工業(yè)循環(huán)冷卻水添加阻垢緩蝕劑的試驗(yàn)研究

潘麗娜

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

工業(yè)循環(huán)冷卻水添加阻垢緩蝕劑的試驗(yàn)研究

潘麗娜

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

電廠廣泛采用熱交換器(或水冷器)等設(shè)備間接冷卻水、汽、油、氣等各種介質(zhì)，針對(duì)電廠工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢及腐蝕嚴(yán)重現(xiàn)象，通過小型阻垢緩蝕劑添加試驗(yàn)確定最佳水處理方案，達(dá)到阻垢、緩蝕目的，保證冷卻水有良好的冷卻效果，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置正常、高效、長(zhǎng)周期運(yùn)行和節(jié)水、節(jié)能的目標(biāo)。

工業(yè)循環(huán)冷卻水；阻垢緩蝕劑；腐蝕速率

表1 添加不同量HEDP的工業(yè)循環(huán)冷卻水對(duì)銅和鋼的腐蝕性

0 引言

冷卻水是電力企業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的工藝條件，某公司廣泛采用熱交換器(或水冷器)等設(shè)備間接冷卻水、汽、油、氣等各種介質(zhì)，帶走生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的多余熱量，使工藝介質(zhì)得到冷卻，滿足生產(chǎn)工藝的要求；使發(fā)熱的和高溫環(huán)境下的部件、設(shè)備得到冷卻，滿足這些部件和設(shè)備對(duì)溫度的要求。在重復(fù)利用冷卻水時(shí)，由于水中溶解鹽類質(zhì)量濃度提高、工藝介質(zhì)對(duì)水質(zhì)污染等原因，造成循環(huán)冷卻水水質(zhì)惡化，使冷卻水系統(tǒng)加速發(fā)生腐蝕、結(jié)垢、黏泥、菌藻滋生等水質(zhì)故障。從某公司近幾年的機(jī)組大修化學(xué)監(jiān)督檢查情況來看，使用工業(yè)循環(huán)水作冷卻介質(zhì)的熱交換器結(jié)垢、腐蝕均較嚴(yán)重，已經(jīng)影響了生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行。為了防止發(fā)生這些故障，保證冷卻水有良好的冷卻效果，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置正常、高效、長(zhǎng)周期運(yùn)行和節(jié)水、節(jié)能的目標(biāo)，必須對(duì)冷卻水進(jìn)行處理。

在冷卻水處理技術(shù)中，最常用、最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法是添加化學(xué)藥劑，即投加水處理劑到冷卻水中，使之產(chǎn)生緩蝕、阻垢和殺生作用。目前工業(yè)應(yīng)用的水質(zhì)穩(wěn)定劑多為緩蝕阻垢劑，品種繁多，某公司通過大量的試驗(yàn)對(duì)循環(huán)冷卻水添加不同阻垢緩蝕劑、不同配方比，對(duì)腐蝕、結(jié)垢兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合測(cè)評(píng)，統(tǒng)一分析，最終確定水處理方案，指導(dǎo)藥劑添加。

1 小型試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)1

試驗(yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)添加一定量的羥基乙叉二膦酸(HEDP)阻垢劑的工業(yè)循環(huán)冷卻水對(duì)冷卻系統(tǒng)材質(zhì)銅和鋼的腐蝕性。

1.1.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)水樣：取自該公司三期冷卻水塔的工業(yè)循環(huán)冷卻水，向其中添加一定量的HEDP，未加任何緩蝕劑；試驗(yàn)溫度：(45±1) ℃；試片制備：將新的黃銅(H62)、碳鋼(20鋼)腐蝕指示片用無水乙醇脫脂并清洗干凈，用電吹風(fēng)吹干后在干燥器內(nèi)干燥2 h后稱其質(zhì)量，并測(cè)量其表面積(下同)。

1.1.2 試驗(yàn)方法

將添加不同量HEDP的試驗(yàn)水樣加入500 mL燒杯中，將腐蝕指示片懸掛其中，并將燒杯置于(45±1) ℃的恒溫水浴鍋中，靜態(tài)浸泡140.5 h。

