周俊敏，甄先鋒，孫樹(shù)立

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東青島 266409）

前言

海淡水是指通過(guò)雙膜法或者蒸餾法等，將海水中的鹽分去除而制取的除鹽水，具有低硬度、低堿度及高氯離子等特點(diǎn)。隨著雙膜法應(yīng)用的推廣，在缺水型的沿海城市里，越來(lái)越多的城市將海淡水做為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水進(jìn)行應(yīng)用。

青島特殊鋼鐵有限公司年產(chǎn)400萬(wàn)t粗鋼，廠區(qū)位于青島西海岸經(jīng)濟(jì)新區(qū)董家口臨港產(chǎn)業(yè)園，毗鄰黃海，周邊淡水資源匱乏，海水資源豐富。2017 年以后，公司逐漸采用海淡水做為煉鋼廠循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，以節(jié)約淡水資源。

1 海淡水性質(zhì)分析

現(xiàn)場(chǎng)自2017 年6 月開(kāi)始使用海淡水，2017 年6月～12月期間補(bǔ)充水的水質(zhì)數(shù)據(jù)情況,見(jiàn)表1。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)情況，用水質(zhì)模擬軟件對(duì)補(bǔ)水水質(zhì)特性進(jìn)行模擬計(jì)算，具體見(jiàn)圖1。

表1 海淡水水質(zhì)數(shù)據(jù)

圖1 補(bǔ)水穩(wěn)定指數(shù)（模擬）

由圖1可見(jiàn)，通過(guò)模擬計(jì)算顯示，海淡水的LSI、RSI以及PSI指數(shù)均顯示該水質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性。考慮到海淡水補(bǔ)入系統(tǒng)后有一個(gè)濃縮的過(guò)程，因此我們對(duì)不同濃縮倍數(shù)下的水質(zhì)特性進(jìn)行了模擬，具體見(jiàn)圖2。

圖2 不同濃縮倍數(shù)水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)（模擬）

由圖2可見(jiàn)，即使在濃縮3倍后，RSI及PSI指數(shù)也都顯示水質(zhì)具有腐蝕傾向。

通過(guò)模擬軟件對(duì)不同濃縮倍數(shù)下的水質(zhì)特性進(jìn)行模擬可得，海淡水從補(bǔ)入系統(tǒng)以及在濃縮的過(guò)程中，均呈現(xiàn)出不同程度的腐蝕性，因此在采用海淡水做為系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)，應(yīng)首先要考慮應(yīng)用過(guò)程中系統(tǒng)金屬管路及設(shè)備的防腐問(wèn)題。

2 腐蝕原因分析

2.1 pH值

pH 值對(duì)金屬腐蝕速度的影響往往取決于該金屬的氧化物在水中的溶解度對(duì)pH 值的依賴關(guān)系，由圖3 可見(jiàn)，當(dāng)軟水的pH 值到11.5 左右時(shí)，鐵的腐蝕速率仍高達(dá)0.125 mm/a，而我們凈環(huán)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的pH 值一般在7～9，由以上所述可見(jiàn)，在該pH范圍內(nèi)系統(tǒng)存在較嚴(yán)重腐蝕。

圖3 軟水pH值對(duì)鐵腐蝕速度的影響[1]

2.2 溶解氧腐蝕[2]

在敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，溶解氧是飽和的，由于碳鋼表面結(jié)構(gòu)不均勻，可產(chǎn)生自發(fā)的電化學(xué)反應(yīng)，具體如下：

陽(yáng)極：Fe-2e→Fe2+

陰極：O2+2H2O+4e→4OH-

溶解氧在陰極的反應(yīng)加速了電化學(xué)腐蝕，并使電化學(xué)反應(yīng)不斷的進(jìn)行下去，從而使碳鋼的腐蝕進(jìn)一步繼續(xù)。

2.3 氯離子腐蝕

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中由于氯離子的存在，腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生的金屬氯化物會(huì)進(jìn)一步發(fā)生水解反應(yīng)：

MCl2+2H2O→M(OH)2+2H++2Cl-

水解過(guò)程中產(chǎn)生的氫離子會(huì)進(jìn)一步加劇腐蝕，在氯離子濃度較高的系統(tǒng)中往往容易發(fā)生縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕等情況。

2.4 缺乏相關(guān)成膜因子

金屬材料化學(xué)防腐主要是通過(guò)化學(xué)藥劑的作用，在金屬基體表面產(chǎn)生沉淀膜、吸附膜或者氧化膜等保護(hù)膜防止腐蝕。敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)化學(xué)處理過(guò)程中主要投加的沉淀膜型緩蝕劑，由于海淡水中硬度較低，因此會(huì)對(duì)緩蝕劑的使用效果造成一定影響。

3 相關(guān)的應(yīng)對(duì)方案

3.1 投加pH調(diào)節(jié)劑

通過(guò)在冷水池投加pH 調(diào)節(jié)劑，一方面提高系統(tǒng)的pH 值，降低水中氫離子濃度，抑制金屬腐蝕過(guò)程中的氫離子去極化的陰極反應(yīng)；另一方面提高系統(tǒng)的碳酸鹽濃度，使得金屬基體表面可以生成碳酸鈣保護(hù)膜，從而達(dá)到緩蝕的效果。

3.2 投加鈣鹽

通過(guò)向系統(tǒng)中投加鈣鹽，一方面與水中的碳酸鹽在金屬基體表面形成碳酸鈣保護(hù)膜，防止腐蝕發(fā)生；另一方面與投加的緩蝕劑形成磷酸鹽沉淀膜，通過(guò)腐蝕電流沉積于陽(yáng)極，從而達(dá)到抑制腐蝕的效果。

3.3 緩蝕劑重新選型

由于海淡水具有低硬、低堿、高氯離子等特征，具有較強(qiáng)的腐蝕傾向，通過(guò)旋轉(zhuǎn)掛片模擬試驗(yàn)以及動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，重新選取了以有機(jī)膦酸鹽和鋅鹽為主劑的復(fù)合配方ECH-426，能較好地控制溶解氧腐蝕以及氯離子造成的點(diǎn)蝕。

4 進(jìn)一步改善措施

水處理方案經(jīng)調(diào)整并實(shí)施后，取得了較好的效果，監(jiān)測(cè)掛片的腐蝕情況控制較好，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)掛片突然變差的情況，經(jīng)分析有可能是因?yàn)椋海?）補(bǔ)水水質(zhì)出現(xiàn)波動(dòng)，而后端的化學(xué)處理調(diào)整滯后于水質(zhì)波動(dòng)；（2）pH調(diào)節(jié)劑和鈣鹽使用過(guò)程中先溶解，然后通過(guò)泵投加到冷水池。由于冷水池中沒(méi)有攪拌裝置，可能會(huì)存在藥劑混合不均勻的情況；（3）系統(tǒng)濃縮倍數(shù)較低，不利于穩(wěn)定藥劑濃度，抗補(bǔ)水波動(dòng)的沖擊也較弱。

根據(jù)以上情況，建議：（1）狠抓現(xiàn)場(chǎng)跑、冒、滴、漏管理工作，盡量提高系統(tǒng)濃縮倍數(shù)；（2）增設(shè)一個(gè)補(bǔ)水池，在補(bǔ)水池中將堿度、硬度及pH 調(diào)整到合適范圍內(nèi)，再向系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，從而穩(wěn)定補(bǔ)水水質(zhì)。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化，更好地穩(wěn)定現(xiàn)場(chǎng)的水處理設(shè)施運(yùn)行。