中水回用于循環(huán)冷卻水時(shí)緩蝕阻垢劑的性能研究

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。中水回用于循環(huán)冷卻水時(shí)緩蝕阻垢劑的性能研究中水回用于循環(huán)冷卻水時(shí)緩蝕阻垢劑的性能研究中水回用于循環(huán)冷卻水時(shí)緩蝕阻垢劑的性能研究 舒 純1 于 萍2 肖蘭芳2 李建梅2 (1. 武漢鋼鐵集團(tuán)公司能源動(dòng)力總廠，武漢 430083; 2. 武漢大學(xué)，武漢 430072） 摘 要 本文通過(guò)靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)模擬法評(píng)價(jià)中水用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時(shí)的緩蝕阻垢劑性能。試驗(yàn)表明，預(yù)膜后的試片放入含有1250mg.L-1 WGS-1:WGS-2=6:1的藥劑下運(yùn)行，其腐蝕速率小于0.04mm.a-1，緩蝕率大于90%，極限濃縮倍率

2、達(dá)5.6，滿足循環(huán)冷卻水運(yùn)行要求。 關(guān)鍵詞 循環(huán)冷卻水 緩蝕劑 緩蝕性能 Study on Performance of Corrosion and Scale Inhibitors Applied in Recirculating Cooling Water of Reclaimed Water Reuse Shu Chun1 Yu Ping2 Xiao Lanfang2 Li Jianmei2 (1. Energy and Power General Factory, Wuhan Iron and Steel Group Corp, Wuhan, 430083; 2. College of

3、 Chemistry and Molecule Science, Wuhan University, Wuhan,430072) Abstract Performance of corrosion and scale inhibitors applied in circulating cooling water was evaluated by static method and dynamic simulation method in this paper. The experimental results show that the corrosion rate is less than

4、0.04mm.a-1，the corrosion inhibition rate is more than 90% and the concentration ratio limited is up to 5.6 when the test coupon was pre-filmed and put in circulating cooling water with 1250mg.L-1 dosage of corrosion inhibitors WGS-1:WGS-2=6:1. It can meet the use demand of circulating cooling water.

5、 Key words circulating cooling water，corrosion inhibitor，corrosion inhibition performance 為了達(dá)到國(guó)家節(jié)水減排、節(jié)約能源的要求，武鋼綜合廢水經(jīng)過(guò)污水處理后已用于循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水，由于該中水中含有較多的雜質(zhì)離子及循環(huán)水的不斷濃縮，目前冷卻設(shè)備的腐蝕問(wèn)題較為突出。常用方法就是在循環(huán)水中添加緩蝕阻垢劑，這樣既可以減少金屬的腐蝕，又可提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)達(dá)到節(jié)約用水的目的。本文主要針對(duì)武鋼污水處理站的出水水質(zhì)，通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，篩選合適的循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢劑，確定最佳的運(yùn)行參數(shù)，以期保證該中水回用于循環(huán)冷

6、卻水系統(tǒng)時(shí)的正常運(yùn)行。 1 試驗(yàn)部分 1.1 原材料和儀器 材料：Q235碳鋼；緩蝕阻垢劑有：WGS-1、WGS-2、WGS-3、WGS-4、WGS-5及WL-1等；分析儀器：DDS-11A型電導(dǎo)率儀、PHS-3C型pH計(jì)、EL204電子天平及DRDT型水垢測(cè)定儀等。 第八屆（2011）中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集 1.2 試驗(yàn)用水 試驗(yàn)用水為武鋼污水處理站的出水，其水質(zhì)見(jiàn)表1。 表1 武鋼污水處理站出水水質(zhì)分析 檢測(cè)項(xiàng)目名稱 水質(zhì)指標(biāo) 檢測(cè)項(xiàng)目名稱 水質(zhì)指標(biāo) 固體溶解物847 pH 7.107.33 甲基橙堿度1.8 總硬度/mmol.L-1 CODCr /mg.L-1 2.15 8.6318.2 電

