一種無磷緩蝕劑的應(yīng)用特點(diǎn)

徐 瑛，孫國風(fēng)，張凱瑞

(1.新余市生態(tài)環(huán)境局， 江西 新余 338000;2.上海洗霸科技股份有限公司， 上海 200080)

隨著環(huán)保要求的逐漸提高，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用的緩蝕阻垢藥劑對(duì)磷酸鹽的要求也越來越嚴(yán)，從以前對(duì)循環(huán)水總磷基本不限制，到循環(huán)水的總磷(以磷酸計(jì))必須小于1.5mg/L, 以達(dá)到國家的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，使循環(huán)水可以不經(jīng)過其他處理，可直接排放。因此無磷的緩蝕阻垢劑也逐漸開始使用。目前，無磷的緩蝕阻垢劑，在阻垢方面使用各種聚和物完全可以達(dá)到使用要求，但是在緩蝕方面，需要尋找緩蝕效果好，使用濃度較低的無磷緩蝕劑，這是開發(fā)無磷緩蝕阻垢劑的關(guān)鍵所在。

無磷緩蝕劑NPAA-21由廣東振科科技有限公司生產(chǎn)，其主要成分和分子結(jié)構(gòu)不詳，外觀為黃色透明液體，有效固體含量大于等于30%，產(chǎn)品密度1.15g/cm3，pH值(1%水溶液)為8-10之間，產(chǎn)品不含磷，100mg/L的該產(chǎn)品貢獻(xiàn)約20mg/L 的COD，該產(chǎn)品緩蝕性能好，適合應(yīng)用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。

1 試驗(yàn)方法

腐蝕試驗(yàn)方法：按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T18175-2014《水處理劑緩蝕性能的測(cè)定 旋轉(zhuǎn)掛片法》進(jìn)行，其中，試驗(yàn)用水為配制水，除特別標(biāo)明外，試驗(yàn)溫度為45±1.0℃，試片旋轉(zhuǎn)速度：75-80r/min，對(duì)應(yīng)試片的線速度為0.31～0.35m/s， 所用試片為Ⅰ型A3碳鋼試片，其試片表面積為28cm2,試驗(yàn)時(shí)間72h。

阻垢試驗(yàn)：按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T16632-2008《水處理劑阻垢性能的測(cè)定 碳酸鈣沉積法》，以含有一定量碳酸氫根和鈣離子的配制水和水處理劑制備成試液。在 80±1.0℃條件下，促使碳酸氫鈣加速分解為碳酸鈣沉淀。10 h后測(cè)定試液中的鈣離子濃度，鈣離子濃度愈大，則水處理劑的阻垢性能愈好。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 在低堿度和低硬度水中的緩蝕性能

水質(zhì)1：蒸餾水，其中的鈣離子和堿度均為零，水的電導(dǎo)率為5μs/cm。

水質(zhì)2：使用蒸餾水進(jìn)行配制，使水的鈣硬度為20mg/L，總堿度為20mg/L (均以碳酸鈣計(jì))，氯離子：100mg/L。使用的緩蝕劑：NPAA-21+2.0mg/L的Zn2+，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 NPAA-21在低堿度低硬度水中的緩蝕效果一覽表

從上述表1的結(jié)果可以看出，即使在堿度和硬度均為零的蒸餾水中，只要投加30mg/L以上的NPAA-21和適量的鋅離子，A3碳鋼試片的腐蝕率就只有0.064mm/a，達(dá)到了碳鋼試片腐蝕率小于0.075 mm/a的國家標(biāo)準(zhǔn)。即使水中有一定濃度的氯離子，NPAA-21也有很好的防腐效果，投加濃度在30 mg/L以上，其腐蝕率就可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 在低流速水中的緩蝕性能

常用的磷系藥劑其緩蝕效果受水流速的影響較大，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)時(shí)，如果轉(zhuǎn)速降低，緩蝕效果將大為降低。但是NPAA-21藥劑受水流速的影響相對(duì)較小。在旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)中，試片的轉(zhuǎn)速72r/min，旋轉(zhuǎn)掛片儀試片的旋轉(zhuǎn)直徑為8 cm，此時(shí)對(duì)應(yīng)的線速度為0.31m/s。下表2是使用上海自來水，加入NPAA-21∶50mg/L+2mg/L的鋅離子，在不同流速下A3碳鋼試片的腐蝕結(jié)果一欄表

表2 不同流速下碳鋼試片腐蝕一欄表

從試驗(yàn)結(jié)果看出，雖然循環(huán)水的流速降低，碳鋼試片的腐蝕率有所增加，但是總的說來，其腐蝕率降低受流速的影響相比磷系藥劑好許多。

在中海油海南某石化項(xiàng)目循環(huán)水處理中，大檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)循環(huán)水正常流速的碳鋼換熱器，受到了良好的保護(hù)，但是在一些流速較低，特別是水走殼層的碳鋼換熱器腐蝕較大。因此我們將原來的低磷配方改為以NPAA-21為主劑的無磷配方，使用后，打開原先腐蝕較嚴(yán)重的碳鋼換熱器，其腐蝕情況得到了較大的改善。