取出試片，記錄試片的表面腐蝕狀況，然后擦拭、清洗、干燥后稱其質(zhì)量，計(jì)算均勻腐蝕速率，見表1。

1.1.3 試驗(yàn)結(jié)果

(1)該公司工業(yè)循環(huán)冷卻水是腐蝕性水質(zhì)，本身即具有一定程度的腐蝕性。

表2 添加不同量HEDP和阻垢緩蝕劑水樣對(duì)銅和鋼的腐蝕性

(2)銅試片在ρHEDP<8 mg/L的工業(yè)循環(huán)冷卻水中均勻腐蝕速率較低，但有一定程度的局部腐蝕即點(diǎn)蝕現(xiàn)象，點(diǎn)蝕程度隨ρHEDP的增加而逐漸加重。

(3)碳鋼試片局部腐蝕較輕微，但均勻腐蝕速率較高。

GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)冷卻水系統(tǒng)金屬耐蝕性做出如下規(guī)定：碳鋼管壁的腐蝕速率應(yīng)小于0.075 mm/a，銅及銅合金管壁的腐蝕速率應(yīng)小于0.005 mm/a[1]。從試驗(yàn)結(jié)果看，碳鋼試片在ρHEDP=0～10 mg/L的工業(yè)循環(huán)冷卻水中的腐蝕速率均不能滿足上述要求；銅試片在ρHEDP<8 mg/L的工業(yè)循環(huán)冷卻水中的腐蝕速率能滿足上述要求，但有局部腐蝕即點(diǎn)蝕現(xiàn)象：因此，必須添加同時(shí)具備阻垢和緩蝕效果的水處理劑才能減緩設(shè)備腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備檢修周期和使用壽命。

1.2 試驗(yàn)2

試驗(yàn)?zāi)康模汗I(yè)循環(huán)冷卻水添加HEDP存在一定程度的腐蝕，擬加入一定量的緩蝕劑減緩其腐蝕。向ρHEDP不同和緩蝕劑種類不同的溶液中放入銅、鋼指示片，觀察其對(duì)銅、鋼的腐蝕性，檢驗(yàn)LK-1，巰基苯駢噻唑(MBT)及烏洛托品3種緩蝕劑的緩蝕效果。

1.2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)水樣：取自三期冷卻水塔的工業(yè)循環(huán)冷卻水，其中加有一定量的HEDP、緩蝕劑或不加緩蝕劑；試驗(yàn)溫度：室溫，約25 ℃。

1.2.2 試驗(yàn)方法

將添加不同量HEDP的試驗(yàn)水樣加入500 mL燒杯中，將腐蝕指示片懸掛其中，在室溫(約25 ℃)下靜態(tài)浸泡136 h。試片取出之后的試驗(yàn)操作步驟同上，結(jié)果見表2。

1.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

(1)添加緩蝕劑后銅試片均勻腐蝕速率均較低，LK-1，MBT作緩蝕劑時(shí)腐蝕速率比未加緩蝕劑的三期冷卻水低一個(gè)數(shù)量級(jí)，烏洛托品作緩蝕劑時(shí)均勻腐蝕速率反而增大，且有點(diǎn)蝕現(xiàn)象，其余均無點(diǎn)蝕。

(2)在添加相同量緩蝕劑的情況下，隨著ρHEDP的增加，碳鋼試片緩蝕效果變好，MBT緩蝕劑的緩蝕效果最好，但點(diǎn)蝕較多，烏洛托品效果最差。

從試驗(yàn)結(jié)果看，常溫條件下，銅試片在潻加3種緩蝕劑及不添加緩蝕劑的循環(huán)水中均能滿足腐蝕速率<0.005 mm/a的要求，但烏洛托品緩蝕效果較差；碳鋼試片只在含MBT緩蝕劑的循環(huán)水中能滿足腐蝕速率<0.075 mm/a的要求，但有局部腐蝕即點(diǎn)蝕現(xiàn)象，烏洛托品緩蝕劑緩蝕效果最差。因此，單純使用某一種緩蝕劑，并不能滿足使用循環(huán)冷卻水的各種設(shè)備材質(zhì)的防腐要求。

1.3 試驗(yàn)3

工業(yè)循環(huán)冷卻水分別添加煙臺(tái)富水科技公司生產(chǎn)的JB-101，JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑，觀察其對(duì)銅、鋼的腐蝕性，檢驗(yàn)3種水處理劑的緩蝕效果。