7、導(dǎo)率/850 Cl119.3 Ca2+/mg.L-1(相當(dāng)于CaCO3195 酚酞堿度/mmol.L-1 0 總0.5 濁度1.34 油類/mg.L-1 1.10 1.3 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)價(jià)緩蝕阻垢劑性能，其中，緩蝕性能評(píng)價(jià)方法參照GB/T18175-2000，阻垢劑性能評(píng)價(jià)方法參照GB/T166322008。 1.4 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。 圖1 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置 試驗(yàn)時(shí)先在循環(huán)水槽中加入一定量含有緩蝕阻垢劑試驗(yàn)用水，將預(yù)膜或沒(méi)有預(yù)膜的試片放入循環(huán)水槽 中，控制溫度50。試驗(yàn)中維持循環(huán)水槽中的液位不變，監(jiān)測(cè)體系中Cl、Ca2+的濃度，直至Cl和

8、Ca2+的 濃縮倍率達(dá)到極限濃縮倍率，計(jì)算最大濃縮倍率及緩蝕率。 2 結(jié)果與討論 2.1 靜態(tài)法評(píng)價(jià)緩蝕阻垢劑的緩蝕性能 使用靜態(tài)法來(lái)評(píng)價(jià)WGS-1、WGS-2、WGS-3、WGS-4、WGS-5、ZnCl2、WL-1緩蝕劑用于武鋼污水處理站出水（中水）中的緩蝕性能。 2.1.1 單組份緩蝕阻垢劑的性能 將不同的緩蝕阻垢劑按200mg/L的計(jì)量加入裝有250mL試驗(yàn)用水的燒杯中，試片經(jīng)過(guò)磨光、清洗、稱重后放入燒杯，體系在水浴中保持溫度為50，時(shí)間為24h。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。 表2 單組份緩蝕阻垢劑性能比較 緩蝕阻垢劑 試片失重/g 腐蝕速率/mm.a-1 緩蝕率/% 73.2 84.0 55.6

9、 42.0 46.0 空白 從表2中可以看出，WGS-2用于該中水時(shí)的緩蝕性能比其他緩蝕劑的緩蝕性能好，緩蝕率達(dá)到84%，而其他藥劑的緩蝕率則低于73.2%。 2.1.2 復(fù)合緩蝕阻垢劑配方的緩蝕性能 選擇緩蝕性能較好的WGS-1、WGS-2、WGS-3，按照1:1和1:1:1進(jìn)行復(fù)合配方，得到四種復(fù)合緩蝕阻垢劑，試驗(yàn)方法同上，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。 =表3 復(fù)合緩蝕阻垢劑性能比較 = 試劑 失重/g 腐蝕速率/mm.a-1 緩蝕率/% WGS-1:WGS-2WGS-1:WGS-3WGS-2:WGS-3WGS-1:WGS-2:WGS-3空白 83.5 從表3中可以看出，在相同的加入量，WGS-1和W

10、GS-2復(fù)合而成的緩蝕阻垢劑的緩蝕效果好于其他復(fù)配組合，也優(yōu)于單組分時(shí)候的緩蝕效果，表明兩者有著良好的協(xié)同效應(yīng)。WGS-1/WGS-2組合緩蝕率達(dá)到85.9%，腐蝕速率為0.0572mm/a，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的0.075mm/a腐蝕速率。 2.1.3 WGS-1和WGS-2復(fù)合緩蝕阻垢劑緩蝕性能的優(yōu)化 WGS-1和WGS-2的不同配比及加入Zn2+后對(duì)Q235緩蝕性能的影響見(jiàn)圖2圖4。圖2中WGS-1/WGS-2的濃度為200mg/L；圖3中WGS-1:WGS-2=6:1，復(fù)配緩蝕劑濃度為150mg/L。 圖2 WGS-1/WGS-2的不同配比對(duì)緩蝕性能的影響 圖3 Zn2+的濃度對(duì)緩蝕性能的

