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        湛鋼循環(huán)水系統(tǒng)化學(xué)清洗新型技術(shù)的應(yīng)用

        2021-12-16 02:23:00靳創(chuàng)杰
        冶金動力 2021年6期
        關(guān)鍵詞:掛片脫脂濁度

        靳創(chuàng)杰

        (寶鋼湛江鋼鐵能源環(huán)保部,廣東湛江 524001)

        引言

        化學(xué)清洗技術(shù)由于清洗速度快、效果好,且容易控制等優(yōu)點(diǎn),目前已被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油、化工、熱工動力、建材、軍工等各類工業(yè)領(lǐng)域,并發(fā)展成為一門行業(yè)技術(shù),其主要內(nèi)容包括清洗和預(yù)膜。清洗是指用有機(jī)酸、有機(jī)分散劑等化學(xué)藥劑,通過化學(xué)作用將附著在循環(huán)冷卻設(shè)備和管道中的水垢、粘泥、油污、沉積物進(jìn)行溶解、疏松和剝離,使設(shè)備表面清潔;預(yù)膜是指在清洗后向循環(huán)水系統(tǒng)中投加預(yù)膜劑,在活化的金屬表面預(yù)上一層完整、耐腐蝕的保護(hù)膜[1]。清洗和預(yù)膜被稱為循環(huán)冷卻水化學(xué)處理的預(yù)處理,是循環(huán)水系統(tǒng)開車前的必要步驟,目的是使緩蝕阻垢劑的化學(xué)處理效果得以正常發(fā)揮[2]。

        寶鋼股份在循環(huán)水系統(tǒng)化學(xué)清洗時,一直沿襲著傳統(tǒng)的開車清洗技術(shù)方案,即將脫脂、除銹和預(yù)膜分步實(shí)施,每個步驟完成后均需進(jìn)行水體置換至滿足下一道工序水質(zhì)要求,清洗周期長、置換水量大,同時清洗廢液COD 含量高達(dá)2 000 mg/L 以上。而根據(jù)湛江鋼鐵生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)的工藝流程,清洗預(yù)膜過程中產(chǎn)生的置換排水進(jìn)入全廠生產(chǎn)廢水管網(wǎng),最終匯至中央水處理廠集中處理,經(jīng)混凝沉淀、氣浮和過濾處理后回用為生產(chǎn)消防水。整個廢水處理環(huán)節(jié)只有在混凝沉淀過程中可去除少部分COD,處理過程無生化處理設(shè)施。采用傳統(tǒng)方案,經(jīng)處理后的出水難以滿足生產(chǎn)消防水中COD 含量低于50 mg/L 的回用要求,因此循環(huán)水系統(tǒng)開車清洗需采用相對環(huán)保的化學(xué)清洗技術(shù)。

        1 化學(xué)清洗技術(shù)及工藝

        1.1 傳統(tǒng)化學(xué)清洗技術(shù)和工藝

        傳統(tǒng)的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)開車化學(xué)清洗主要依照《冷卻水系統(tǒng)化學(xué)清洗、預(yù)膜處理技術(shù)規(guī)則》HG/T3778-2005 制定清洗方案,不同的功能的藥劑需要在各自不同的水質(zhì)體系中分別完成,其典型工藝流程見圖1。傳統(tǒng)的清洗工藝在現(xiàn)場應(yīng)用過程中,仍然存在著一些問題和不足。脫脂和除油一般使用堿性物質(zhì)(磷酸三鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉等),易與銹、垢反應(yīng),加速了污垢沉積和腐蝕,脫脂完成后必須進(jìn)行水體置換,否則易與后續(xù)的酸洗藥劑反應(yīng)產(chǎn)生有毒有害氣體,形成酸霧。酸洗采用鹽酸、硝酸、硫酸或檸檬酸,對設(shè)備本體腐蝕性大,過程中需采用胺類緩蝕劑緩解設(shè)備腐蝕,COD 和氨氮含量高,環(huán)保性差。預(yù)膜鈍化采用聚磷酸鹽進(jìn)行預(yù)膜或采用亞硝酸鹽,對水質(zhì)pH、濁度、總鐵要求均較高,酸洗后必須進(jìn)行水體置換,才能達(dá)到預(yù)膜、鈍化的水質(zhì)條件要求。因此,整個清洗過程中廢水排放量大,且所有廢液必須到廢水處理廠進(jìn)行集中處理,增加了廢水處理成本。

