用于冷卻水系統(tǒng)的緩蝕劑及應(yīng)用性能研究

摘要：深入探討了緩蝕劑在調(diào)相機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)中對(duì)腐蝕和垢形成的調(diào)控效能。通過(guò)系統(tǒng)性地評(píng)估不同濃度的無(wú)機(jī)緩蝕劑、有機(jī)緩蝕劑及其復(fù)合物對(duì)TP316L和TP304不銹鋼的腐蝕速率以及對(duì)鈣硬度和氯離子濃縮倍率的影響，研究旨在尋找最適宜的緩蝕劑配比和濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，特定濃度的緩蝕劑能顯著減緩金屬的腐蝕速率，并有效抑制水垢的形成，尤其在高濃度條件下。此外，研究還討論了緩蝕劑選擇的準(zhǔn)則，包括其環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)性，以指導(dǎo)工業(yè)應(yīng)用中的最佳實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：調(diào)相機(jī)；循環(huán)水；緩蝕劑；防腐蝕；防垢；節(jié)能減排在電力和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，保持調(diào)相機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于確保整個(gè)設(shè)備的高效運(yùn)行具有重大意義。循環(huán)水中腐蝕和垢積累導(dǎo)致的金屬部件性能下降乃至故障，是亟待解決的問(wèn)題。本研究旨在探討緩蝕劑在抑制腐蝕和防止垢生成方面的應(yīng)用效果。緩蝕劑通過(guò)在金屬表面生成保護(hù)層，阻止或減緩腐蝕過(guò)程，同時(shí)影響水中離子沉淀，防止垢的形成。在選擇緩蝕劑時(shí)，除考慮其防腐和防垢性能外，還需評(píng)估其環(huán)境影響及經(jīng)濟(jì)性。本研究將深入分析各類(lèi)緩蝕劑的效果，并為實(shí)際工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用提供建議。

1循環(huán)水系統(tǒng)和緩蝕劑的重要性

在電力和工業(yè)領(lǐng)域，調(diào)相機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)肩負(fù)著核心熱量傳遞職能，其效能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和設(shè)備壽命。金屬部件在循環(huán)水作用下容易產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢，因此，采用有效的緩蝕劑防治這些問(wèn)題顯得尤為關(guān)鍵。緩蝕劑能在金屬表面生成穩(wěn)定的保護(hù)膜，通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)方式抑制腐蝕過(guò)程，降低或阻止結(jié)垢發(fā)生，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保持系統(tǒng)高效運(yùn)行。此外，合適的緩蝕劑可降低能源消耗和維護(hù)成本，同時(shí)有助于環(huán)境保護(hù)［1］。

選擇緩蝕劑時(shí)，需綜合考慮循環(huán)水化學(xué)性質(zhì)、系統(tǒng)材料種類(lèi)及操作條件。例如，部分緩蝕劑在高溫下性能可能降低，而另一些則在低溫條件下更有效。此外，緩蝕劑濃度和投加方式亦是其效果的關(guān)鍵。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)定期監(jiān)測(cè)緩蝕劑濃度和系統(tǒng)腐蝕狀況，以便適時(shí)調(diào)整優(yōu)化處理策略。

因此，在設(shè)計(jì)和維護(hù)調(diào)相機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)時(shí)，建議綜合考慮各種因素，選擇適宜緩蝕劑，實(shí)施有效監(jiān)控和管理措施，確保系統(tǒng)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這不僅提升設(shè)備可靠性，還優(yōu)化運(yùn)行成本，為企業(yè)帶來(lái)長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

2緩蝕劑的分類(lèi)和作用機(jī)理

緩蝕劑在調(diào)相機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用至關(guān)重要，其主要作用是通過(guò)在金屬表面形成保護(hù)層或改變水化學(xué)性質(zhì)，以阻止或減緩金屬腐蝕過(guò)程。現(xiàn)有緩蝕劑可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)及復(fù)合緩蝕劑，各類(lèi)型緩蝕劑依據(jù)其化學(xué)組成與作用機(jī)理的差異，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)各異。