11、影響 從圖2中可以看出，WGS-1的百分?jǐn)?shù)為85.7%時(shí)的緩蝕效果最好，腐蝕速率、緩蝕率分別為0.0474mm/a及87.9%。 從圖3中可以看出，阻垢劑的緩蝕性能隨著Zn2+的濃度的增大而增大，當(dāng)ZnCl2的濃度大于6mg/L時(shí)，腐蝕速率小于0.0441mm/a，緩蝕率大于90.4%，緩蝕性能要強(qiáng)于不加Zn2+的WGS-1/WGS-2緩蝕劑(相同條 第八屆（2011）中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集 件下其腐蝕速率為0.0474mm/a)。這是因?yàn)閆n2+是一種陰極緩蝕劑，當(dāng)發(fā)生腐蝕時(shí)，陰極區(qū)產(chǎn)生的OH和Zn2+迅速反應(yīng)生成沉淀并成膜，但這種膜松軟不牢固，當(dāng)有機(jī)磷酸鹽等在金屬表面形成的沉積、吸附就可以起到

12、補(bǔ)膜的作用，與其共同組成致密、牢固的保護(hù)層從而起到緩蝕效果3。 圖4 阻垢緩蝕劑加入量對(duì)緩蝕性能的影響 從圖4可以看出，隨著阻垢緩蝕劑加入量的增大，腐蝕速率逐漸減少，緩蝕率逐漸增大。其主要原因?yàn)椋弘S著緩蝕劑濃度的增大，溶液的黏度增大，溶液中氧濃度減小影響了氧的擴(kuò)散過(guò)程，結(jié)果影響了電化學(xué)反應(yīng)的速度，所以Q235碳鋼試片腐蝕速度減慢；緩蝕劑濃度的增大使得緩蝕劑在Q235碳鋼試片表面吸附量增多，生成大量的緩蝕劑的鹽類，沉積在Q235鋼試片的表面，這樣就會(huì)降低試片的腐蝕速度。當(dāng)緩蝕劑的加入量超過(guò)150mg/L時(shí)，腐蝕速率和緩蝕率都趨于平緩，變化不大。 從靜態(tài)法評(píng)價(jià)緩蝕劑緩蝕性能試驗(yàn)看，WGS-1:WG

13、S-2=6:1的配比是最優(yōu)的。當(dāng)試片不預(yù)膜時(shí)，運(yùn)行時(shí)的緩蝕劑投加量在150175mg/L、ZnCl2的濃度在6mg/L的情況下，腐蝕速率小于0.045mm/a，緩蝕率在90%左右。當(dāng)試片用含有200mg/L WGS-1/WGS-2阻垢緩蝕劑預(yù)膜后，運(yùn)行時(shí)的濃度在50mg/L，其腐蝕速率小于0.045mm/a，緩蝕率為86.6%，均滿足部頒標(biāo)準(zhǔn)。 2.2 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)緩蝕阻垢劑性能 2.2.1 WGS-1:WGS-2=6:1和WL-1緩蝕劑性能的比較 將1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)沒(méi)有預(yù)膜的試片分別放入含有12mg/L、50mg/L的WGS-1:WGS-2=6:1藥劑、12mg/LWGS-1:

14、WGS-2=6:1+6mg/L氯化鋅的藥劑、50mg/LWL-1于循環(huán)水中，其結(jié)果見(jiàn)表5。 表4 緩蝕阻垢劑和WL-1性能比較 序號(hào) 1號(hào) 2號(hào) 3號(hào) 4號(hào) 空白 試驗(yàn) KCl ?KCa 2+腐蝕速率 /mm.a-1 試片表面現(xiàn)象 緩蝕率/% 63.9 71.6 76.2 68.5 整個(gè)表面有腐蝕，有灰色和 紫褐色斑塊，局部點(diǎn)蝕嚴(yán)重 整個(gè)表面有腐蝕，有灰色和 紫褐色斑塊，局部點(diǎn)蝕嚴(yán)重 整個(gè)表面有腐蝕，有灰色和 紫褐色斑塊，局部點(diǎn)蝕嚴(yán)重 整個(gè)表面有腐蝕，有灰色和 紫褐色斑塊，局部點(diǎn)蝕嚴(yán)重 整個(gè)表面有腐蝕，有灰色和紫 褐色斑塊，局部點(diǎn)蝕非常嚴(yán)重 從表4可知，藥劑的最大濃縮倍率均可大于4.0倍，空白

