中水回用于循環(huán)冷卻水時緩蝕阻垢劑的性能研究

1、中水回用于循環(huán)冷卻水時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. 武漢鋼鐵集團公司能源動力總廠，武漢 430083;2. 武漢大學，武漢 430072）摘 要 本文通過靜態(tài)法和動態(tài)模擬法評價中水用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時的緩蝕阻垢劑性能。試驗表明，預膜后的試片放入含有1250mg.L-1 WGS-1:WGS-2=6:1的藥劑下運行，其腐蝕速率小于0.04mm.a-1，緩蝕率大于90%，極限濃縮倍率達5.6，滿足循環(huán)冷卻水運行要求。關鍵詞 循環(huán)冷卻水 緩蝕劑 緩蝕性能Study on Performance of Corrosion and Scale InhibitorsApp

2、lied in Recirculating Cooling Water ofReclaimed Water ReuseShu Chun1 Yu Ping2 Xiao Lanfang2 Li Jianmei2(1. Energy and Power General Factory, Wuhan Iron and Steel Group Corp, Wuhan, 430083;2. College of Chemistry and Molecule Science, Wuhan University, Wuhan,430072)Abstract Performance of corrosion a

3、nd 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 0.04mm.a-1，the corrosion inhibition rate is more than 90% and the concentration ratio limited is up

4、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.Key words circulating cooling water，corrosion inhibitor，corrosion inhibition performance為了達到國家節(jié)水減排、節(jié)

5、約能源的要求，武鋼綜合廢水經(jīng)過污水處理后已用于循環(huán)冷卻水的補充水，由于該中水中含有較多的雜質離子及循環(huán)水的不斷濃縮，目前冷卻設備的腐蝕問題較為突出。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)達到節(jié)約用水的目的。本文主要針對武鋼污水處理站的出水水質，通過靜態(tài)和動態(tài)模擬試驗，篩選合適的循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢劑，確定最佳的運行參數(shù)，以期保證該中水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時的正常運行。1 試驗部分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型電導率儀、PHS-

6、3C型pH計、EL204電子天平及DRDT型水垢測定儀等。第八屆（2011）中國鋼鐵年會論文集1.2 試驗用水試驗用水為武鋼污水處理站的出水，其水質見表1。表1 武鋼污水處理站出水水質分析 檢測項目名稱 水質指標 檢測項目名稱 水質指標固體溶解物847pH 7.107.33 甲基橙堿度1.8 總硬度/mmol.L-1CODCr/mg.L-1 2.15 8.6318.2 電導率/850Cl119.3Ca2+/mg.L-1(相當于CaCO3195酚酞堿度/mmol.L-1 0 總0.5 濁度1.34 油類/mg.L-1 1.101.3 試驗方法試驗采用靜態(tài)和動態(tài)模擬試驗方法來評價緩蝕阻垢劑性能，其

7、中，緩蝕性能評價方法參照GB/T18175-2000，阻垢劑性能評價方法參照GB/T166322008。1.4 動態(tài)模擬試驗裝置動態(tài)模擬試驗裝置見圖1。圖1 動態(tài)模擬試驗裝置試驗時先在循環(huán)水槽中加入一定量含有緩蝕阻垢劑試驗用水，將預膜或沒有預膜的試片放入循環(huán)水槽中，控制溫度50。試驗中維持循環(huán)水槽中的液位不變，監(jiān)測體系中Cl、Ca2+的濃度，直至Cl和Ca2+的濃縮倍率達到極限濃縮倍率，計算最大濃縮倍率及緩蝕率。2 結果與討論2.1 靜態(tài)法評價緩蝕阻垢劑的緩蝕性能使用靜態(tài)法來評價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）

8、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的計量加入裝有250mL試驗用水的燒杯中，試片經(jīng)過磨光、清洗、稱重后放入燒杯，體系在水浴中保持溫度為50，時間為24h。試驗結果見表2。中水回用于循環(huán)冷卻水時緩蝕阻垢劑的性能研究表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 42.0 46.0 空白 從表2中可以看出，WGS-2用于該中水時的緩蝕性能比其他緩蝕劑的緩蝕性能好，緩蝕率達到84%，而其他藥劑的緩蝕率則低于73.2%。2.1.2 復合緩蝕阻垢劑配方的緩蝕性能選擇緩蝕性能較好的WG

9、S-1、WGS-2、WGS-3，按照1:1和1:1:1進行復合配方，得到四種復合緩蝕阻垢劑，試驗方法同上，試驗結果見表3。=表3 復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WGS-2復合而成的緩蝕阻垢劑的緩蝕效果好于其他復配組合，也優(yōu)于單組分時候的緩蝕效果，表明兩者有著良好的協(xié)同效應。WGS-1/WGS-2組合緩蝕率達到85.9%，腐蝕速率為0.0572mm/a，低于國家標準要求的0.075mm/a腐蝕

10、速率。2.1.3 WGS-1和WGS-2復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Q235緩蝕性能的影響見圖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，復配緩蝕劑濃度為150mg/L。圖2 WGS-1/WGS-2的不同配比對緩蝕性能的影響 圖3 Zn2+的濃度對緩蝕性能的影響從圖2中可以看出，WGS-1的百分數(shù)為85.7%時的緩蝕效果最好，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ZnCl2的濃度大于6mg/L時，腐蝕速率小

