在线水质分析仪在太钢循环水工艺中的应用 分析仪技术指标

1、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120万吨，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、加药量的比较优化控制。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。

2、太钢新热轧循环冷却水系统控制

2.1 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。

2.2 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 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，且使腐蚀倾向增加。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+ 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较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增大，从而使结垢控制的难度增大。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，如有机物增加、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。

2.3 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。图4至图6是哈希在线仪器在现场的安装及运行状况。

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，详细数据见下表。

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。

2.4 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。

3、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1吨/月，而每吨药剂价格在1.2万元/吨，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。

氮氧化物是大气污染的主要污染物之一，对人体健康有严重危害。因此近年来氮氧化物的监测与治理等研究工作受到社会各界的密切关注。氮氧化物分析仪是基于化学发光法检测技术检测氮氧化物的含量，反应室是整个系统中的核心部件，而臭氧的浓度及纯度等参数也同样对仪器的长期工作性能有重要影响。

 

原理

化学发光法检测技术是基于NO能与O3能发生化学发光反应，且发光光强与NO的浓度成正比，而NO2是通过（钼）转换室转换为NO再进行检测。反应室是NO与O3发生化学发光反应的场所，它的形状和内部结构会影响PMT接收到的光子数，经过电路部分处理后将影响仪器的灵敏度。所以说反应室是整个系统中的核心部件。而臭氧的浓度及纯度等参数也同样对仪器的长期工作性能有重要影响。

故障判断处理

1、压力过高及流量过低报警：泵，漏气

NO的跨度超下警，经过到现场检查发现，仪器有压力过高及流量过低报警，从仪器原理和管路出发，压力和流量都是在同一管路上，当出现抽力不足时流量小压力大，或仪器内部管路有漏气可能。两种情况，用排除方法，先用堵头将采样入口堵住，观察仪器流量是否接近零，如果接近零，说明管路不漏气，如果流量变化不大，说明管路有漏气，先检查管路。在不漏气情况下，检查采样泵，泵抽力不够主要有泵膜脏了、泵膜破了、泵轴承坏了。

泵膜脏情况：泵膜脏，泵膜上面有污垢，上下振动不紧密，抽力不够，用酒精清洗泵膜干燥后安装回去，报警排除。

泵膜坏情况：在拆开泵后，发现泵膜已经出现断裂，更换新泵膜后装回去，流量和压力都正常了。

2、流量过低报警

例行任务检查零点和跨度变化不大，到现场检查发现有流量报警。流量报警是因为通过流量传感器的气流少，未达到设定的流量值面报警，检查流量为何少了。从仪器管路出发，分两部分排除，部分是采样总管到仪器采样入口处，第二部分为仪器内部，这两部分可能有堵塞了，先检查部分，管路无堵塞，过滤器膜也比较干净，不是外部环境堵塞，检查第二部分，气体沿反应室管路走，检查毛细管时，发现毛细管内部黑黑的，正常为玻璃透明的，应该是有灰尘进入毛细管造成堵塞，用酒精浸泡5min后清洗安装回去，流量正常。

3、COOLER温度99℃报警

现场巡检时COOLER温度报警，从理论出发，COOLER是使光电倍增管处于低温环境减少干扰的散热器，温度过高会影响PMT工作。温度高了，有可能是COOLER故障了，或散热不良。先从可以简单处理的入手，先清洗COOLER后面的风扇滤网，使得散热更加好，这时报警排除。

4、COOLER温度－99℃报警

巡检发现COOLER温度－99℃报警，风扇滤网很干净，用手去摸COOLER的散热片，发现很凉，说 明COOLER没有工作，没有工作可能是因为没有通上电，关机。把连接COOLER接线头拔出，检查线头及线，完好，再将线接回去时，开机显示99℃报警，这个是COOLER温度过高的报警，说明COOLER的传感器经接入，待开机后40min，COOLER工作正常，报警排除，从这可看出，有可能是线头接触不良造成供电不正常，造成报警。

5、无臭氧输出

无臭氧输出，常见的故障：臭氧发生器故障，臭氧发生器高压故障，测量量程故障。跨度检查发现仪器无反应，从原理出发，标气仪器数据基本无变化，可能是臭氧部分出现了问题，无臭氧与NO反应就不能产生光，光电倍增管采集不到光就不能计算转换成NO浓度。产生臭氧的装置是臭氧发生器，查看供电，供电板臭氧供电灯亮，供电正常，将臭氧发生器拆下，发现臭氧发生器放电电极处有严重的生锈现象，正常为光亮的，从管路上去查找，空气经过干燥瓶后来到臭氧流量开关再进入臭氧发生器的，出现生锈很有可能进入大量水气，这时发现干燥瓶里的变色硅胶已经全部变红，失去了干燥功能，水气直接进入臭氧发生器，在高压放电情况下臭氧发生器损坏了。经过更换臭氧发生器后，仪器正常。从这说明了平时的维护硅胶没有及时更换就容易造成仪器的故障。

6、钼炉无法加热

钼转化效率低，发现钼炉温度低报警，钼炉加热灯常亮。加热灯常灯，说明加热控制器正在输出电压，用万用表测量加热丝两端电压，有电压输出，正常，但加不上热，确定就是钼炉内加热器故障。