作者：王 震 王晓楠 张 欣 李跃辉 李冈亿 ( 鞍钢化学科技有限公司，鞍山 114000)

摘 要: 鞍钢化学科技有限公司 4 套焦炉荒煤气回收净化装置使用的低温循环水系统，由于其水温低且属闭路循 环，因此在设计时未考虑任何水处理措施，但在实际生产中发现，使用低温循环水的初冷器、粗苯换热器及制冷机组 中换热管束发生了严重的结垢腐蚀现象，已经影响设备换热效率及使用寿命，并给安全生产带来隐患。通过采取全 面水质检测诊断、化学药剂处理改善以及日常监控管理，有效改善了制冷低温水水质，延长了相关换热设备使用寿 命，消除了安全生产隐患，换热效率稳定。

关键词: 低温循环水; 水质改善; 换热效率; 设备寿命

鞍钢化学科技有限公司现有 4 套焦炉荒煤气回 收净化装置，总处理能力约 40 万 m3 /h。其鼓冷、脱 硫、粗苯等工序所使用的 16 ℃低温循环水，由 10 台 总制冷量为 5． 28 万 kW 的蒸汽型溴化锂制冷机组 产生，总循环量近 6 600 t /h，经过初冷器、板式换热 器等换热设备与煤气等高温介质换热后水温升到 23 ℃，再回到制冷机降温到 16 ℃ 循环使用。制冷 机组低温循环水系统运行原理见图 1。由于低温循 环水系统温度低且属闭路循环，因此在设计时未考 虑任何水处理措施。但在实际生产中发现，使用低 温循环水的初冷器、粗苯换热器及制冷机蒸发器换 热管束发生严重结垢腐蚀现象，已经影响换热效率 及设备寿命，并带来严重的安全生产隐患，因此改善 低温循环水系统水质势在必行。

1 低温循环水水质检测及问题诊断

1． 1 观察换热器管束 通过对问题较严重的三回收初冷器低温段开盖 检查发现，换热管束内壁有大量的红褐色瘤状物附 着。对红褐色瘤状物进行了取样检测，从检测结果来看，红褐色瘤状物中铁含量占 57． 66% ，高达一半 以上，经过 550 ℃ 灼烧失重判断，有机物含量将近 10% ，初步判断红褐色瘤状物为铁细菌大量繁殖产 生的锈瘤以及菌藻滋生残留物质，瘤状物检测成分 具体数据见表 1。 1． 2 挂试片检测 水质改善前，通过对在三回收低温循环水系统 中悬挂 1 个月的碳钢挂试片肉眼观察，其表面也存 在红褐色瘤状物附着。剥开瘤状物，挂试片表面有 点状腐蚀凹坑，通过化验室检测，试片腐蚀速率及结 垢速率分别达到 0． 262 8 mm /a 和 18． 719 4 mcm，超 出控制标准 2． 1 倍和 1． 25 倍，水质改善前挂试片检 测指标具体数据见表 2。 1． 3 水样检测 水质改善前，低温循环水水样中检测出的铜离 子、铁离子浓度分别达到 0． 503 ppm 和 7． 2 ppm，超 过控制标准 5 倍和 7 倍以上，水样中异养菌浓度已 达到控制标准上限( 5 × 105 个/mL) ，特别是水样中 铁细菌浓 度 已 达 到 约 200 个/mL，超 出 控 制 标 准 2 倍。这说明制冷机组内铜管束与初冷器内碳钢管 束发生了严重腐蚀，并且异养菌滋生严重。水质改 善前低温循环水水样检测具体数据见表 3。 从上述检测结果、瘤状物以及挂试片腐蚀形态 来看，低温循环水系统虽然为密闭式循环水系统，浓 缩缓慢，但浓缩趋势依然存在。大量的铁离子、铜离 子等随时间不断浓缩积累。在这样的水质环境下， 造成异养菌尤其是铁细菌大量滋生繁殖。由于长期 未采取任何水质控制措施，久而久之导致换热器管 束及管道内，因铁细菌的大量滋生繁殖，产生锈瘤附 着。不但堵塞换热器及管道，降低换热效率，同时锈 瘤覆盖了钢铁表面，形成氧浓差腐蚀电池，造成不同 程度的点腐蚀，最终将造成换热器内管束穿孔泄漏。 如果换热器内管束腐蚀、结垢、堵塞等问题得不到有 效解决，有可能导致整个炼焦荒煤气净化装置停产， 进而造成焦炉荒煤气放散等一系列重大安全生产事 故。

