一种转炉净循环水系统在线清洗预膜方法

摘要

本发明公开了一种转炉净循环水系统在线清洗预膜方法，包括投加杀菌剂进行杀菌灭藻的杀菌处理步骤，投加黏泥剥离剂和清洗剂并用酸调节并维持pH值在6~7进行黏泥剥离的步骤，投加缓蚀剂和助洗剂并用酸调节并维持pH值在2~4进行化学清洗的步骤，以及投加CaCl2后用酸调节并维持pH值在5.5~6.5，然后再依次投加六偏磷酸钠和ZnSO4﹒7H2O进行预膜处理的步骤。本发明通过采用适当的杀菌剂、剥离剂、缓蚀剂和助洗剂、预膜剂，通过巧妙的排污补水工艺相衔接，使转炉净循环水系统在生产状态下在线完成清洗预膜，达到除垢率大于85%，碳钢平均腐蚀率小于6g/m2·h，铜平均腐蚀率小于0.126g/m2﹒h的效果。

说明书

技术领域

本发明属于转炉冶炼技术领域，具体涉及一种工艺简便、成本低、清洗效果显著、腐蚀性小、沉淀膜致密牢固的转炉净循环水系统在线清洗预膜方法。

背景技术

转炉循环冷却水系统在运行过程中，因①冷却水在系统中二氧化碳的逸出、盐类的溶度积效应、碳酸钙和磷酸钙的反温度效应、水的流速低等，形成碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、硅酸钙等硬垢；②金属由于腐蚀而形成的铁的氧化物或氢氧化物等；③补充水处理不好而带入的固体悬浮物（如泥沙、尘土、碎屑等）；④冷却塔洗涤时空气中的灰尘或细菌等进入冷却水系统，在一定条件下形成淤泥或污垢；⑤循环冷却水中的微生物繁殖而形成的粘泥；⑥物料的泄漏而沉积；⑦水处理药剂本身的不稳定性而引起的磷酸钙、氢氧化锌等沉积。等因素，造成冷却设备的金属表面常常沉积各种物质，如碳酸盐、磷酸盐等盐类的硬垢、金属腐蚀产物、生物粘泥以及菌藻等，硬垢、锈蚀和粘泥积聚影响换热效率，损耗传送动力，浪费了能源，引起金属的垢下腐蚀，影响生产的运行乃至安全，降低了冶炼生产效益。而菌藻的繁殖会助长生物粘泥的快速滋生，如果没有得到有效的抑制，将引起设备结构、腐蚀、堵塞。 

因此，循环冷却水系统清洗和预膜处理是水稳应用技术中很重要的环节,通过有效的杀菌、清洗和预膜处理能显著降低腐蚀、结垢和菌藻的产生,对防护金属表面,使循环冷却水系统获得良好的冷却效率和延长设备寿命具有不可忽视的作用。但是，传统循环冷却水系统的清洗预膜方法，需要转炉净循环水系统停产10天以上才能完成整个清洗预膜，但钢铁生产单位转炉系统的停产将会致使烧结、炼铁、炼钢、轧钢整个工艺线全停，而工艺线再开费用高昂。也有采用不停机清洗预膜的方法，但其往往存在金属腐蚀性强或清洗效果不明显、沉淀膜疏松、费用高、工艺时间长等弊端，难以满足转炉循环冷却水系统的清洗预膜要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简便、成本低、清洗效果显著、腐蚀性小、沉淀膜致密牢固的转炉净循环水系统在线清洗预膜方法。

本发明的目的是这样实现的，包括杀菌处理、黏泥剥离、化学清洗、预膜处理步骤，具体包括：

A、杀菌处理：将非氯类氧化型杀菌剂按70~90mg/L加入所述转炉净循环水中，随循环水循环运行4~6h；

B、黏泥剥离：向A步骤处理后的循环水中按200~300mg/L投加季胺盐类黏泥剥离剂及按80~120m /L投加季胺盐类黏泥剥离清洗剂，用无机酸或有机酸调节系统并维持pH值在6~7，运行至循环水浊度、铁离子、钙离子趋于平稳时剥离结束，随后排污补水置换至循环水浊度≤20mg/L时停止排、补水；

C、化学清洗：向B步骤处理后的循环水中按900~1100mg/L投加有机胺类缓蚀剂及按90~110mg/L投加助洗剂，循环均匀后用无机酸或有机酸调节并维持pH值在2~4，循环运行至监测循环水Ca²⁺、Fe²⁺和Fe³⁺含量趋于平稳时清洗结束；

D、预膜处理：将C步骤处理后的循环水排污补水置换至铁离子浓度小于1mg/L，然后向循环水中投加CaCl₂至钙离子浓度至40mg/L以上，用无机酸或有机酸调节系统并维持pH值在5.5~6.5，依次加入300~350mg/L的六偏磷酸钠和120~135mg/L的ZnSO₄·7H₂O，循环运行12~20h后结束预膜处理。

