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冷轧、酸洗的循环冷却水越用越浓,换热器一年结一层硬垢,是水太硬还是没排污?浓缩倍数和排污量怎么算,GB/T 50050 说清
昨天 21:35   浏览:2   作者:管道

酸洗线那边的酸液温度老是顶上不去,冷轧机的油温、辊温也压不住,爬到冷却塔上一看,填料缝里塞着一层黑泥。这三件事看着互不相干,往往出在同一套循环冷却水上。结垢、腐蚀、菌藻黏泥这三个毛病,背后是同一个动作:水在系统里一圈一圈转,蒸发掉的是纯水,留下来的钙镁、氯离子、营养盐全在攒。攒到某一档浓度,垢就长出来,金属开始点蚀,菌藻也有了饭。要不要治、治哪儿,得先把水现在的状态量出来,而不是先加药。


第一步不是加药,是把系统类型分清


GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》把循环水系统分成间冷开式、间冷闭式、直冷开式三类,三类对应三张水质表,不能混着用。冷轧、酸洗车间绝大多数是间冷开式,水不碰钢材也不碰酸,只隔着换热面把热量带走,靠冷却塔散热;酸洗线的层流水、除鳞喷淋,水是直接浇在钢材上的,算直冷开式。


分类分错的代价不小。同样是氯离子,间冷开式系统里水走管程的碳钢、不锈钢换热设备,许用值是不大于1000 mg/L;水走壳程的不锈钢换热设备,且传热面水侧壁温不高于70℃、冷却水出水温度低于45℃时,许用值收紧到700 mg/L。而在直冷系统里,轧钢层流水只有300 mg/L,轧钢、除鳞给水及连铸二次冷却水是500 mg/L。同一个指标差出三倍多,拿错表去定加药方案,钱白花,问题也解决不了。


换热设备那几条控制条件,比水质指标更硬


标准第3.1.5条给间冷开式系统的换热设备定了六条控制条件:循环冷却水管程流速大于1.0 m/s,壳程流速大于0.3 m/s;设备传热面冷却水侧壁温不宜高于70℃,被换热介质温度高于115℃时宜先采取热量回收措施再使用循环水冷却;设备传热面水侧污垢热阻值不应大于3.44×10⁻⁴ m²·K/W;传热面水侧黏附速率不应大于15 mg/(cm²·月),炼油行业放宽到20;碳钢设备传热面水侧腐蚀速率小于0.075 mm/a,铜合金和不锈钢小于0.005 mm/a。闭式系统另有要求,第3.1.6条规定污垢热阻值小于0.86×10⁻⁴ m²·K/W。


这几条里有两条经常被漏掉。流速低于1 m/s,悬浮物就沉,沉下来就是垢的底子。很多厂换热器堵得最厉害的,往往是流量被阀门关小、长期低负荷运行的那一路。壁温高于70℃,碳酸钙溶解度往下掉,结垢倾向明显抬头,这也解释了为什么给高温酸液降温的那台换热器最容易堵。还有一点要提醒:0.075 mm/a是失重换算出来的平均值,挂片称重合格,表面却排着一圈蚀坑,局部穿孔才是让换热器报废的真正原因。所以看挂片要连形貌一起看。


表3.1.7那些数,酸洗车间最先顶破的是铁和油


间冷开式系统的水质指标在表3.1.7。浊度按生产工艺要求确定,一般不大于20.0 NTU,换热设备为板式、翅片管式、螺旋板式时不大于10.0 NTU;pH值(25℃)6.8~9.5;钙硬度加全碱度(以CaCO₃计)不大于1100 mg/L,传热面水侧壁温大于70℃时钙硬度要小于200 mg/L;总铁不大于2.0 mg/L;Cu²⁺不大于0.1 mg/L;Cl⁻按走管程、走壳程分1000和700两档;SO₄²⁻与Cl⁻之和(Cl⁻以mg/L计)不大于2500;硅酸(以SiO₂计)不大于175 mg/L;Mg²⁺×SiO₂(Mg²⁺以CaCO₃计)不大于50000(pH≤8.5时控制);游离氯在循环回水总管处保持0.1~1.0 mg/L;NH₃-N不大于10.0 mg/L,铜合金设备不大于1.0 mg/L;石油类非炼油企业不大于5.0 mg/L、炼油企业不大于10.0 mg/L;COD不大于150 mg/L。


