在线分析仪在太钢循环水中的应用
摘要：以太钢供水厂热连轧水处理工段中冷却循环水系统为例，论述太钢运用先进的水质在线监测仪器，对冷却循环水系统水质进行时时监控，为节水、节能、降耗、减少污染提供可靠的一手资料，带来了可喜的成效。
关键词：在线水质分析仪 节水减排 冷却循环水
一、太钢供水系统的情况介绍
太钢水资源的利用与再生都是由太钢供水厂来负责，近年来供水厂致力于走可持续发展和节约型企业的建设，狠抓节能降耗，加大管理力度，积极吸纳国内和国际上先进的节水新技术、新工艺和先进管理经验，对原有的给排水系统进行了大规模的改造；对新上马的生产项目，都坚持采用节水型生产工艺。“十五”期间，淘汰落后产能120万t，投资12亿元，建成冶炼废水处理、焦炉除尘等30项重点环保项目，工业水循环利用率超过96%，吨钢能耗下降了27.05%，吨钢新水消耗下降了65.97%。
供水厂主要有低温用水供水系统、生产循环供水系统及水处理系统。低温用水供水系统主要是供太钢厂区及附近部分居民生活低温用水、生产低温用水；生产循环供水系统主要是供太钢生产循环用水，生产循环供水系统又分净环供水系统、浊环供水系统、软水供水系统、冷冻水供水系统、大循环供水系统、除盐水供水系统；水处理系统又分污水处理系统、废酸中和处理系统、酚氰水处理系统。
在钢厂中最主要的废水来源是冷却水，大概占有70%左右的份额，所以对循环冷却水用量的有效控制可以得到很好的节水、节能和节省药剂用量的效果。目前太钢供水厂在新建热轧循环冷却水系统中安装了具有世界先进水平的水质在线分析仪器对冷却水质进行时时监测，同时实现对循环水用量、加药量的最优化控制。下面我们对在线水质监测仪器的实际应用进行详细的分析。
二、太钢新热轧循环冷却水系统控制
１．太钢热轧循环冷却水系统简介
太钢新热轧项目中的循环水部分主要包括间接冷却循环水系统（净环）、直接冷却循环水系统（浊环）和层流冷却循环水系统。
太钢热连轧厂的各种加热炉、各种热处理炉、润滑油系统冷却器、液压系统冷却器、空压机、主电机冷却器、通风空调以及各种仪表用水等均为间接冷却水用户。间接冷却水的水质不受污染，仅水温升高，一般只需要经冷却塔降温达到用水设备对水温的要求后，即可循环使用。但是由于在循环中仍然会受到尘泥和微生物的污染，所以间接冷却水通常也要采取过滤的手段进行处理。
精、粗轧机工作辊冷却、支撑辊冷却、精轧机立辊冷却、辊道冷却、冲氧化铁皮和粒化渣用水等工艺段的冷却水都是直接冷却水用户。因为直接冷却水与被冷却物质直接接触换热，所以需经沉淀、过滤等方式进行处理后才可用于回用或串级使用。
层流冷却水主要是为了控制带钢精轧过程中热量输出辊道上的温度，在冷却过程也与物料直接接触，但是其铁渣含量比较低，经过一步沉淀、过滤、冷却后即可回用。
2．循环冷却水进行监测的必要性
从上述分析可以看出，在热轧工艺中冷却水的用途广泛，而且对生产有重要的影响意义，因此保证冷却水系统的正常运行就显得尤为重要了。为了保证冷却水系统的正常运行，应该对其运行情况进行详细的监测，保证其循环管路不被腐蚀、无结垢，并且要保证回用水水质达到用户的要求。
循环冷却水系统经清洗、预膜处理，转入正常运行后，应按设计规定严格控制各项工艺指标和不断监测系统中换热设备的结垢、腐蚀情况，以便及时发现问题加以解决。采用磷系列配方的冷却水系统要控制以下项目：
(1)pH值
pH值磷系配方中，pH是一个极为重要的项目，必须严格按设计的指标加以控制，这有助于聚磷酸盐膜的生成和维持。pH值控制过高，容易结垢；pH值偏低，对膜有破坏作用，且使腐蚀倾向加。因此pH值的控制应稳定，波动范围要小。在系统中应设置pH自动记录和自动调节加酸装置，这样对提高处理效果有很大的作用。
(2)Ca2+
Ca2+聚磷酸盐螯合水中的Ca2+沉积在阴极表面形成一层保护膜起到缓蚀作用，故水中必须要有足够的Ca2+，但Ca2+过高，易于生成碳酸钙和磷酸钙的垢。Ca2+控制适当才能达到缓蚀和阻垢的效果。我们可以通过在线硬度分析仪来对碳酸钙的多少进行严格的监控，这样就可以保证水中Ca2+存在但是不会超标。
(3)浊度