本发明先通过投加非氯类氧化型杀菌剂进行杀菌灭藻，杜绝了含氯杀菌剂中因氯离子具有的很强穿透力，容易导致管道腐蚀而造成穿孔，从而既增加维护费用，又影响生产效率乃至造成安全事故；而且采用氧化型杀菌剂既能降低处理费用，还不容易造成环境污染。采用季胺盐类黏泥剥离剂及清洗剂，具有杀菌效果突出、黏泥剥离彻底、使用成本低的特点，为化学清洗清除了障碍。采用具有投药量小、对不洁金属表面仍然有理想缓蚀效果的有机胺类缓蚀剂，能够有效保护化学清洗时酸对管道的腐蚀；通过助洗剂的去污和分散作用，结合无机酸或有机酸的酸洗，与管道水侧铁锈、油脂及硬垢发生化学反应，以络合态和分散态进入水中，将Fe₂O₃、Fe₃O₄及碳酸钙镁、硫酸钙镁和油脂等物质去除，从而使金属表面保持清洁，以利于预膜工序。采用具有加药量少、成膜速度快、费用低并且适合于碳钢系统的无机类预膜剂，并控制pH值处于5.5~6.5的最佳成膜期间，使预膜剂易与水中的两价金属离子(如Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺)形成络合物，从而发生电沉积过程而形成沉淀性保护膜，均匀地覆盖在金属表面，将循环水中具有腐蚀性的离子与金属表面隔开，并控制结垢的增长，避免垢下腐蚀和减少沉积物、微生物等附着于管道，减少系统运行过程中管道的腐蚀现象。本发明的杀菌处理、黏泥剥离、化学清洗和预膜处理步骤能够连续在线处理，不需要单独停机，不影响转炉的正常生产，能够避免全线停产带来的损失；而且本发明的清洗预膜处理时间短、成本低，除垢率大于85%，清洗效果显著；清洗预膜过程中对管道的碳钢平均腐蚀率小于6g/m²﹒h，铜平均腐蚀率小于0.126g/m²﹒h，腐蚀性小；最终形成的沉淀膜致密，附着牢固。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

其中：100-杀菌处理，200-黏泥剥离，300-化学清洗，400-预膜处理。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不得以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明包括杀菌处理、黏泥剥离、化学清洗、预膜处理步骤，具体包括：

A、杀菌处理：将非氯类氧化型杀菌剂按70~90mg/L加入所述转炉净循环水中，随循环水循环运行4~6h；

B、黏泥剥离：向A步骤处理后的循环水中按200~300mg/L投加季胺盐类黏泥剥离剂及按80~120m /L投加季胺盐类黏泥剥离清洗剂，用无机酸或有机酸调节系统并维持pH值在6~7，运行至循环水浊度、铁离子、钙离子趋于平稳时剥离结束，随后排污补水置换至循环水浊度≤20mg/L时停止排、补水；

C、化学清洗：向B步骤处理后的循环水中按900~1100mg/L投加有机胺类缓蚀剂及按90~110mg/L投加助洗剂，循环均匀后用无机酸或有机酸调节并维持pH值在2~4，循环运行至监测循环水Ca²⁺、Fe²⁺和Fe³⁺含量趋于平稳(在±5%之间波动可以认为平稳)时清洗结束；

D、预膜处理：将C步骤处理后的循环水排污补水置换至铁离子浓度小于1mg/L，然后向循环水中投加CaCl₂至钙离子浓度至40mg/L以上，用无机酸或有机酸调节系统并维持pH值在5.5~6.5，依次加入300~350mg/L的六偏磷酸钠和120~135mg/L的ZnSO₄·7H₂O，循环运行12~20h后结束预膜处理。