2.3 在高氯離子水中的緩蝕性能

中國石化山東某項(xiàng)目中，其循環(huán)水水質(zhì)情況大體如下：

表3 高氯離子水質(zhì)一欄表

從表3可以看出，其循環(huán)水的氯離子濃度極高，超過了1000mg/L, 同時(shí)，循環(huán)水的電導(dǎo)率也在6000μs/cm以上，這種水的腐蝕性強(qiáng)，原先使用另一公司的磷系藥劑，其腐蝕率常超過0.075mm/a的標(biāo)準(zhǔn)。為此，改用以NPAA-21為主劑的緩蝕阻垢劑，使用實(shí)驗(yàn)室配的模擬水進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：藥劑濃度越高，掛片上的銹跡越少，水的濁度也越小。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表4所示。

表4 不同藥劑濃度的緩蝕性能試驗(yàn)結(jié)果

該系列藥劑從2019年6月開始在現(xiàn)場(chǎng)使用，藥劑總投加濃度為120～150mg/L，循環(huán)水系統(tǒng)沒有明顯泄漏的情況下，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試片和試管的腐蝕率均小于0.075mm/a。因此，NPAA-21不僅適用于低堿度低硬度強(qiáng)腐蝕型水質(zhì)中，也可以應(yīng)用在高氯高電導(dǎo)的強(qiáng)腐蝕型水中。

3 藥劑的其他一些性能

3.1 藥劑有豐富的泡沫

NPAA-21藥劑具有豐富的泡沫，這樣在循環(huán)水系統(tǒng)中使用，受到一定的限制。必要時(shí)可以往循環(huán)水系統(tǒng)投加消泡劑，以抑制泡沫的生成。這樣，該藥劑不能用于有分子篩設(shè)備的空分循環(huán)水系統(tǒng)中，以防止分子篩受到泡沫影響而失效。

3.2 藥劑與常用的阻垢劑基本無協(xié)同作用

為了驗(yàn)證NPAA-21無磷緩蝕劑，與常用的阻垢劑復(fù)合使用，對(duì)阻垢劑的阻垢效果有無明顯提高，我們對(duì)常見的無磷阻垢劑PESA(聚環(huán)氧琥珀酸), PAA(聚丙烯酸), HPMA(水解聚馬來酸酐)，AA/AMPS(丙烯酸/磺酸鹽聚合物)，AA/HPA/AMPS(丙烯酸/丙烯酸羥丙脂/磺酸鹽聚合物)與NPAA-21一起時(shí)進(jìn)行了阻垢試驗(yàn)，試驗(yàn)中，阻垢劑的投加量為5mg/L， NPAA-21用量20mg/L，阻垢試驗(yàn)結(jié)果如表5所示：

表5 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果一欄表

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，NPAA-21與常用的阻垢劑復(fù)合使用，對(duì)阻垢效果的提高基本沒有作用。

3.3 藥劑在氧化殺菌劑作用下的分解性能

由于不知道NPAA-21具體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子式，因此無法對(duì)NPAA-21藥劑進(jìn)行有效的成分測(cè)試，只能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)，待碳鋼試片表面出現(xiàn)明顯的腐蝕后，認(rèn)為NPAA-21藥劑已經(jīng)分解失效。

試驗(yàn)藥劑為NPAA-21∶50mg/L+2mg/L的鋅離子，第一個(gè)燒杯中始終不加次氯酸鈉殺菌劑，第二個(gè)燒杯中，試驗(yàn)開始時(shí)投加了5mg/L的10%次氯酸鈉氧化性殺菌劑，然后每隔一天投加5mg/L的10%次氯酸鈉溶液，總共試驗(yàn)時(shí)間為8天，不加次氯酸鈉燒杯中的碳鋼試片，經(jīng)過8天試驗(yàn)后，試片表面除掛孔處外，其余表面光亮如新。但是，加了次氯酸鈉殺菌劑燒杯中的掛片，第6天試片表面開始有銹，到第7天碳鋼試片表面發(fā)生大面積的生銹，說明NPAA-21藥劑已經(jīng)分解失效。

由于循環(huán)水系統(tǒng)一般均需投加氯系的氧化性殺菌劑, NPAA-21藥劑在氧化性殺菌劑的作用下，會(huì)慢慢分解失效。這樣該藥劑用于高濃縮倍數(shù)的循環(huán)水系統(tǒng)中，加藥濃度不僅需要按照排污水量計(jì)算，還需要將NPAA-21藥劑在氧化性殺菌劑作用下分解的藥劑濃度補(bǔ)上，因此高濃縮倍數(shù)高停留時(shí)間下，投加NPAA-21的藥劑濃度不能完全按照濃縮倍數(shù)來計(jì)算，需要適當(dāng)加大。但是，一般控制循環(huán)水中的余氯濃度偏低，大多在0.1～0.3mg/L之間，因此正常使用也不會(huì)造成太大問題。

4 結(jié)論

NPAA-21藥劑具有很好的緩蝕效果，可以應(yīng)用于低堿度低硬度的腐蝕型水中，也可以應(yīng)用于高氯離子高電導(dǎo)率的苛刻水質(zhì)中，同時(shí)，該藥劑可以在低流速情況下使用。

但是，NPAA-21藥劑具有豐富的泡沫，不能用在有分子篩的空分裝置循環(huán)水系統(tǒng)中，該藥劑對(duì)常規(guī)的阻垢劑沒有協(xié)同作用。同時(shí)在氧化型殺菌劑作用下，會(huì)慢慢分解，因此在高濃縮倍數(shù)高停留時(shí)間的循環(huán)水系統(tǒng)使用時(shí)，需要將分解的NPAA-21藥劑也補(bǔ)充上，這些因素，也對(duì)NPAA-21藥劑的使用有一定限制。