（1） 無(wú)機(jī)緩蝕劑如硝酸鹽、磷酸鹽和鉬酸鹽等，通常通過(guò)在金屬表面形成鈍化膜發(fā)揮作用。例如，鉬酸鹽在金屬表面與溶解氧反應(yīng)生成鈍化膜，該膜能有效隔離金屬與腐蝕介質(zhì)接觸，從而防止金屬腐蝕。鉬酸鹽與硝酸鹽的復(fù)合使用可增強(qiáng)保護(hù)膜的穩(wěn)定性和致密性［2］。

（2） 有機(jī)緩蝕劑如苯并三氮唑（BTA）等，通常通過(guò)吸附在金屬表面形成保護(hù)層以防止腐蝕。這些有機(jī)分子能在金屬表面形成致密有機(jī)膜，阻隔腐蝕因子接觸。

（3） 復(fù)合緩蝕劑結(jié)合無(wú)機(jī)和有機(jī)緩蝕劑優(yōu)點(diǎn)，能在更廣泛條件下提供保護(hù)，如亞硝酸鹽與BTA的復(fù)合使用可在金屬表面形成更穩(wěn)定、致密的保護(hù)層，增強(qiáng)緩蝕效果。

在選擇合適緩蝕劑時(shí)，需兼顧化學(xué)性質(zhì)、緩蝕效果、環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)性。隨著環(huán)保要求提高，部分傳統(tǒng)具有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的緩蝕劑正被環(huán)保替代品逐步取代。因此，研發(fā)性能優(yōu)越、環(huán)境影響小的新型緩蝕劑成為未來(lái)研究重要方向［3］。

3實(shí)驗(yàn)設(shè)備和設(shè)置

（1）旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀：其功能在于模擬循環(huán)水系統(tǒng)中的流動(dòng)環(huán)境，研究不同流速對(duì)緩蝕效果的影響。（2）電化學(xué)工作站：主要用于進(jìn)行極化曲線(xiàn)與電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試，以評(píng)估緩蝕劑對(duì)金屬腐蝕行為的抑制作用。（3）恒溫水?。捍_保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水樣溫度穩(wěn)定，貼近實(shí)際運(yùn)行環(huán)境。（4）pH計(jì)和導(dǎo)電率儀：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水樣的pH和電導(dǎo)率，這些參數(shù)對(duì)緩蝕劑的效果具有直接影響。（5）光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）：用于觀察金屬表面形態(tài)以及腐蝕產(chǎn)物的形成情況［4］。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1緩蝕劑對(duì)腐蝕速率的影響

4.1.1實(shí)驗(yàn)條件

本實(shí)驗(yàn)采用DRDT型水垢測(cè)定儀進(jìn)行，目的是探討不同質(zhì)量濃度緩蝕劑對(duì)調(diào)相機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)中不銹鋼材料腐蝕速率的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)定水溫為45 ℃，模擬較高溫度工況下的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。所選緩蝕劑質(zhì)量濃度分別為10、15以及20 mg/L，覆蓋了常見(jiàn)的工業(yè)應(yīng)用濃度范圍［5］。

4.1.2實(shí)驗(yàn)步驟

（1）樣品制備：對(duì)TP316L和TP304不銹鋼試樣進(jìn)行處理，確保各類(lèi)試樣尺寸一致，并對(duì)其表面進(jìn)行拋光處理，以消除前期處理對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。系統(tǒng)配置：將試樣懸掛于DRDT型水垢測(cè)定儀中，保證試樣能均勻接觸到循環(huán)水流。（2）緩蝕劑添加：在循環(huán)系統(tǒng)中分別加入不同濃度的緩蝕劑，并持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行24 h。

4.2緩蝕劑對(duì)阻垢性能的影響

4.2.1實(shí)驗(yàn)條件

在本次研究中，使用了DRDT型水垢測(cè)定儀，通過(guò)設(shè)定濃縮倍率至4.0倍，模擬調(diào)相機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)在高度濃縮條件下的運(yùn)行環(huán)境。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注緩蝕劑的3種不同質(zhì)量濃度（10、15、20 mg/L），旨在評(píng)估這些質(zhì)量濃度在極端條件下對(duì)硬度、鈣硬度（KCa）以及氯離子濃縮倍率（KCl）的影響［6］。

