熱電廠循環(huán)水系統(tǒng)緩蝕阻垢劑配方的篩選試驗研究*

彭一勝，柯偉良，莫才頌，李月明

(1.廣東能源茂名熱電廠有限公司，廣東 茂名 525000;2.廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000)

緩蝕阻垢劑是電廠循環(huán)水使用和處理過程中必需的一種化學(xué)藥劑，可使循環(huán)水達到一定的質(zhì)量要求。由于各企業(yè)所用循環(huán)水水質(zhì)不同，循環(huán)水系統(tǒng)運行情況也有較大差異。因此，各發(fā)電廠需根據(jù)自身實際情況，開發(fā)適用的緩蝕阻垢劑，以保證循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟高效運行。本文結(jié)合某電廠循環(huán)水系統(tǒng)實際情況，進行了緩蝕阻垢劑開發(fā)研究。

1 儀器與方法

1.1 試驗儀器

METTLER TOLEDO AB204-N電子天平(深圳市怡華新電子有限公司)；PHS-2C精密酸度計(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)；HYA型恒溫搖床(常州國宇儀器制造有限公司)；RCC-Ⅰ型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗儀(北京恒奧德儀器儀表有限公司)。

1.2 試驗材料

碳素鋼試片，為符合HG5-1526規(guī)定的標準Ⅰ型20號碳鋼試片，規(guī)格：50 mm×25 mm×2 mm(上?；茖嶒炂鞑挠邢薰?；銅試片,系HSn70-1A銅管，從管口沿縱向平均剖切成四塊，然后依弧狀切成的長方形試片，規(guī)格：38 mm×16 mm×1 mm(深圳市信義誠金屬材料有限公司)；水磨砂紙(東莞市中鴻研磨有限公司)；金相砂紙(深圳蔚儀金相試驗儀器有限公司);無水乙醇;稀鹽酸；H2SO4；NaOH。

根據(jù)經(jīng)驗，配制了3個系列5個配方的藥劑，見表1。

表1 試驗用藥劑

1.3 試驗方法

依次使用規(guī)格為220目、400目、600目的水磨砂紙，規(guī)格為100目、200目的金相砂紙進行打磨處理，直至試片表面光亮，無點蝕坑為止。再用軟刷清除表面的機械雜質(zhì)，然后用易揮發(fā)且不留殘物的無水乙醇洗凈試片。用游標卡尺精確測量其尺寸，干凈濾紙包裹，放入干燥器中干燥 24 h 后取出備用。

掛片完畢，取出試片，先用自來水沖去試片表面的腐蝕產(chǎn)物，然后使用軟橡皮擦除附著的腐蝕產(chǎn)物，最后用加有緩蝕劑的稀鹽酸溶液清洗表面。經(jīng)過處理后的試片使用無水乙醇清洗表面，干燥恒重。

根據(jù)試片掛片前后質(zhì)量的變化和掛片時間，按式(1)計算試片的腐蝕速度：

(1)

式中：UCorr為腐蝕速度，mm/a；W0為掛片前試片的質(zhì)量，g；W為掛片后試片的質(zhì)量，g；A為試片的表面積，cm2；ρ為試片材料的密度，g/cm3，碳鋼為 7.86 g/cm3；t為掛片時間，h。

1.4 試驗用水

試驗用水有兩種：一是從某熱電廠取回的實際循環(huán)水，以下簡稱實際水；二是參照該電廠2015—2016年循環(huán)冷卻水水質(zhì)配制成的模擬循環(huán)冷卻水，以下簡稱模擬水。

模擬水是根據(jù)實際水的幾項主要水質(zhì)指標配制而成的(總硬度、鈣硬度、堿度和氯離子)。配制水采用的是分析純的無水CaCl2、MgSO4-7H2O和NaHCO3試劑。模擬循環(huán)水的水質(zhì)為：鈣硬度為50～55 mg/L，總硬度為80～85 mg/L，堿度為 40 mg/L(均以 CaCO3計)，氯離子為 33.5 mg/L。在配方篩選試驗過程中，模擬循環(huán)水在加入藥劑后，用H2SO4和NaOH將pH調(diào)節(jié)到8.0。

實際循環(huán)水于2019年1月19日取自電廠的冷卻塔水池，主要水質(zhì)指標為：鈣硬度為 98.23 mg/L，總硬度為 113.52 mg/L，堿度為 40.15 mg/L(均以CaCO3計)，氯離子為 71 mg/L。試驗前將其pH調(diào)節(jié)為8.0。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 配方初步篩選結(jié)果

動態(tài)掛片試驗數(shù)據(jù)見表2。表2中Dn表示總加藥量，D表示對應(yīng)的EA、M、S、SA和HB藥劑的加藥量。

表2 初選方案動態(tài)掛片試驗結(jié)果

表2數(shù)據(jù)表明：

1)磷系配方EA即使加藥量提高到 40 mg/L，試片的腐蝕速度仍高達 0.2248 mm/a，因此不符合要求。

2)硅系配方S在不加入鉬酸鹽時，腐蝕速度約為規(guī)定值的3倍；隨著鉬酸鹽的加入，緩蝕效果有所提高，但即使加入了 10 mg/L 的鉬酸鹽，腐蝕速度仍然高達 0.1454 mm/a；若欲再增加鉬酸鹽，降低腐蝕速度，則成本太高。含有鋅鹽的另一硅系配方SA，因加入了 4 mg/L 的鋅鹽，腐蝕速度可以降低到 0.1161 mm/a，說明通過加入鋅鹽或少量其它緩蝕藥劑、亦或調(diào)整配方中各組分的比例，SA可望滿足碳鋼防腐要求。