        圖1 傳統(tǒng)化學(xué)清洗技術(shù)工藝流程

        1.2 新型化學(xué)清洗技術(shù)和工藝

        本次開車化學(xué)清洗采用新技術(shù),主要在藥劑配方和清洗工藝上進(jìn)行了改進(jìn)。所有清洗藥劑均采用新配方,現(xiàn)場操作更為簡單,新技術(shù)將脫脂、酸洗、預(yù)膜鈍化融合在同一個水質(zhì)體系中完成,過程不需要進(jìn)行水體置換。工藝流程見圖2。

        圖2 新型化學(xué)清洗技術(shù)工藝流程

        該技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)為:

        1)工藝流程的簡化主要基于藥劑配方的改進(jìn),采用無磷烷基磺酸鹽進(jìn)行脫脂,在弱堿性條件下進(jìn)行,脫脂除油效果好,而且在酸性條件下,烷基磺酸鹽又是良好的緩蝕劑和浸潤劑,所以不需要進(jìn)行水體置換,可直接進(jìn)入除銹工序,將水體中殘有的脫脂劑作為緩蝕劑和浸潤劑。

        2)除銹采用有機(jī)羧酸聚合物為主要組分的復(fù)合化學(xué)清洗劑,清洗緩蝕劑采用碘鹽,不含氨氮、COD 低,除銹效果與常用無機(jī)酸相當(dāng),但對金屬本體侵蝕小。

        3)預(yù)膜采用無磷有機(jī)復(fù)合型預(yù)膜劑,可在高濁度、高鐵、較低pH 值(5~6.5)水質(zhì)條件下進(jìn)行,為了節(jié)水減排,預(yù)膜時也不需進(jìn)行水體置換。

        4)預(yù)膜結(jié)束后,進(jìn)行水體置換,使循環(huán)水達(dá)到正常運(yùn)行水質(zhì)要求,廢水排到廢水處理系統(tǒng)中只需簡單用堿(碳酸鈉或氫氧化鈉)調(diào)節(jié)pH到8~10,即可發(fā)生絮凝沉降反應(yīng),經(jīng)絮凝沉降后的廢水清液水質(zhì)可達(dá)到國家綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)。

        與傳統(tǒng)工藝相比,新技術(shù)優(yōu)勢明顯,節(jié)水減排60%以上,具有流程短、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

        2 現(xiàn)場應(yīng)用

        2.1 實(shí)施方案

        1)清洗前對水系統(tǒng)水質(zhì)pH、濁度、總鐵指標(biāo)進(jìn)行測定,要求濁度小于10 NTU,水質(zhì)達(dá)不到清洗條件時,落實(shí)系統(tǒng)水質(zhì)置換工作。

        2)系統(tǒng)水質(zhì)滿足清洗條件后,投加脫脂藥劑,脫脂過程約為2~3 h,期間記錄pH、電導(dǎo)率、濁度和總鐵水質(zhì)數(shù)據(jù)。

        3)投加緩蝕劑運(yùn)行0.5 h后,投加清洗劑。運(yùn)行2 h 后,安排腐蝕監(jiān)測掛片(根據(jù)系統(tǒng)換熱設(shè)備金屬材質(zhì)種類,確定掛片材質(zhì)包括碳鋼、不銹鋼、銅)、模擬銹蝕掛片(模擬新系統(tǒng)所具有代表性的浮銹掛片)。除銹處理期間,系統(tǒng)pH 控制在2.5~4.0,除銹過程約為16~18 h,期間跟蹤pH、電導(dǎo)率、濁度、總鐵水質(zhì)數(shù)據(jù)。

        4)若系統(tǒng)總鐵上升趨緩,除銹達(dá)到終點(diǎn),取出監(jiān)測掛片,分別進(jìn)行腐蝕率測定和除銹效果評價。

        5)當(dāng)系統(tǒng)pH 自然回升至4.0 以上,投加預(yù)膜劑以及分散劑,控制系統(tǒng)pH 在4.0~4.5 運(yùn)行0.5 h 后,在系統(tǒng)冷水池懸掛預(yù)膜監(jiān)測掛片,預(yù)膜處理時間4~5 h,以預(yù)膜監(jiān)測掛片表面出現(xiàn)了明顯的色暈為終點(diǎn),預(yù)膜期間跟蹤pH、電導(dǎo)率、濁度和總鐵水質(zhì)數(shù)據(jù)。