4.2.2實(shí)驗(yàn)步驟和監(jiān)控方法

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)定：將DRDT型水垢測(cè)定儀預(yù)置于45 ℃的水溫環(huán)境下，并調(diào)整系統(tǒng)，保持4.0倍的水質(zhì)濃縮率。（2）緩蝕劑投放：在循環(huán)系統(tǒng)中加入預(yù)定濃度的緩蝕劑，確保均勻分布，并全程持續(xù)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)過(guò)程。（3）數(shù)據(jù)搜集：利用自動(dòng)采樣器，每隔4 h采集一次水樣，測(cè)定鈣硬度和氯離子濃度。

4.2.3結(jié)果分析與數(shù)據(jù)

（1） 鈣硬度（KCa）結(jié)果

通過(guò)化學(xué)分析，記錄實(shí)驗(yàn)前后鈣硬度的變化，計(jì)算阻垢率。濃縮倍率（K）的計(jì)算公式如下：K=CC0其中，C表示濃縮后的濃度，C0是初始濃度。

阻垢率的計(jì)算公式：阻垢率（%）=1-K實(shí)驗(yàn)K理論×100%其中K理論為理論濃縮倍率，假設(shè)無(wú)緩蝕劑情況下為1.0。

在10 mg/L的緩蝕劑條件下，實(shí)驗(yàn)前鈣硬度KCa為3.50 mmol/L，實(shí)驗(yàn)后上升至3.65 mmol/L，濃縮倍率為1.04。這一結(jié)果表明，在較低濃度的緩蝕劑作用下，鈣的沉積有所增加，但相較于未添加緩蝕劑的情況，增長(zhǎng)率仍相對(duì)較低。在15 mg/L的緩蝕劑條件下，實(shí)驗(yàn)前鈣硬度KCa為3.57 mmol/L，實(shí)驗(yàn)后上升至3.83 mmol/L，濃縮倍率為1.07。此濃度下的緩蝕劑能有效控制鈣的沉積，增長(zhǎng)率適中，實(shí)現(xiàn)了效能與成本的平衡。在20 mg/L的緩蝕劑條件下，實(shí)驗(yàn)前鈣硬度KCa為3.60 mmol/L，實(shí)驗(yàn)后上升至3.90 mmol/L，濃縮倍率為1.08。盡管鈣硬度有較明顯的增加，說(shuō)明較高濃度的緩蝕劑能提高鈣的沉積，但在控制水垢形成方面效果更為顯著，展現(xiàn)出更強(qiáng)的阻垢能力。

（2） 氯離子濃縮倍率（KCl）結(jié)果

研究在10 mg/L的緩蝕劑濃度下，氯離子濃縮倍率從4.15降至4.10。這說(shuō)明該濃度下緩蝕劑對(duì)氯離子的控制效果相對(duì)較弱，但仍然有助于減輕氯離子所引發(fā)的腐蝕和垢的形成。當(dāng)緩蝕劑濃度提高至15 mg/L時(shí)，氯離子濃縮倍率從4.09降至4.03。

表明緩蝕劑在中等濃度下對(duì)氯離子的控制更為有效，從而進(jìn)一步降低腐蝕和垢的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)緩蝕劑濃度達(dá)到20 mg/L時(shí)，氯離子濃縮倍率從4.05降至4.00。這說(shuō)明在高濃度下緩蝕劑對(duì)氯離子的控制效果最為顯著，能極大降低由氯離子引發(fā)的腐蝕和垢形成的風(fēng)險(xiǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

研究證實(shí)了緩蝕劑在調(diào)相機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)中的顯著效果，特別是在控制金屬腐蝕和預(yù)防水垢形成方面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果強(qiáng)調(diào)了選用適當(dāng)緩蝕劑濃度的重要性。15 mg/L的質(zhì)量濃度在大多數(shù)情況下已能提供優(yōu)良的防護(hù)效果，而20 mg/L的質(zhì)量濃度在極端條件下表現(xiàn)更為出色。在未來(lái)的應(yīng)用中，建議根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工況和材料類(lèi)型，選擇適合的緩蝕劑類(lèi)型和濃度，以實(shí)現(xiàn)成本與效果的最佳平衡?？紤]到環(huán)保的日益重要性，推薦使用環(huán)保型緩蝕劑，以助力可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。此外，定期監(jiān)測(cè)與維護(hù)是確保緩蝕劑長(zhǎng)期有效性的關(guān)鍵。因此，建立高效的監(jiān)測(cè)與維護(hù)程序是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要措施。

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