3)鉬系配方M在鉬酸鹽用量為 8 mg/L 時，不能起到預(yù)定防腐作用，當鉬酸鹽用量提高到 24 mg/L 后，緩蝕效果則有質(zhì)的飛躍，腐蝕速度只有 0.0006 mm/a，說明鉬酸鹽在此強腐蝕性循環(huán)水中，能夠起到很好的保護作用。另外，一種鉬系配方HB，在不加入鉬酸鹽和鋅鹽的情況下，也不能達到防腐要求，而加入了鉬酸鹽和鋅鹽，并提高了膦羧酸含量后，性能有明顯的改善，所以HB經(jīng)過調(diào)整，也可望滿足碳鋼防腐要求。

2.2 配方調(diào)整結(jié)果

經(jīng)過初步篩選，決定對SA和HB組分進行調(diào)整，以改善防腐性能。

1)SA的調(diào)整效果

調(diào)整SA后的動態(tài)掛片結(jié)果見表3。

表3 SA在模擬水中的動態(tài)掛片試驗結(jié)果

比較表3中的編號227與255、212與239的數(shù)據(jù)，可以計算出：當硅酸鹽的含量由 40 mg/L 提高到 60 mg/L 時，腐蝕速度降低了65.92%和78.70%，平均值為72.32%；比較編號227與212、255與239、231與224的數(shù)據(jù)，可以計算出：加入了 4 mg/L 鋅鹽，腐蝕速度分別降低了43.21%、64.52%和49.34%，平均值為52.36%；比較編號227與231、212與224、224與225的數(shù)據(jù)，可以計算出：當膦羧酸含量提高 10 mg/L 時，腐蝕速度分別降低了68.50%、71.90%和89.55%，平均值為76.65%。

因此，提高SA配方中硅酸鹽、膦羧酸的比例，或者是添加鋅鹽，都能改善緩蝕效果。其中，膦羧酸最為顯著，其次硅酸鹽和鋅鹽。但是從成本的角度考慮，以 4 mg/L 的鋅鹽最為經(jīng)濟。所以，實際應(yīng)用時可以同時提高瞵羧酸和鋅鹽比例，改善防腐性能。

雖然通過提高膦羧酸和鋅鹽的比例可以使SA的腐蝕速度降低到 0.125 mm/a 以下。但是從掛片后試片的表面狀況來看，還是避免不了點蝕的發(fā)生。由于點蝕的危害較大，所以，SA不是首先配方。

2)HB的調(diào)整效果

調(diào)整HB后的動態(tài)掛片試驗結(jié)果見表4。

表4 HB配方在模擬水中的動態(tài)掛片試驗結(jié)果

比較編號204、205和202號試片，可知：當鉬酸鹽含量由0增加到5、10 mg/L 時，則腐蝕速度從 0.2818 mm/a 降低到0.1744、0.0687 mm/a，分別降低了38.11%和75.62%；當不加鉬酸鹽時(見203號片)，即使膦羧酸和鋅鹽含量分別達到 20 mg/L 和 4 mg/L，但腐蝕速度仍然高達 0.2641 mm/a。這說明鉬酸鹽在HB中是必不可少的。

比較編號211與257、232與259數(shù)據(jù)可知：加入 4 mg/L 鋅鹽，腐蝕速度分別降低了54.55%和97.76%；比較257、202和259號試片，當有 10 mg/L 的鉬酸鹽和 4 mg/L 的鋅鹽存在時，如果不用膦羧酸(見257號片)，則腐蝕速度為 0.1791 mm/a，若使用 10 mg/L(見202號片)或 20 mg/L(見259號片)的膦羧酸，則腐蝕速度可下降到 0.0687 mm/a 或 0.0022 mm/a，下降幅度分別高達61.64%和96.80%。

另外，從試片腐蝕后的表面狀況觀察，在HB配方試驗中，試片均只發(fā)生了均勻腐蝕，而沒有點蝕。尤其在總加藥量Dn=62.67 mg/L 的條件下(其中：HB為 28.67 mg/L、鉬酸鹽為 10 mg/L、膦羧酸為 20 mg/L、鋅鹽為 4 mg/L)，試片表面狀況最好，表現(xiàn)為試片表面光亮，腐蝕速度僅為 0.0022 mm/a。因此，選用HB作為配方的基礎(chǔ)。

3)動態(tài)模擬實驗

配方中選用了鉬酸鹽、有機膦羧酸、二元共聚物、無機磷酸鹽、BTA作為阻垢分散劑，輔以鋅鹽作為緩蝕劑的藥劑。在室內(nèi)緩蝕實驗基礎(chǔ)上，選取02(100×10-6)進行動態(tài)模擬實驗。

經(jīng)過系列實驗表明，所選取的藥劑體系滿足某電廠循環(huán)水水質(zhì)要求，所選藥劑緩蝕阻垢性能優(yōu)良。最后，在現(xiàn)場對使用藥劑按配方進行了優(yōu)化，運行一個月后檢測，各項水質(zhì)指標均在控制范圍內(nèi)，循環(huán)水監(jiān)測運行情況良好，試管和掛片的腐蝕速率均處于較低水平。

3 結(jié)語

通過對循環(huán)水系統(tǒng)藥劑配方初選、在模擬水中的動態(tài)掛片試驗條件下得到了最優(yōu)配方。該藥劑配方中單劑的有效區(qū)間廣，現(xiàn)場復(fù)配藥劑的調(diào)整靈活性大、適應(yīng)性強，是一類經(jīng)濟實用型，環(huán)保友好型的新型環(huán)保配方產(chǎn)品。