这张表里,酸洗和冷轧车间最容易顶破的是总铁、石油类和COD。酸雾冷凝液、跑冒滴漏带进来的铁,乳化液和轧制油渗到水侧,几样东西一起把浊度、铁和COD往上拱,这跟补水本身硬不硬关系不大。所以查循环水不能只测硬度,这几项要看的是趋势,不是单次数值。


总开关是浓缩倍数,公式和水量一起算


把三类毛病串起来的是浓缩倍数。第3.1.11条:间冷开式系统的设计浓缩倍数不宜小于5.0,且不应小于3.0;直冷开式系统的设计浓缩倍数不应小于3.0。算法是 N = Qm/(Qb+Qw),Qm是补充水量(m³/h),Qb是排污水量(m³/h),Qw是风吹损失水量(m³/h)。


现场惯用的水量关系是:蒸发损失约等于循环水量乘进回水温差再乘0.0016(温差按℃计)。拿一套循环水量2000 m³/h、进回水温差8℃的系统试算,蒸发损失约25.6 m³/h;若设计浓缩倍数取4,排污加风吹合计约8.5 m³/h,补水约34 m³/h。这套账说明一件事:想让水"干净"而多补新水,方向是反的。补水越多,浓缩倍数越低,水和药剂一起白流;把浓缩倍数往上提,结垢和腐蚀的压力又跟着涨,水处理方案的调整基本就在这个矛盾里找位置。


第3.1.10条还留了一条兜底:钙硬度与全碱度之和大于1100 mg/L(以CaCO₃计),或者稳定指数RSI小于3.3时,应加硫酸或进行软化处理。RSI是把实际pH、钙硬度、碱度、温度和含盐量放在一起算出来的结垢倾向指数,比单看硬度靠谱,因为软水在高浓缩倍数下一样能结垢。


菌藻这条线看不见,但它决定药剂能不能起作用


第3.1.12条规定,间冷开式系统的异养菌总数不宜大于1×10⁵ CFU/mL,生物黏泥量不宜大于3 mL/m³。第6.3节给的思路是以氧化型杀生剂为主、非氧化型杀生剂为辅,氧化型药剂连续投加时,加药设备能力还要满足冲击投加的药量。


很多人以为黏泥的坏处就是堵,其实更麻烦的是它挡在金属和药剂之间。缓蚀剂、阻垢剂到不了管壁,加多少都是浪费;黏泥底下还形成缺氧的局部环境,垢下腐蚀就是从这儿起来的。标准条文说明里给的运行经验值是铁细菌不宜大于100个/mL、硫酸盐还原菌控制在50个/mL以内,这两个数不是强制条文,但可以直接拿来当厂内控制线。冷却塔填料、集水盘和流速慢的死角支路是重灾区,翻开看有没有发黑发臭的黏泥,比等细菌培养出结果快得多。


排掉的那部分水,磷是个绕不开的坎


循环水的排污水和酸洗废液不是一回事,走的是钢铁行业的排放口径。按GB 13456-2012《钢铁工业水污染物排放标准》表2,冷轧、轧钢直接排放时CODcr冷轧列50、轧钢列70 mg/L,石油类3 mg/L,总磷0.5 mg/L,氨氮5 mg/L;接入管网后续处理则放宽到COD 200 mg/L、石油类10 mg/L。


这里要专门提总磷。常用的缓蚀阻垢剂里,有机膦类(如ATMP、HEDP)是很常见的配方,磷跟着排污水一起走,0.5 mg/L这条线很窄。不少厂改用低磷或无磷配方,不全是为了环保口号,更多是被自家排水口的在线数据逼出来的。选药剂的时候,把磷、铜离子、锌离子这几项和供应商一次问清楚,后面能省很多解释。排放限值的完整口径另有专文,这里只说循环水这一路水。


