浅析电石炉循环水质对冷却设备危害

中盐吉兰泰盐化集团公司60万吨电石生产装置配套循环冷却水系统设备材质为碳钢、紫铜、不锈钢，系统设计总循环水量6000m3/小时，系统补水为处理后黄河水和中水。

笔者在电石炉生产多年运行发现，循环冷却水中有大量泥砂，与锈蚀物、有机物（藻类、细菌等）、水垢等造成循环水质变差。水垢造成电石炉变压器冷却系统、短网系统、电极导电系统、护屏、水冷套、炉盖等部件水道堵塞而烧损。造成设备断水烧损停车，严重影响电石炉的正常生产，降低冷却设备结垢成为亟待解决的问题。

1.电石循环水管理存在的问题与原因

循环冷却水系统的连续运行，水的浓缩而导致水中各种离子浓度增大，相应的腐蚀、结垢等问题亦随之发生，在中盐吉兰泰电石炉循环冷却水系统生产中主要存在以下问题：

1.1 开放式循环水系统泥沙、灰尘进入较多，导致循环水浊度高、泥沙淤积

GB 50050-2007《中华人民共和国国家标准工业循环冷却水处理设计规范》规定，工业循环水的浊度小于20NTU,而中盐吉兰泰电石循环水系统浊度长期高于40mg/L。浊度过高会造成设备堵塞、微生物滋生、结垢、腐蚀、排污量增大等一系列问题。水中悬浮固体(如灰尘、泥沙、腐蚀产物、微生物残骸等)于流速慢或温度高地方慢慢沉积而形成污垢。

乌斯太地区风沙大、空气中粉尘含量较高，大量泥沙尘埃带入循环水中（为开放的冷却系统）。冷却塔设施水泥块的腐蚀剥落进入系统。

1.2 电石炉循环水系统腐蚀产物的剥落进入系统影响循环水浊度

2012年6月起循环水系统开始使用软水与中水，由于软水、中水水量供给依然需要添加大量一次水，如果不添加缓蚀阻垢剂，还会造成系统设备腐蚀，系统锈蚀物剥落后大量进入循环水影响水质。

2013年电石循环水添加水量统计 单位：吨

1.3 循环水系统内细菌和藻类大量迅速繁殖影响循环水浊度

温度上升，尤其在夏天，循环水中藻类和细菌大量滋生，细菌和藻类分泌出的黏液与颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐类、碎屑、腐蚀产物、油污、菌藻的尸体等黏附在一起，形成污垢。

2.电石循环水质危害

2.1 设备内部结垢，会降低换热效率，严重时还会堵塞管路，带来安全隐患

在电石炉炉盖及电石炉铜件冷却系统的清洗过程中发现系统结垢较为严重。炉盖所产生的热量不能及时被循环水带走，造成炉盖断水烧损。铜件冷却水系统中结垢也较为严重，常发生堵塞及漏水现象，造成非计划停车事故，进而影响生产。概括说结垢会降低冷却器换热效率、缩短设备寿命、装置开车率降低。

循环水中溶存固体物因温度变化等因素，在系统中沉淀或结晶形成，称之为水垢。补水中溶解性离子如（Ca＋＋、Mg＋＋等）进入冷却水系统，经蒸发浓缩后，水中离子浓度增加，pH值和温度等因素变化，致使离子过饱和而生成水垢，如CaCO3、CaSO4、MgCO3、MgSiO3等水垢，影响结垢的主要因素是冷却水pH、Ca、总碱度、水温、流速。

其种类与成因如下：

2.1.1碳酸钙（CaCO3）

碳酸钙溶解度低，很容易在热交换器表面上形成碳酸钙沉淀。

Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+H2O+CO2↑

2.1.2硫酸钙（CaSO4）

硫酸钙的溶解度比碳酸钙约高出100倍，但是一旦硫酸钙垢沉积物形成，不容易将其清除。

2.1.3氧化铁

腐蚀的产物或水中含有的溶铁在系统中氧化而形成氢氧化铁或氧化铁絮体，进而形成各种铁的难溶氧化物或者其他难溶化合物。

Fe2+＋2OH－→Fe(OH)2

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O→4Fe(OH)3

2Fe(OH)3→Fe2O3＋3H2O

2.1.4氧化硅

水中硅能与镁、钙形成不溶性的硅酸盐沉积物。

Mg2++SiO2+H2O→MgSiO3↓+2H＋

Ca2++SiO2+H2O→CaSiO3↓+2H＋

2.2 冷却设备腐蚀漏水，引发安全事故

腐蚀 由于和周围介质相作用，使材料（通常是金属）遭受破坏或使材料性能恶化，腐蚀是一种化学或电化学过程，水中金属腐蚀类型有均匀腐蚀、电偶腐蚀、微生物腐蚀、垢下腐蚀等。