1.3.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)水樣：取自二期冷卻水塔的工業(yè)循環(huán)冷卻水(不含HEDP)，其中加有一定量的JB-101，JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑；試驗(yàn)溫度：(45±1) ℃，水浴。

表3 工業(yè)循環(huán)冷卻水添加不同量、不同種類阻垢緩蝕劑對(duì)銅和鋼的腐蝕性

表4 工業(yè)循環(huán)冷卻水添加HEDP，JB-106阻垢緩蝕劑對(duì)銅和鋼的腐蝕性

1.3.2 試驗(yàn)方法

將添加不同量JB-101，JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑的試驗(yàn)水樣加入500 mL燒杯中，將腐蝕指示片懸掛其中，并將燒杯置于(45±1) ℃的恒溫水浴鍋中，靜態(tài)浸泡148 h。試片取出之后的試驗(yàn)操作步驟同上，結(jié)果見表3。

1.3.3 試驗(yàn)結(jié)果

(1)添加緩蝕劑后銅試片均勻腐蝕速率均較低，JB-102，JB-106的腐蝕速率低于JB-101。添加這3種水處理劑的點(diǎn)蝕現(xiàn)象均輕微，JB-106的點(diǎn)蝕現(xiàn)象最輕，JB-102次之。

(2)添加JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑的碳鋼試片均勻腐蝕較輕，但JB-102較JB-106局部腐蝕重，ρJB-102，ρJB-106較低的循環(huán)水中，碳鋼試片上均有結(jié)垢。

從試驗(yàn)結(jié)果看，45 ℃溫度下，銅試片在添加JB-101,JB-102,JB-106 3種阻垢緩蝕劑的工業(yè)循環(huán)冷卻水中均能滿足腐蝕速率<0.005 mm/a的要求，但JB-101緩蝕效果較差；碳鋼試片在添加JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑的循環(huán)水中能滿足腐蝕速率<0.075 mm/a的要求，但有局部腐蝕及結(jié)垢現(xiàn)象。

從3種阻垢緩蝕劑的緩蝕效果來看，JB-106緩蝕效果為佳。

1.4 試驗(yàn)4

工業(yè)循環(huán)冷卻水添加HEDP與JB-106阻垢緩蝕劑，觀察其對(duì)銅、鋼的腐蝕性，檢驗(yàn)這2種混合水處理劑的緩蝕效果。

1.4.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)水樣：取自二期冷卻水塔的工業(yè)循環(huán)冷卻水(未添加任何水處理劑)，向其中加入一定量的HEDP與JB-106阻垢緩蝕劑；試驗(yàn)溫度：(45±1) ℃，水浴。

1.4.2 試驗(yàn)方法

將添加不同量HEDP，JB-106的試驗(yàn)水樣加入500 mL燒杯中，將腐蝕指示片懸掛其中，并將燒杯置于(45±1) ℃的恒溫水浴鍋中，靜態(tài)浸泡160 h。試片取出之后的試驗(yàn)操作步驟同上，結(jié)果見表4。

續(xù)表

1.4.3 試驗(yàn)結(jié)果

(1)添加阻垢緩蝕劑JB-106與HEDP后，銅試片均勻腐蝕速率均較低，在ρJB-106=10 mg/L的循環(huán)水中的腐蝕速率整體低于ρJB-106=5，8 mg/L的循環(huán)水。

(2)在ρJB-106相同的條件下，碳鋼試片均勻腐蝕速率隨ρHEDP的增加而減小?？傮w看，ρJB-106=10 mg/L的循環(huán)水中，碳鋼試片均勻腐蝕速率相對(duì)略低。

(3)在ρJB-106相同的條件下，碳鋼試片上的結(jié)垢隨ρHEDP的增加而減少。但ρJB-106=10 mg/L的循環(huán)水中，碳鋼試片上結(jié)垢最少。

從試驗(yàn)結(jié)果看，45 ℃下，銅試片均能滿足腐蝕速率<0.005 mm/a要求。在ρJB-106=5 mg/L與ρHEDP=8 mg/L，ρJB-106=8 mg/L與ρHEDP=8 mg/L，ρJB-106=10 mg/L與ρHEDP=5 mg/L的循環(huán)水中，碳鋼試片能滿足腐蝕速率<0.075 mm/a要求，在ρJB-106=5 mg/L與ρHEDP=8 mg/L的循環(huán)水中有局部腐蝕現(xiàn)象。

