格。在生產過程中，有些換熱設備物料側溫度高達上百攝氏度，循環水中的硬度、堿度等指標按照傳統標準來控制已無法滿足一些現場的實際生產需要。部分冷卻重要設備的小型間冷開式循環水系統就會以一級RO 產水、低電導率水源、軟化水等作為補水，使該循環水系統中的水質指標始終保持在較低的狀態，避免污垢在精密或極端條件的生產設備表面析出，影響設備的換熱效果。

在實際運行中，此類補水不會析出碳酸鹽垢，但是其腐蝕傾向遠超過常規地表水、地下水、自來水等水源，會造成系統中設備的腐蝕，增加系統泄漏風險，腐蝕產物會沉積在設備表面，降低設備的換熱效率。經過現場試驗，應用在以除鹽水為補水的間冷閉式循環水系統中的鉬系緩蝕劑，在上述系統中的實際緩蝕效果較差，間冷開式循環水中的常規磷系緩蝕劑也無法達到預期效果。

分析某鋼廠制氧循環水系統的運行過程，在間冷開式循環冷卻水系統中使用不同堿度調節劑的情況下，統計碳鋼、銅試片的腐蝕情況，篩選合適的投加方案，使循環水系統中的堿度、pH 能夠始終保持在穩定的狀態，達到大幅度降低腐蝕速率的目的，以保證系統的安全穩定運行。

2 系統情況分析

某鋼廠的循環水補水為經過少量氨水調節后的一級RO 產水，因輸水管道材質為碳鋼，且輸水管道較長，補水中存在一定量的鐵離子，為腐蝕型水質。補水水質分析數據見表1。

表1 補水水質分析數據

循環水系統日常使用的緩蝕劑成分中復配有NaOH，它的作用是提高循環冷卻水中的pH 和堿度，降低循環水的腐蝕傾向。但在實際使用過程中，無法起到穩定pH的作用，緩蝕效果較差。

間冷開式循環水在運行過程中，需要通過涼水塔的噴淋作用使循環水與空氣充分接觸換熱，降低循環水的溫度。大氣中含有一定量的CO2，在噴淋過程中，CO2部分溶于循環冷卻水，與循環冷卻水中的OH-發生反應，導致循環水的堿度和pH 值降低，增加了循環水的腐蝕傾向，使循環水中的Fe2+、Fe3+含量提高。Fe2+、Fe3+的存在不僅會增加系統的腐蝕速率，也可以與水中的OH-和O2發生反應，產生含鐵的沉淀物，繼續降低循環水系統中的堿度［1］。

某鋼鐵廠制氧循環水系統中碳鋼試片的腐蝕速率遠超過國家標準（0.075 mm∕a），銅試片的表面整體脫色，由原本的黃色變為棕黑色。［2］銅試片的腐蝕形態為均勻腐蝕，腐蝕較為嚴重。上述情況不僅會導致腐蝕產物在換熱設備中沉積，影響設備的換熱效率，而且會造成換熱設備的泄漏，嚴重時會使設備報廢。

3 現場試驗過程

3.1 項目介紹

本次試驗對象為某鋼廠制氧車間的間冷開式循環水系統，系統的具體參數見表2。

表2 間冷開式循環水系統參數

該循環水系統補充水水源為一級RO 產水，各項水質指標較低，為腐蝕型水質。為了降低循環水的腐蝕傾向，需要提高循環水的堿度和pH，并在運行過程中保持其在較為穩定的狀態。本次實施內容為在系統中投加固定濃度的常規磷系緩蝕劑，先后投加工業用NaOH 和SGR 堿度調節劑，對比循環水堿度、pH、總鐵的波動情況以及系統中監測試片的腐蝕速率，來跟蹤系統的腐蝕情況。

3.2 實際運行數據

為了盡快讓循環水系統進入正常運行狀態，以循環水系統的水質數據為依據，不斷調整實施方案和藥劑的投加量，實際運行水質分析數據見表3。

表3 部分現場實際運行水質分析數據

表3 中每日沖擊投加SGR 堿度調節劑后第7 天至14天，為了避免堿度過高導致系統出現結垢傾向和調節劑的浪費，根據每日排污水量和當日水質分析數據，動態調整SGR堿度調節劑的投加量。

3.3 數據分析

因現場條件有限，循環水系統中只能沖擊投加固體SGR 堿度調節劑和NaOH。初步方案是以NaOH 作為堿度調節劑，但是在運行3 日后，堿度、pH均無法得到有效提升，因此改為使用SGR堿度調節劑調節堿度和pH。

3.3.1 pH、堿度

由表3 可以看出，在循環水系統中沖擊投加NaOH 后，短時間內pH、堿度迅速提高。經過1天的運行，OH-在冷卻塔噴淋的過程中迅速被消耗，pH由9.26 降低至7.12，堿度由1.7 mmol∕L 降低至0.63 mmol∕L，基本回到了投加NaOH 之前的狀態。采用此方法不能保持堿度、pH的穩定。