浊度高是冷却水系统形成沉积的主要原因，因此要求浊度越低越好。发现浊度有较大的变化时，应及时查找原因采取措施，这是由于浊度的变化直接反映了冷却水水质的变化，菌藻繁殖和补充水的水质都会影响浊度。在线浊度分析，可以让管理者更加及时的发现冷却水水质的变化动向，尽快采取有效的措施。同时在线监测浊度还可以为帮助用户对浊度的长期变化趋势进行分析，了解水质的变化规律，根据这些经验对系统做进一步的优化控制。
(4)总磷
总磷是有机磷酸盐和无机磷酸盐的总和，对总磷酸盐在冷却水中的含量进行监测，可以了解水中磷系药剂投加量是否恰当，保证缓蚀和阻垢的效果，也可以保证药剂的投加量始终保持最佳状态的同时还能最大限度的减少药剂的投加，节约运行成本。在磷系配方中，总磷的控制量是非常重要的，它直接反映出系统对药剂的需求量，操作控制人员不必再盲目的投加药剂，使系统的运行更加科学更加可靠，不会因为经验值或者估计值的滞后造成的药剂太少而发生腐蚀，也不会因药剂太多造成结垢的同时还大量浪费了药剂。
(5)浓缩倍数
浓缩倍数对循环冷却水系统是非常重要的参数，提高循环冷却水的浓缩倍率，可以减低补充水的用量，从而节约水资源，还可以降低排污水量，从而减少对环境的污染和废水的处理量，同时提高浓缩倍率还可以节约水处理剂的消耗量。但过高的浓缩倍率也会使水的结垢倾向大，从而使结垢控制的难度大。因此，因地制宜根据实际情况控制合理的浓缩倍率对于整个循环水处理过程意义很大。一般的系统都把浓缩倍数控制的3~5之间，但是浓缩倍数的值很难监测出来，我们可以通过对电导率的监测来反映出浓缩倍数的大小，这样就可以非常方便的观测出其变化情况，把其控制在合理的范围内，并在发生变化时采取相应的措施。当浓缩倍数高于或者低于规定值时，应自动加大或减小排污量，使其稳定在规定的范围内。
另外，除了上述分析中提到的重要参数需要时时监测外，正确控制余氯对保证杀菌灭菌和保护木质塔也具有重要意义。如果通氯后，连续测不出余氯，则说明系统中出现异常情况，如有机物加、漏氨或有NO2-存在，因为这些物质都会与氯作用而消耗大量的氯。通过余氯测定，也可及时发现系统中的问题，便于及时采取措施。
3．太钢新热轧循环冷却水系统控制现状
目前新热轧循环冷却水系统中的直接冷却水、间接冷却水和层流冷却水这三个系统中分别安装了美国HACH公司的总磷、浊度、硬度和电导率在线分析仪，这些在线分析仪的共同工作，使操作人员能够更加全面的了解系统的运行情况，判断系统运行中出现的状况。
经过几个月的运行后，三个系统的各参数监测值已经基本上稳定，详细数据。（见表1略）
根据太钢循环冷却水系统药剂配方以及循环水功能需要，各个工艺点的总磷、硬度都有相应的变化，上表所列数据均在其系统要求范围之内，且仪器监测数据基本稳定。
4．太钢新热轧循环冷却水系统在线仪器的日常维护
美国HACH公司的在线总磷、硬度、浊度和电导率分析仪的日常维护工作很少，可大大降低现场操作人员的工作量，所有仪器均可以无人看管正常运行1个月左右，操作人员只需定期对仪器进行常规的维护即可。
（1）每个月对仪器进行目测检查，看其运行是否正常，数据是否稳定；
（2）每三个月更换总磷试剂，硬度分析仪因为可以调节测量时间间隔，所以试剂用量要看实际情况，在每个月的检查中都要留意试剂的剩余量；
（3）每六个月更换总磷仪器的各种软管等备件及标准液，其他仪器进行常规检测。
具体的维护工作步骤按照HACH公司提供的操作手册进行即可。
三、太钢新热轧循环冷却水使用在线仪器后的成效
太钢在旧热轧工艺段中因为安装了总磷等在线分析仪器后，药剂节省1t/月，而每吨药剂价格在1.2万元/t，所以一年仅仅在药剂方面就可以节省费用14.4万元/年。另外在有水质在线分析仪器的状况下，其新鲜水补充上面也有很大的节省。
在巨大的经济和社会效益面前，太钢节水、减排和安全生产方面都取得了巨大的成效，因此新热轧系统安装了更全面的水质分析仪器设备，预计新冷轧冷却循环水系统依然会采用在线水质分析仪，并配合现代化自动化控制系统，更加充分的发挥其功效。
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