15、的極限濃縮倍率為2.25的；對(duì)比1號(hào)、3號(hào)，氯化鋅的加入對(duì)緩蝕性能有所改善；相同加藥量時(shí)，2號(hào)的緩蝕性能要優(yōu)于4號(hào)。不預(yù)膜的情況下，運(yùn)行濃度在1250mg/L之間，其腐蝕速率均大于0.18mm/a，腐蝕速率超過(guò)了0.075mm/a的要求。 2.2.2 預(yù)膜工藝和未預(yù)膜工藝的比較 用試片放入含有200mg/L 的WGS-1:WGS-2=6:1+6mg/L氯化鋅的試驗(yàn)用水中預(yù)膜24h（50），再將預(yù)膜與未預(yù)膜的試片同時(shí)放入含有20mg.L-1，WGS-1:WGS-2=6:1的試驗(yàn)用水中運(yùn)行（50），結(jié)果見(jiàn)表6。 表5 預(yù)膜工藝和未預(yù)膜工藝比較 類型 未預(yù)膜試片 預(yù)膜試片 腐蝕速率 /mm.a-1

16、0.2196 0.0745 試片表面現(xiàn)象 整個(gè)表面有腐蝕，有灰色和紫 褐色斑塊，局部點(diǎn)蝕嚴(yán)重 一層淡棕色膜，洗凈后有少量斑點(diǎn)，有少量點(diǎn)蝕 緩蝕率/% 71.6 90.3 從表5可知，預(yù)膜后的試片腐蝕速率和緩蝕率均優(yōu)于未預(yù)膜的試片，預(yù)膜后的腐蝕速率為0.0745mm/a，小于0.075mm/a，達(dá)到循環(huán)水中碳鋼的使用要求。 2.2.3 預(yù)膜和運(yùn)行參數(shù)對(duì)緩蝕性能的影響 將1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)試片分別進(jìn)行預(yù)膜處理，其中1號(hào)試片用含有200mg/L WGS-1:WGS-2=6:1預(yù)膜24h；2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)試片用含有150mg/L WGS-1:WGS-2=6:1 +6mg/L氯化鋅預(yù)膜24h。然后將

17、1號(hào)、2號(hào)試片分別放入含有12mg/LWGS-1:WGS-2=6:1試驗(yàn)用水中，3號(hào)放入12mg/L WGS-1:WGS-2=6:1+6mg/L氯化鋅的試驗(yàn)用水中，4號(hào)放入50mg/L WGS-1:WGS-2=6:1的試驗(yàn)用水中運(yùn)行，溫度為50，結(jié)果見(jiàn)表6。 表6 預(yù)膜和運(yùn)行參數(shù)對(duì)緩蝕阻垢劑性能的影響 名稱 1號(hào) 2號(hào) 3號(hào) 4號(hào) KCl ?KCa 2+腐蝕速率 /mm.a-1 試片表面現(xiàn)象 緩蝕率/% 75.5 94.3 90.3 98.9 一層淡棕色膜，洗凈后 有大量斑點(diǎn)，點(diǎn)蝕較多 一層淡棕色膜，洗凈后 有少量斑點(diǎn)，點(diǎn)蝕較少 一層淡棕色膜，洗凈后 有少量斑點(diǎn)，有少量點(diǎn)蝕 一層淡棕色膜，無(wú)斑

18、點(diǎn)，光亮如初 從表6可知，比較1號(hào)和2號(hào)試片，在同樣的運(yùn)行條件下，采用2號(hào)方式預(yù)膜的試片其緩蝕率高；在相同預(yù)膜條件時(shí)，水中含有的緩蝕阻垢劑量多時(shí)，阻垢效果好，4號(hào)試片的腐蝕速率為0.008mm/a，緩蝕率達(dá)到98.9%，說(shuō)明該預(yù)膜和運(yùn)行工藝可行。 3 結(jié)論 通過(guò)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)可知，預(yù)膜工藝要優(yōu)于未預(yù)膜工藝，用150mg/L WGS-1:WGS-2=6:1 +6mg/L氯化鋅預(yù)膜后，試片在1250mg/L的濃度下運(yùn)行，腐蝕速率小于0.075mm/a，緩蝕率大于90%，極限濃縮倍率達(dá)到5.6，可以達(dá)到循環(huán)冷卻水的使用要求。 參 考 文 獻(xiàn) 1 龍一波. 緩蝕劑及其在工業(yè)上的應(yīng)用J. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 199