SGR堿度調節劑中含有CO32-、HCO3-，沖擊投加SGR堿度調節劑后，會穩定且緩慢地釋放CO32-、HCO3-。實際運行中循環水的pH穩定在8.5左右，所以釋放出的CO32-、HCO3-基本上以HCO?-的離子形式存在于循環水中。［1］

在一般循環水系統中堿度的成分是CO32-、HCO3-和OH-，其中以CO32-、HCO3-為主，OH-含量較低。NaOH 為強電解質，溶于水后，能夠直接電離出Na+和OH-，OH-直接提高水的pH，但是極易與水中Fe2+、Fe3+、H+發生反應，NaOH 與前兩者反應生成膠體和沉淀，與后者反應生成水，都會導致堿度的降低。

SGR 堿度調節劑為弱電解質，其堿性較弱，電離出的OH-較少，也很難與水中的離子發生劇烈反應，不會造成循環水pH 的急劇升高，使系統得以穩定運行。

3.3.2 濁度

在未投加堿性物質之前，循環水的pH 較低，OH-含量較少。水中的Fe2+、Fe3+以離子形式存在，不會導致沉淀的析出，水質得以澄清透明。

在投加NaOH 后，水中OH-含量急劇增加，Fe2+、Fe3+與OH-發生反應，生成Fe(OH)?膠體和Fe(OH)?沉淀，水質由澄清透明變為黃色。由于總鐵始終沒有降低，在每次投加NaOH 時，循環水都會在短時間內從澄清透明變渾濁，濁度迅速升高。

實際投加SGR 堿度調節劑時，因為反應較為溫和，所以在投加后初期循環水的顏色變化并不明顯，但經過幾個小時之后，循環水也會變成渾濁的狀態。長期運行之后，隨著循環水中總鐵含量的持續降低，循環水的顏色也能夠始終保持澄清透明的狀態。

3.3.3 總鐵

在方案實施之前，循環水系統中的總鐵含量較高，已超出國家控制標準。

在持續投加SGR 堿度調節劑和正常投加緩蝕劑的情況下，循環水系統中的總鐵含量呈下降趨勢。表3 中的數據表明，在運行2 周后，循環水中的總鐵含量由2.16 mg∕l 降低至0.56 mg∕l，達到正常循環水系統標準，方案實施達到預期目的。

3.4 監測試片情況

方案實施前后，循環水系統中均懸掛監測試片用以檢測循環水系統的腐蝕速率，監測試片腐蝕數據見表4。

表4 監測試片腐蝕數據

表4 中試片1034、3256 為未投加堿性物質前的腐蝕速率；試片1027、3343 為投加SGR 堿度調節劑后的腐蝕速率，2 組試片的常規緩蝕劑投加濃度大體相同，2組試片的掛入時間均為1個月左右。

4 結論

4.1 現場運行總結

對比上述試驗數據，在緩蝕劑濃度相同的條件下，投加NaOH 和SGR 堿度調節劑對系統的運行狀態影響總結如下。

（1）投加NaOH 后，堿度短時間內迅速提升，pH較高，反應較為劇烈，但在運行過程中存在大量消耗情況，pH 極易降低至7 左右，容易造成腐蝕情況，不適用于調節此類循環水水質。

（2）投加SGR堿度調節劑后，堿度、pH同樣得到有效提升，且HCO3-不容易與循環水中的其他成分發生劇烈反應。在運行過程中SGR 堿度調節劑的主要損失是系統正常排水，在堿度為2～3 mmol∕L 的前提下，實際運行中循環水的pH 在8.3～8.5左右，不易發生較大波動。在后續正常運行中，僅需根據排污損失，少量補加SGR堿度調節劑即可。

4.2 相關系統運行建議

具體的SGR 堿度調節劑投加濃度應根據補水水質、水質控制指標、日常排污水量進行調節。根據本次實踐，在初次投加堿性物質時，容易導致濁度劇烈升高，會產生不良后果，所以本文給出以下建議。

（1）在投加SGR 堿度調節劑之前，應進行大量排污置換，使循環水系統的總鐵含量降低至1 mg∕L以下。

（2）在初次投加SGR 堿度調節劑時，應按照循環水系統的保有水量，以20 mg∕L 左右計算，少量多次投加SGR 堿度調節劑。應增加循環水的化驗頻率，避免出現濁度、堿度突然升高的情況，盡量保持循環水系統堿度的平穩提升。

（3）循環水系統中總堿度＞2 mmol∕L 后，根據每日循環水堿度的化驗指標和排污水量，動態調整SGR堿度調節劑投加量，控制總堿度在2～3 mmol∕L。

循環水能夠始終保持澄清透明之后，在保證每日水質化驗分析的前提下，關注系統中監測試片的腐蝕速率，如果腐蝕速率未達到國家標準，可少量提升循環水系統的總堿度或增加緩蝕劑的投加量，以保證現場的安全、穩定生產。