所述非氯类氧化型杀菌剂包括氯酚类和季铵盐类的非氧化性化合物。

所述季胺盐类黏泥剥离清洗剂包括季胺盐含量在90%以上并含有至少3%氯化物的混合物。

所述有机胺类缓蚀剂是指胺类为主要成分的混合型缓释剂。

所述趋于平稳是各指标在±5%之间波动则可以认为已趋于平稳。

所述无机酸包括盐酸、硫酸、硝酸、磷酸。

所述有机酸包括柠檬酸、氨基磺酸、甲酸、乙二胺四乙酸。

所述转炉净循环水系统在步骤A前停止排污和停止投加阻垢缓蚀剂，将循环水量调至最大并补水至系统正常运行最高水位。

所述步骤B运行中根据循环水的消耗进行补水，按所述比例添加黏泥剥离剂、黏泥剥离清洗剂并调节pH值。

所述步骤B中的助洗剂以渗透剂、润湿剂为主要成分。

所述步骤B中的季胺盐类黏泥剥离剂及季胺盐类黏泥剥离清洗剂采用冲击式投加到储水池的出口处。

所述步骤B中的循环水浊度、铁离子、钙离子连续1~5h趋于平稳时剥离结束。

所述步骤C中的循环水Ca²⁺、Fe²⁺和Fe³⁺连续1~5h趋于平稳时清洗结束。

所述步骤D结束预膜处理后，所述循环水通过排污补水直至水中总磷酸盐质量浓度小于10mg/L时，净循环水系统转入正常运行。

实施例1

武钢集团昆钢新区炼钢转炉净循环水系统循环水量：5000m³/L、保水量：4200m³、冷水温度：23~32℃、回水温度：33~ 42℃、补充水量：60~100m³/L，设备材质：碳钢、铜、不锈钢。下面将实施内容阐述如下：

1、杀菌处理

（1）首先停止排污，将循环水量调至最大（水池水位3.75m），补水至系统正常运行最高水位，并停止投加阻垢缓蚀剂。

（2）向系统投加非氯类的氧化型杀菌剂336kg（按80mg/L计算），运行5小时。

2、黏泥剥离

（1）以系统保有水量计，冲击性投加季胺盐类黏泥剥离剂1050kg/L（按250mg计算）及季胺盐类黏泥剥离清洗剂420kg（按100mg/L计算投加），并用硫酸调节pH为6~7，同时进行浊度、钙、铁含量的监测，此阶运行至循环水浊度不再增加，分析数据趋于平稳，停止剥离。黏泥剥离期间，因需要适当补水和补加药剂，浊度、钙、铁的含量会在一定范围内有所波动。系统浊度、钙、铁含量的部分监测数据见表1，从表1可以看出第50小时开始浊度、钙、铁的含量趋于稳定，认为黏泥剥离完成，再延时2小时作巩固后停止剥离。

表1

（2）在黏泥剥离期间，因系统存在泄漏及蒸发损失所以给予适当补水，同时根据补水量补加剥离剂，因系统泡沫量过多，通过投加消泡剂进行控制。黏泥剥离结束后，大量排污补水置换，至循环水浊度≤20mg/L，停止排、补水，转入下一步清洗工作。

3、化学清洗

化学清洗开始，首先停止排补水，投加有机胺类硝酸专用缓蚀剂4200kg（按1000mg/L计算），同时考虑到因系统漏油造成的污垢中含有较多油，向系统中投加以渗透剂（脂肪醇聚氧乙烯醚）、润湿剂（聚氧化乙烯烷化醚）为主要成分的助洗剂420kg/L（按100mg/L计算），目的是加快清洗速度，提高清洗效果，待药剂循环均匀后投加硝酸，控制pH在2~4，同时进行Ca²⁺、Fe²⁺和Fe³⁺含量的监测。

系统在第18小时后的浊度、钙、铁含量的监测数据见表2，从表2可以看出到第24小时时钙、铁的含量趋于稳定，认为化学清洗完成。再延时2小时作巩固后化学清洗结束。

表2

4、预膜

清洗结束后，接着进行不停车预膜，采用聚磷酸盐-锌盐预膜方案。具体的预膜步骤如下：

（1）通过排出化学清洗用水并补充新鲜水，使循环水中的铁质量浓度小于1mg/L，然后投加CaCl₂，使钙离子质量浓度保持在40mg/L以上。

（2）用硫酸调节冷却水的pH在5. 5~6. 5，依次加入320 mg/L的六偏磷酸钠和128mg/L的ZnSO₄·7H₂O，循环运行16h。

（3）换水直到水中总磷酸盐质量浓度降到小于10mg/L时转入正常运行。换水时控制水的pH为6.0~7.0。

以上清洗预膜工艺控制用时168小时。

5、炼钢转炉净循环水系统清洗预膜效果说明

根据现场情况制定的循环冷却水系统在线不停车清洗方案及预膜方案成功的解决了昆钢新区炼钢厂因循环冷却水系统结垢和生物黏泥造成的冷却效率下降和垢下腐蚀问题。通过过程监测，水体化验，现场冷却塔、热水池部位挂片及现场拆卸开机检查，发现系统黏泥剥离比较彻底，清洗效果理想，达到了预期的目的和效果，为保证循环水系统的正常运行打下了良好的基础。

现场挂片腐蚀监测结果为：碳钢平均腐蚀率1.03g/m²·h，铜平均腐蚀率为0.0245g/m²·h。预膜结束后检查悬挂于冷却水池的碳钢试片，表面有明显的成膜色晕，形成一层致密的沉淀膜。炼钢转炉净循环水系统在生产状态下清洗预膜效果比较理想达到了传统离线工艺的功能。