2 低温循环水系统水质改善

2． 1 清洗预膜阶段 由于一、三回收的低温循环水系统已运行多年， 锈瘤及菌藻滋生物等已长期附着在换热器内管束和 循环水管道中，且已发生不同程度的垢下点腐蚀，因 此必须采用比较温和的清洗预膜方式，对附着的锈 瘤及菌藻滋生物进行清洗剥离，并在管束表面形成 有效缓蚀膜，避免清洗预膜后出现次生漏点。 选用主要成分为 HEDP 和 BPTC 的清洗预膜药 剂，该药剂对换热器管壁上的沉积氧化物有良好的 溶解作用，并能够有效减缓碳酸钙、磷酸钙等硬垢形 成，对高浊度、高铁的循环水系统有良好的分散性 能。采用一次性高浓度投加方式，迅速使循环水系 统中药剂浓度( 以总磷计) 达到 20 ppm。水中 pH 控制在 5 ± 0． 5，呈现弱酸性，对换热器内管束及循 环水管道中附着的锈瘤及菌藻滋生物等，进行逐渐 的清洗分解剥离，与此同时药剂中附配的硫酸锌在 金属表面快速形成缓蚀膜，抑制阴极反应。清洗预 膜期间，对总磷、pH 值及铁离子浓度指标进行定时 的人工监测，及时补充药剂量，维持水中药剂浓度及pH 值。根据铁离子浓度监测结果，三回收低温循环 水系统铁离子浓度最终稳定在 30 ppm，一回收低温 循环水系统铁离子浓度最终稳定在 25 ppm 后，药剂 浓度继续维持 3 h，即达到清洗预膜终点，后经系统 补水排污置换，各系统铁离子浓度指标降至 1 ppm 以下，清洗预膜阶段结束。

2． 2 日常缓蚀阻垢及微生物控制阶段

2． 2． 1 日常缓蚀阻垢控制 采用集缓蚀阻垢作用于一体的水处理方案化学 品，用于日常碳钢管束表面缓蚀膜补充，并减缓钙、 镁离子硬垢形成。按 28 ppm 浓度( 按补水量计算) 冲击投加至低温循环水系统吸水池中，采用每天人 工化学检验的方式对药剂浓度进行监测，控制循环 水系统中药剂浓度( 以总磷计) 维持在 2 ～ 5 ppm( 按 保有水量计算) 。药剂浓度一旦低于下限，及时对 系统进行药剂补充，pH 控制在 7． 5 ～ 8． 7。 由于制冷机组中换热管束为铜材质，采用投加 铜缓蚀剂的方式对铜管束进行缓蚀保护，按 5 ppm 浓度( 以保有水量计算) 冲击投加至低温循环水系 统吸水池。

2． 2． 2 日常微生物控制 低温循环水系统蒸发量及排污量极低，循环水 在系统中停留时间非常长，各种有害离子及菌藻的 养分聚集较多，加之回水温度维持在 23 ℃ 左右，这 一环境及温度特别适合菌藻繁殖生长，如不加以控 制，就会产生严重的生物污垢。当出现污垢沉积时， 不但影响换热器换热效率，同时产生严重的垢下腐 蚀，这时缓蚀阻垢剂及一般杀菌剂便无法充分发挥 有效作用。 采用定期冲击投加块状强氯精杀菌剂方式，来 控制日常系统中菌藻的繁殖生长，防止生物污垢形 成及沉积。强氯精是一种广谱、高效、低毒的氧化性 杀菌剂，含三氯异氰尿酸 90% 以上，几乎对所有的 真菌、细菌、病毒芽胞有杀灭作用，其块状产品还具 有一定的缓释性能，能够长期稳定地有效杀菌。日 常按 15 ppm 浓度( 以保有水量计算) 冲击投加到低 温循环水系统吸水池，每周投加 1 次。

3 低温循环水系统日常水质监控 ( 1) 按周期对低温循环水系统进行水质取样检 测，每周对铁离子浓度检测不少于 1 次，每月对异养 菌浓度检测不少于 1 次。 ( 2) 采用在系统中悬挂挂试片的监测方式，对 水处理效果进行日常监控及效果评价。每月对悬挂 于系统中的铜及碳钢材质的挂试片腐蚀率及结垢率 进行化学检验，每块挂试片悬挂于循环水系统中的 时间不少于 1 个月。

4 低温循环水系统水质改善效果 采取水质改善措施后，从 2019 年夏季制冷机组 低温循环水系统运行时开始( 每年 4 ～ 10 月运行) 在 一回收、三回收低温循环水系统连续实施应用，经过 7 个月的实施，低温循环水系统水质得到明显改善。 通过各系统挂试片及水质检测，其各月腐蚀速率及 结垢速率均达到控制标准要求，异养菌及铁细菌浓 度得到有效控制，水质改善后低温循环水系统水质 检测具体数据见表 4。 5 结语 实施 1 年后，制冷机组换热管束结垢堵塞现象 明显改观，管束化学清洗周期由 2 年延长至 3 年以 上，年节约维修费用 8 台 × 10 万元/台/2 = 40 万元。 实施水质改善措施后，可延长初冷器换热管束使用 寿命，有效提高换热效率。按更换 1 台新初冷器需 600 万元计算，年减少设备维修费用 600 万元/10 = 60 万元。水质改善后，有效避免了初冷器及相关换 热器因水质原因造成的结垢堵塞及腐蚀泄漏问题， 避免了产品损失，潜在经济效益巨大。