1.5 試驗(yàn)結(jié)果

從銅、鋼試片的均勻腐蝕、局部腐蝕、結(jié)垢3方面看，在ρJB-106=10 mg/L與ρHEDP=5 mg/L的循環(huán)水中綜合效果最好。

2 實(shí)施效果

為了檢驗(yàn)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理的實(shí)際緩蝕、阻垢效果，在循環(huán)水出口處懸掛經(jīng)過處理的銅(H62)、碳鋼(20鋼)腐蝕指示片。

經(jīng)過9個(gè)月運(yùn)行試驗(yàn)，分期將懸掛在循環(huán)水出口處的腐蝕指示片取出，記錄試片的表面腐蝕狀況，然后擦拭、清洗、干燥后稱其質(zhì)量，計(jì)算均勻腐蝕速率，結(jié)果見表5。銅試片腐蝕速率均為0，滿足腐蝕速率<0.005 mm/a的要求；碳鋼試片腐蝕速率也均能滿足腐蝕速率<0.075 mm/a要求，水冷器進(jìn)出口溫差也由原來的3 ℃增至7 ℃，說明結(jié)垢減少。

表5 ρJB-106=10 mg/L，ρHEDP=5 mg/L的循環(huán)水中銅和鋼的腐蝕性

3 安全與經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)確保生產(chǎn)裝置高效、長(zhǎng)周期運(yùn)行，減少火力發(fā)電裝置的能耗。采用水處理技術(shù)，可以有效抑制水冷器腐蝕和結(jié)垢以及循環(huán)水中的菌藻繁殖、黏泥滋生，使水冷器水側(cè)可以高效運(yùn)行3年以上。

(2)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。冷卻水中溶解氧體積濃度的提高和水質(zhì)惡化，使冷卻水的腐蝕性增強(qiáng)，碳鋼的腐蝕速率可以高達(dá)2.3 mm/a，導(dǎo)致碳鋼水冷器設(shè)計(jì)使用8年的壽命縮短為4個(gè)月[2]。大修時(shí)發(fā)現(xiàn)所有的水冷器都存在堵塞和部分穿孔現(xiàn)象，污垢堵塞的占80%，冷卻水出進(jìn)口溫差由設(shè)計(jì)的7.7 ℃降到不足1.0 ℃；添加阻垢緩蝕劑后，水冷器進(jìn)出口溫差由原來的3 ℃增至7 ℃。

(3)節(jié)約水資源。將已有循環(huán)冷卻水的運(yùn)行濃縮倍數(shù)提高，可以進(jìn)一步減少水耗。

(4)減少污水排放。冷卻水在冷卻過程中，受冷卻介質(zhì)、熱量和周圍環(huán)境的影響，水質(zhì)變差成為工業(yè)污水，采用工業(yè)水處理技術(shù)，可以大幅度減少工業(yè)污水排放。

4 鞏固階段

(1)加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督。循環(huán)水中不同離子對(duì)水處理效果的影響不同，因此，應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)管理，使水中的各種離子都處于較理想的運(yùn)行狀態(tài)；每星期定期化驗(yàn)pH值、鈣硬、堿度、氯離子、電導(dǎo)率、總磷等，及時(shí)控制加藥量。

(2)控制相應(yīng)的水溫和流速。水溫越高、流速越低，結(jié)垢趨勢(shì)和水垢形成越嚴(yán)重，腐蝕趨勢(shì)增加。因而，在實(shí)際運(yùn)行中，要求循環(huán)水溫度不大于50 ℃，走管程的流速不小于0.5 m/s。

5 結(jié)束語(yǔ)

防止循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢，提高機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)性能是一個(gè)非常大的課題，今后我們將繼續(xù)努力，加強(qiáng)研究，防止熱力設(shè)備因腐蝕而損壞，為確保機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50050—2007[S].

[2]李本高.現(xiàn)代工業(yè)水處理技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2004.

(本文責(zé)編：劉芳)

2016-12-20；

2017-01-20

TM 621.8

B

1674-1951(2017)02-0031-04

潘麗娜(1975—)，女，山東威海人，工程師，從事大型火力發(fā)電廠化學(xué)監(jiān)督工作(E-mail:panrena@163.com)。