淺析電石爐循環(huán)水質(zhì)對(duì)冷卻設(shè)備危害

中鹽吉蘭泰鹽化集團(tuán)公司60萬噸電石生產(chǎn)裝置配套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)為碳鋼、紫銅、不銹鋼，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總循環(huán)水量6000m3/小時(shí)，系統(tǒng)補(bǔ)水為處理后黃河水和中水。

筆者在電石爐生產(chǎn)多年運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，循環(huán)冷卻水中有大量泥砂，與銹蝕物、有機(jī)物（藻類、細(xì)菌等）、水垢等造成循環(huán)水質(zhì)變差。水垢造成電石爐變壓器冷卻系統(tǒng)、短網(wǎng)系統(tǒng)、電極導(dǎo)電系統(tǒng)、護(hù)屏、水冷套、爐蓋等部件水道堵塞而燒損。造成設(shè)備斷水燒損停車，嚴(yán)重影響電石爐的正常生產(chǎn)，降低冷卻設(shè)備結(jié)垢成為亟待解決的問題。

1.電石循環(huán)水管理存在的問題與原因

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，水的濃縮而導(dǎo)致水中各種離子濃度增大，相應(yīng)的腐蝕、結(jié)垢等問題亦隨之發(fā)生，在中鹽吉蘭泰電石爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)生產(chǎn)中主要存在以下問題：

1.1 開放式循環(huán)水系統(tǒng)泥沙、灰塵進(jìn)入較多，導(dǎo)致循環(huán)水濁度高、泥沙淤積

GB 50050-2007《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，工業(yè)循環(huán)水的濁度小于20NTU,而中鹽吉蘭泰電石循環(huán)水系統(tǒng)濁度長期高于40mg/L。濁度過高會(huì)造成設(shè)備堵塞、微生物滋生、結(jié)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(chǎn)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(qū)風(fēng)沙大、空氣中粉塵含量較高，大量泥沙塵埃帶入循環(huán)水中（為開放的冷卻系統(tǒng)）。冷卻塔設(shè)施水泥塊的腐蝕剝落進(jìn)入系統(tǒng)。

1.2 電石爐循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物的剝落進(jìn)入系統(tǒng)影響循環(huán)水濁度

2012年6月起循環(huán)水系統(tǒng)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(huì)造成系統(tǒng)設(shè)備腐蝕，系統(tǒng)銹蝕物剝落后大量進(jìn)入循環(huán)水影響水質(zhì)。

2013年電石循環(huán)水添加水量統(tǒng)計(jì) 單位：噸

1.3 循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)細(xì)菌和藻類大量迅速繁殖影響循環(huán)水濁度

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

2.電石循環(huán)水質(zhì)危害

2.1 設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢，會(huì)降低換熱效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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(tǒng)的清洗過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)垢較為嚴(yán)重。爐蓋所產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)被循環(huán)水帶走，造成爐蓋斷水燒損。銅件冷卻水系統(tǒng)中結(jié)垢也較為嚴(yán)重，常發(fā)生堵塞及漏水現(xiàn)象，造成非計(jì)劃停車事故，進(jìn)而影響生產(chǎn)。概括說結(jié)垢會(huì)降低冷卻器換熱效率、縮短設(shè)備壽命、裝置開車率降低。

循環(huán)水中溶存固體物因溫度變化等因素，在系統(tǒng)中沉淀或結(jié)晶形成，稱之為水垢。補(bǔ)水中溶解性離子如（Ca＋＋、Mg＋＋等）進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)，經(jīng)蒸發(fā)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(jié)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(chǎn)物或水中含有的溶鐵在系統(tǒng)中氧化而形成氫氧化鐵或氧化鐵絮體，進(jìn)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(shè)備腐蝕漏水，引發(fā)安全事故

腐蝕 由于和周圍介質(zhì)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(xué)或電化學(xué)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(xué)反應(yīng)發(fā)生在整個(gè)暴露表面或相當(dāng)大的面積上，腐蝕以均勻速度進(jìn)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(yīng)）

O2＋2H2O＋4e－→4OH－（陰極反應(yīng)）

在水中，陰極、陽極的產(chǎn)物結(jié)合生成氫氧化亞鐵沉淀：

Fe2＋＋2OH－→ Fe(OH)2

氫氧化亞鐵進(jìn)一步氧化為二次產(chǎn)物氫氧化鐵：

4 Fe(OH)2＋O2＋2H2O→4Fe(OH)3

2.2.2電偶腐蝕

銅材質(zhì)和碳鋼材質(zhì)兩種不同的金屬浸在導(dǎo)電性水溶液中存在電位差，電位差會(huì)驅(qū)使電子在他們之間流動(dòng)，形成原電池。電位較低的金屬在接觸（導(dǎo)電）后腐蝕速度通常會(huì)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(huì)產(chǎn)生垢下腐蝕，某些微生物的新陳代謝作用（如硫酸鹽細(xì)菌等）也會(huì)影響電化學(xué)腐蝕過程，促進(jìn)腐蝕加速。

電石循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水為高硬度、高堿度水質(zhì)且水中存在一定的腐蝕性離子，隨著系統(tǒng)水溫、pH值的上升以及濃縮倍數(shù)的提高，結(jié)垢趨勢(shì)將日趨嚴(yán)重，腐蝕在一定程度上將受到阻垢效果的影響，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生垢下腐蝕。

2.3 微生物危害

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物的種類和數(shù)量相當(dāng)多，主要類型包括好氧異養(yǎng)菌、硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、藻類、真菌、原生動(dòng)物等，微生物產(chǎn)生有機(jī)酸對(duì)金屬的腐蝕。除腐蝕設(shè)備外、消耗冷卻水處藥劑，使有機(jī)磷轉(zhuǎn)換成正磷酸根；產(chǎn)生大量粘泥（大量細(xì)菌分泌出的黏液像粘合劑一樣，能使顆粒細(xì)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(chǎn)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(huán)水水質(zhì)管理措施

為杜絕循環(huán)水冷卻系統(tǒng)結(jié)垢發(fā)生電石爐冷卻設(shè)備的堵塞及漏水影響生產(chǎn)，使用水處理藥劑嚴(yán)格控制結(jié)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(duì)垢、腐蝕、酸堿度的控制

根據(jù)目前一次水、軟水、中水添加的情況，設(shè)計(jì)添加適合電石廠冷卻設(shè)備系統(tǒng)的緩蝕劑、阻垢劑，通過添加藥品減緩設(shè)備腐蝕速度和水垢的產(chǎn)生。

3.2 菌藻的控制

考慮到細(xì)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(shí)根據(jù)系統(tǒng)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(huán)水冷卻水池池底泥沙，同時(shí)大量排除池底污水。

定期對(duì)藻類和細(xì)菌進(jìn)行藥物殺滅，夏季15天添加一次，溫度低時(shí)30天添加一次。

4 結(jié)束語

電石循環(huán)水質(zhì)結(jié)垢、腐蝕、微生物粘泥危害嚴(yán)重，造成冷卻器換熱效率低，可通過選擇藥劑控制結(jié)垢、緩蝕、菌藻的滋生，減小設(shè)備腐蝕與結(jié)垢。

電石循環(huán)水濁度高是泥沙、系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物、細(xì)菌和藻類繁殖進(jìn)入系統(tǒng)后造成的，可采取水池池底定期清砂、殺藻等措施降低循環(huán)水濁度。