工業循環冷卻水中鐵離子濃度升高的原因分析及處理

舒樺

（國家能源集團寧夏煤業集團公司烯烴二分公司 寧夏銀川 750000）

工業循環水中鐵離子異常升高的原因很多，但主要是由系統內發生各類腐蝕后產生的的鐵離子被帶入水中所致。各種因素導致系統內管壁發生腐蝕，通常情況下可投加緩蝕劑控制腐蝕發生，但必須保證水中保持一定的藥劑濃度。若已發生腐蝕，鐵離子濃度大幅上升，可投加絮凝劑，使鐵離子形成膠體析出，經系統自動旁濾器濾除后排出系統。

根據新版《GB50050-2017工業循環冷卻水處理設計規范》，循環水要求總鐵（Fe2+，Fe3+）：≤2.0mg/L；通常情況下循環水中總鐵濃度為≤1.0mg/L時為正常，在1.0～2.0mg/L時為偏高，而總鐵濃度＞2.0mg/L時為腐蝕的信號。通常情況下，腐蝕、結垢、沉積為循環水系統水處理的幾大難題，而各種問題最終都可能會導致腐蝕問題的發生，不利于水質保持，更影響著系統管線、設備的使用壽命。

1 系統清洗、預膜不充分

對于新投運或經歷停水檢修的循環冷卻水系統來說，設備和管道在安裝、檢修過程中，難免會有碎屑、雜物和塵土留在系統之中，有時冷卻設備的銹蝕和油污也很嚴重，這些雜物和油污如不清洗干凈，將會影響下一步的預膜處理。老系統的冷卻設備還常有垢、粘泥和金屬腐蝕產物，嚴重影響設備壽命和換熱效率。因此，清洗工作做的好，對新系統來說，可以提高預膜效果，減少腐蝕和結垢的產生；對已投產的老系統來說，可以提高換熱效率，改善工藝操作條件，保證長的生產周期，降低能耗和延長設備壽命。循環水系統的預膜是為了提高后期緩蝕劑的成膜效果，常在循環水開車初期投加較高劑量的緩蝕劑，待金屬表面絡合成膜后，再降低藥劑濃度維持補膜，即所謂的正常處理。這種預膜處理，其目的是希望在金屬表面上能很快的形成一層保護膜，提高緩蝕劑抑制腐蝕的效果。

表1 工業循環冷卻水水質執行標準

2 垢下腐蝕

循環冷卻水中攜帶有大量的鈣鎂離子，當水溫升高，隨著水中鹽分上升，水中就會有較多的重碳酸鈣鹽，在加熱過程中會分解為碳酸鈣，二氧化碳和水。系統內管道、換熱器內壁就有碳酸鈣內表面沉積下來，加大了發生結垢的風險。碳酸鹽水垢通常以致密的結晶沉淀在加熱器壁面甚至冷卻塔填料或壁上。結垢導致緩蝕藥劑無法作用至金屬表面，如此長期運行便會造成垢下腐蝕。消除結垢的措施有：①加大補水及排污水量，對水體進行置換（軟化）；②加入一定量的酸性氣體、及酸，降低水體pH值，溶解水垢；通常用硫酸把pH值控制在7～9，但應注意投加的量，以防再次發生腐蝕；③添加結垢抑制劑，阻止鈣鎂鹽類的附著結垢。

3 微生物腐蝕

循環冷卻水產生腐蝕還與微生物產生的軟垢（粘泥）沉積有關。微生物在管道、設備內表面繁殖聚集，其代謝物本身具有酸性易引起微生物腐蝕；同時微生物的大量繁殖，其中就可能包括鐵細菌，急劇增多的鐵細菌會造成系統腐蝕愈發嚴重。此外，生物粘泥軟垢也會影響傳熱效率并引起管路堵塞，因此必須對系統持續進行殺菌處理。一般，存在于循環冷卻水系統中的微生物有真菌，藻類，細菌3種，可采用投加氧化性殺菌劑及非氧化性殺菌劑進行殺除。通常主要使用含氯類氧化性殺菌劑（次氯酸鈉、二氧化氯等），對硫酸鹽還原菌需用長鏈脂肪胺鹽和有機硫化物來抑制。為防止細菌出現耐藥性，可將氧化性殺菌劑及非氧化性殺菌劑配合使用。亦可在系統各儲水、緩沖水池內壁及底部涂刷殺生藥劑。將各水池盡量遮擋封閉，避免陽光直接照射等方法進行控制。對水體要定期做好異養菌，鐵細菌，真菌等的檢測。

4 物料泄漏

（1）換熱設備介質的泄漏導致整個循環水系統水質惡化，使設備發生嚴重的腐蝕和沉積危害，所以及時快速查到泄漏點并及時處理非常重要。一般物料發生泄漏后，對循環水會的顏色、氣味、濁度、pH、余氯、總鐵、油含量、COD、溶解氧等檢測項目有直接影響，其中濁度、pH和余氯的測定相對便捷，因此成為對泄漏判斷的主要途徑，見表2。

表2 各種物料泄漏對檢測項目的影響

經驗的積累和日常數據的掌握能有效判斷泄漏并處理，建立系統的循環水泄漏臺賬至關重要。

（2）水質惡化時重點監控指標

當循環水系統換熱器發生物料泄漏后，會打破原來系統中已建立的抑制腐蝕、污垢沉積和微生物繁殖的平衡，在短時間內水質會迅速惡化。微生物的增加和化學黏泥的形成會加快生物腐蝕和垢下腐蝕；一些酸性介質的泄漏會引起pH降低，加快腐蝕速度；而黏泥和油膜的附著會使緩蝕劑很難在金屬表面形成保護膜。所以發生泄漏后，會加劇水冷器的腐蝕，造成惡性循環。此時需要重點驚恐制系統的pH、總鋅/總磷（視所使用的緩蝕劑種類而定）和余氯。

5 其他因素

循環水系統的排污水量對系統鹽度的調節起著很重要的作用，在保證各項水質指標合格的前提下適當降低排污水量可大大節約工業水用量，但因此產生過高的濃縮倍數會導致水中的鈣鹽類更易析出結垢。所以因根據實際控制較適宜的排污水量。

另外，若系統旁濾器填料粒徑偏大或填料裝填厚度不夠也可能導致對鐵類膠體的濾除效果不佳。短期內可向旁濾進水口投加絮凝劑，增大膠體基團，使其能被濾除；長遠看必須重新裝填濾料。

若系統經過長期運行后，設備及管道內表面易出現一層慢慢附著下的粘泥，平時不易經水質檢測發現。但若系統壓力、溫度發生較大幅度波動時，此部分粘泥亦會被擊中帶入系統，很可能因此造成鐵離子濃度較大幅度上。因此，長期運行后的系統必須進行有計劃的沖擊性投加殺菌及剝離劑，避免水質突然惡化。

6 總結

經過上文分析總結得出了化工廠循環冷卻水系統可能造成總鐵上升的幾種因素及處理措施。這對控制系統腐蝕的發生，改善循環水水質及實際工作中對工業循環冷卻水系統中總鐵升高的原因分析都有一定參考價值。