2.2.1均匀腐蚀

均匀腐蚀的特征是化学反应发生在整个暴露表面或相当大的面积上，腐蚀以均匀速度进行，金属越来越薄，引起均匀腐蚀的主要原因是溶解氧的阴极去极化作用。

Fe→Fe2+＋2e－（阳极反应）

O2＋2H2O＋4e－→4OH－（阴极反应）

在水中，阴极、阳极的产物结合生成氢氧化亚铁沉淀：

Fe2＋＋2OH－→ Fe(OH)2

氢氧化亚铁进一步氧化为二次产物氢氧化铁：

4 Fe(OH)2＋O2＋2H2O→4Fe(OH)3

2.2.2电偶腐蚀

铜材质和碳钢材质两种不同的金属浸在导电性水溶液中存在电位差，电位差会驱使电子在他们之间流动，形成原电池。电位较低的金属在接触（导电）后腐蚀速度通常会显著增加，而电位较高的金属在接触后腐蚀速度将下降。

阳极（Fe）：Fe→Fe2＋＋2e－

阴极（Cu）：Cu2＋＋2e－→Cu

2.2.3垢下腐蚀

由于各种原因在金属表面形成的粘泥的沉积，会产生垢下腐蚀，某些微生物的新陈代谢作用（如硫酸盐细菌等）也会影响电化学腐蚀过程，促进腐蚀加速。

电石循环水系统补充水为高硬度、高碱度水质且水中存在一定的腐蚀性离子，随着系统水温、pH值的上升以及浓缩倍数的提高，结垢趋势将日趋严重，腐蚀在一定程度上将受到阻垢效果的影响，对系统产生垢下腐蚀。

2.3 微生物危害

循环冷却水系统中微生物的种类和数量相当多，主要类型包括好氧异养菌、硫酸盐还原菌、铁细菌、藻类、真菌、原生动物等，微生物产生有机酸对金属的腐蚀。除腐蚀设备外、消耗冷却水处药剂，使有机磷转换成正磷酸根；产生大量粘泥（大量细菌分泌出的黏液像粘合剂一样，能使颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、菌藻的尸体等黏附在一起），形成黏糊的沉积物黏附在换热器的传热表面上，降低换热器的冷却效率。

3 电石循环水水质管理措施

为杜绝循环水冷却系统结垢发生电石炉冷却设备的堵塞及漏水影响生产，使用水处理药剂严格控制结垢、兼顾缓蚀、控制菌藻的滋生。

3.1 合理添加水处理药品（阻垢缓蚀剂）对垢、腐蚀、酸碱度的控制

根据目前一次水、软水、中水添加的情况，设计添加适合电石厂冷却设备系统的缓蚀剂、阻垢剂，通过添加药品减缓设备腐蚀速度和水垢的产生。

3.2 菌藻的控制

考虑到细菌藻类的抗药性，采用氧化性与非氧化性杀菌灭藻剂配合使用的处理方法，同时根据系统情况决定使用粘泥剥离剂和微生物分散剂。

3.3 浊度控制

定期（目前每周1次）人工清理循环水冷却水池池底泥沙，同时大量排除池底污水。

定期对藻类和细菌进行药物杀灭，夏季15天添加一次，温度低时30天添加一次。

4 结束语

电石循环水质结垢、腐蚀、微生物粘泥危害严重，造成冷却器换热效率低，可通过选择药剂控制结垢、缓蚀、菌藻的滋生，减小设备腐蚀与结垢。

电石循环水浊度高是泥沙、系统腐蚀产物、细菌和藻类繁殖进入系统后造成的，可采取水池池底定期清砂、杀藻等措施降低循环水浊度。