六步排查顺序,顺下来比乱加药有用


把上面几件事串起来,现场排查可以按这个顺序走。


第一,看浓缩倍数和排污记录。水位表、排污阀开度、补水表三个数对不上,先从这里查,总开关失控,加再多药都是给过饱和的系统续命。


第二,看补水水质。地表水要有不少于一年的逐月全分析资料,地下水按季,再生水按逐月并且要带上水源组成和处理工艺。设计取平均值,校核用最不利水质。


第三,核流速和壁温。重点看那些长期低负荷、流量被关小的支路。


第四,把阻垢、缓蚀、杀菌三条线摆在一起看,只投一条,另外两条会反过来找麻烦。


第五,查旁流过滤和清洗预膜有没有做到位。新系统或检修后应当先清洗再预膜,让保护膜长好再投运。


第六,做闭环。挂片测腐蚀,监测换热器测结垢,培养计数测微生物,数据出来再动药剂配方。


这几项化验和药剂评价都有对应的现行方法标准,写进厂内作业文件时直接引编号就行。水质测定方面,pH值按GB/T 6904-2008,浊度按GB/T 15893.1-2014,钙、镁离子按GB/T 15452-2009,总碱及酚酞碱度按GB/T 15451-2006,氯离子按GB/T 15453-2018,总铁按GB/T 14427-2017,铜按GB/T 13689-2007,COD按GB/T 15456-2019,异养菌总数按GB/T 14643.1-2009。药剂性能评价走两条:缓蚀性能按GB/T 18175-2014(旋转挂片法),阻垢性能按GB/T 16632-2019(碳酸钙沉积法)。这里提一句版本,GB/T 6904的2026版已经发布,2027年2月1日起代替2008版,在那之前引2008版就行。


还有两条是设计阶段就定死的,后期很难翻盘。第3.2.1条要求开式系统的设计停留时间不超过药剂的允许停留时间,停留时间等于系统水容积除以排污加风吹水量;第3.2.2条要求间冷开式系统的水容积宜小于循环冷却水量的1/3。水容积一大、停留时间一长,药剂在系统里泡久了会水解失效,这时候再调加药量,都是在打补丁。


常见问题(FAQ)


问:循环水越用越浑,多补点新水冲一冲行不行?

答:方向错了。蒸发掉的是纯水,盐和杂质留在系统里,补水量越大、浓缩倍数越低,水和药剂一起白流。按GB/T 50050-2017第3.1.11条,间冷开式系统的设计浓缩倍数不宜小于5.0,且不应小于3.0。想把浓度压下来靠的是排污,不是猛补水。


问:浓缩倍数怎么测、怎么定?

答:用同一种物质在循环水和补充水里的浓度比来算,常用电导率或氯离子,标准算法见第3.1.11条的 N = Qm/(Qb+Qw)。定值要结合补充水水质、换热器材质、壁温和药剂配方一起看,取高了结垢腐蚀压力大,取低了费水费药。


问:换热器结垢跟流速真有关系吗?

答:有。第3.1.5条要求管程流速大于1.0 m/s、壳程流速大于0.3 m/s,流速不够悬浮物就沉积,沉积物是垢的底子。同一条还要求传热面水侧壁温不宜高于70℃,壁温越高碳酸钙越容易析出,所以给高温介质降温的换热器最容易堵。


问:氯离子限值到底是1000还是700?

答:看水怎么走。间冷开式系统里,水走管程的碳钢、不锈钢换热设备许用值是不大于1000 mg/L;水走壳程的不锈钢换热设备,且传热面水侧壁温不高于70℃、冷却水出水温度低于45℃时是不大于700 mg/L。直冷系统更严,轧钢层流水只有300 mg/L。


问:加了缓蚀阻垢剂,还需要杀菌吗?

答:需要。第3.1.12条规定异养菌总数不宜大于1×10⁵ CFU/mL、生物黏泥量不宜大于3 mL/m³,第6.3节要求以氧化型杀生剂为主、非氧化型为辅。黏泥挡在金属和药剂之间,会让缓蚀剂到不了管壁,底下还会起垢下腐蚀。


问:循环水排出去的水按什么判?

答:按钢铁行业的排放口径。GB 13456-2012表2中,冷轧、轧钢直接排放CODcr冷轧列50、轧钢列70 mg/L,石油类3 mg/L,总磷0.5 mg/L,氨氮5 mg/L;纳管后续处理可放宽到COD 200 mg/L、石油类10 mg/L。用含磷药剂时,总磷这一项最容易超。



数据来源:来自公开网络


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