        6)預(yù)膜處理結(jié)束后,取出預(yù)膜評價掛片,采用硫酸銅顯色時間評價成膜質(zhì)量,要求顯色時間>7 s,安排系統(tǒng)置換。

        7)當(dāng)系統(tǒng)總鐵接近2 mg/l后,清洗置換結(jié)束,系統(tǒng)轉(zhuǎn)入日常的加藥運(yùn)行管理。

        水系統(tǒng)清洗過程水質(zhì)變化和過程控制情況具體如圖3所示。

        圖3 清洗過程水質(zhì)變化和過程控制

        2.2 清洗效果

        2.2.1 系統(tǒng)設(shè)備檢查評價

        為了客觀地評價清洗效果,通常選擇系統(tǒng)中2~3 個流速較低的用戶端管道作為清洗效果評價的監(jiān)測點(diǎn),同時需考慮拆檢的方便性。在開車清洗前和水質(zhì)達(dá)到除銹終點(diǎn)后,打開監(jiān)測點(diǎn)管道,以此作為清洗過程是否達(dá)到除銹終點(diǎn)的依據(jù)。

        2.2.2 腐蝕掛片監(jiān)測評價

        依據(jù)《冷卻水系統(tǒng)化學(xué)清洗、預(yù)膜處理技術(shù)規(guī)則》(HG/T 3778-2005)[3],清洗過程中監(jiān)測掛片(20#碳鋼)腐蝕速率≤3 g/(m2·h),不銹鋼、銅材試片的腐蝕速率≤0.5 g/(m2·h)。監(jiān)測掛片上應(yīng)有明顯的藍(lán)紫色色暈,膜對硫酸銅溶液滴液反應(yīng)色變時間差應(yīng)≥10 s。根據(jù)腐蝕監(jiān)測掛片的稱重?cái)?shù)據(jù),碳鋼、銅和不銹鋼試片的腐蝕速率均低于控制標(biāo)準(zhǔn)。同時,碳鋼預(yù)膜掛片表面成膜致密、均勻,呈現(xiàn)明顯的藍(lán)紫色光暈,經(jīng)硫酸銅溶液滴定后,顯色時間在20 s 以上。根據(jù)掛片的監(jiān)測結(jié)果表明,數(shù)據(jù)見表1,新型系統(tǒng)清洗技術(shù)的清洗效果均符合技術(shù)要求。

        表1 系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測掛片腐蝕速率

        3 評價及總結(jié)

        新型開車清洗技術(shù)與傳統(tǒng)清洗技術(shù)相比,優(yōu)勢明顯,在現(xiàn)場應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)、社會及環(huán)保效益。

        1)清洗周期短

        新型開車清洗技術(shù)采用脫脂、除銹和預(yù)膜一步到位,減少了中間環(huán)節(jié)的置換步驟,縮短了清洗周期。脫脂過程約為2~3 h,除銹過程約為16~18 h,預(yù)膜過程約為4~5 h,清洗周期約為22~26 h,而傳統(tǒng)的開車清洗周期約為168 h,在清洗周期上,新型清洗技術(shù)具有明顯的時間優(yōu)勢,由此也減少了大量的人力物力投入,降低了清洗成本。

        2)降低新水用量、廢水處理量

        在清洗之前,傳統(tǒng)清洗技術(shù)和新型清洗技術(shù)均要求系統(tǒng)濁度<10 NTU,但新型清洗技術(shù)在整個開車清洗過程中,只有預(yù)膜結(jié)束后才需要進(jìn)行系統(tǒng)置換。因此,新型清洗技術(shù)有效減少了用水量和排水量,減少了廢水處理量,在節(jié)水、環(huán)保方面效果顯著。

        3)清洗廢液COD含量低

        傳統(tǒng)的開車清洗技術(shù)的排放廢水COD 含量為2 000~3 000 mg/L,廢水處理成本約為40元/m3;而新型開車清洗技術(shù)清洗廢液COD 可保持在50 mg/L 以下,不需要經(jīng)過生化處理,清洗廢液排入生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)統(tǒng)一處理,經(jīng)過沉淀、氣浮和過濾處理后,出水水質(zhì)可達(dá)到生產(chǎn)消防水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),大幅度減少了廢水處理難度和成本,減輕了企業(yè)的環(huán)保壓力。

        4)清洗費(fèi)用

        新型開車清洗技術(shù)費(fèi)用主要包含脫脂劑、清洗劑和預(yù)膜劑等藥劑費(fèi)用和現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)費(fèi)用,藥劑投加量主要與系統(tǒng)保有水量相關(guān),按保有水量折算,新型開車清洗技術(shù)費(fèi)用約為45元/m3。

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