11、于0.0441mm/a，緩蝕率大于90.4%，緩蝕性能要強于不加Zn2+的WGS-1/WGS-2緩蝕劑(相同條第八屆（2011）中國鋼鐵年會論文集件下其腐蝕速率為0.0474mm/a)。這是因為Zn2+是一種陰極緩蝕劑，當發(fā)生腐蝕時，陰極區(qū)產(chǎn)生的OH和Zn2+迅速反應生成沉淀并成膜，但這種膜松軟不牢固，當有機磷酸鹽等在金屬表面形成的沉積、吸附就可以起到補膜的作用，與其共同組成致密、牢固的保護層從而起到緩蝕效果3。圖4 阻垢緩蝕劑加入量對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。其主要原因為：隨著緩蝕劑濃度的增大，溶液的黏度增大，溶液中氧濃度減小

12、影響了氧的擴散過程，結果影響了電化學反應的速度，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，這樣就會降低試片的腐蝕速度。當緩蝕劑的加入量超過150mg/L時，腐蝕速率和緩蝕率都趨于平緩，變化不大。從靜態(tài)法評價緩蝕劑緩蝕性能試驗看，WGS-1:WGS-2=6:1的配比是最優(yōu)的。當試片不預膜時，運行時的緩蝕劑投加量在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。當試片用含有200mg/L WGS-1/WGS-2阻垢緩蝕劑預膜后，運行

13、時的濃度在50mg/L，其腐蝕速率小于0.045mm/a，緩蝕率為86.6%，均滿足部頒標準。2.2 動態(tài)模擬試驗方法評價緩蝕阻垢劑性能2.2.1 WGS-1:WGS-2=6:1和WL-1緩蝕劑性能的比較將1號、2號、3號和4號沒有預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:WGS-2=6:1+6mg/L氯化鋅的藥劑、50mg/LWL-1于循環(huán)水中，其結果見表5。表4 緩蝕阻垢劑和WL-1性能比較 序號1號2號3號4號空白試驗 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

14、68.5 整個表面有腐蝕，有灰色和 紫褐色斑塊，局部點蝕嚴重 整個表面有腐蝕，有灰色和 紫褐色斑塊，局部點蝕嚴重 整個表面有腐蝕，有灰色和 紫褐色斑塊，局部點蝕嚴重 整個表面有腐蝕，有灰色和 紫褐色斑塊，局部點蝕嚴重 整個表面有腐蝕，有灰色和紫 褐色斑塊，局部點蝕非常嚴重從表4可知，藥劑的最大濃縮倍率均可大于4.0倍，空白的極限濃縮倍率為2.25的；對比1號、3號，氯化鋅的加入對緩蝕性能有所改善；相同加藥量時，2號的緩蝕性能要優(yōu)于4號。不預膜的情況下，運行濃度在1250mg/L之間，其腐蝕速率均大于0.18mm/a，腐蝕速率超過了0.075mm/a的要求。2.2.2 預膜工藝和未預膜工藝的比較

15、用試片放入含有200mg/L 的WGS-1:WGS-2=6:1+6mg/L氯化鋅的試驗用水中預膜24h（50），再將預膜與未預膜的試片同時放入含有20mg.L-1，WGS-1:WGS-2=6:1的試驗用水中運行（50），結果見表6。中水回用于循環(huán)冷卻水時緩蝕阻垢劑的性能研究表5 預膜工藝和未預膜工藝比較 類型未預膜試片預膜試片 腐蝕速率 /mm.a-1 0.2196 0.0745 試片表面現(xiàn)象 整個表面有腐蝕，有灰色和紫 褐色斑塊，局部點蝕嚴重 一層淡棕色膜，洗凈后有少量斑點，有少量點蝕 緩蝕率/% 71.6 90.3從表5可知，預膜后的試片腐蝕速率和緩蝕率均優(yōu)于未預膜的試片，預膜后的腐蝕速率

16、為0.0745mm/a，小于0.075mm/a，達到循環(huán)水中碳鋼的使用要求。2.2.3 預膜和運行參數(shù)對緩蝕性能的影響將1號、2號、3號和4號試片分別進行預膜處理，其中1號試片用含有200mg/L WGS-1:WGS-2=6:1預膜24h；2號、3號和4號試片用含有150mg/L WGS-1:WGS-2=6:1 +6mg/L氯化鋅預膜24h。然后將1號、2號試片分別放入含有12mg/LWGS-1:WGS-2=6:1試驗用水中，3號放入12mg/L WGS-1:WGS-2=6:1+6mg/L氯化鋅的試驗用水中，4號放入50mg/L WGS-1:WGS-2=6:1的試驗用水中運行，溫度為50，結果

17、見表6。表6 預膜和運行參數(shù)對緩蝕阻垢劑性能的影響 名稱1號2號3號4號 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，點蝕較多 一層淡棕色膜，洗凈后 有少量斑點，點蝕較少 一層淡棕色膜，洗凈后 有少量斑點，有少量點蝕 一層淡棕色膜，無斑點，光亮如初從表6可知，比較1號和2號試片，在同樣的運行條件下，采用2號方式預膜的試片其緩蝕率高；在相同預膜條件時，水中含有的緩蝕阻垢劑量多時，阻垢效果好，4號試片的腐蝕速率為0.008mm/a，緩蝕率達到98.9%，說明該預膜和運行工藝可行。3 結論通過靜態(tài)與動態(tài)模擬試驗可知，預膜工藝要優(yōu)于未預膜工藝，用150mg/L WGS-1:WGS-2=6:1 +6mg/L氯化鋅預膜后，試片在1250mg/L的濃度下運行，腐蝕速率小于0.075mm/a，緩蝕率大于90%，極限濃縮倍率達到5.6，可以達到循環(huán)冷卻水的使用要求。參 考 文 獻1 龍一波. 緩蝕劑及其在工業(yè)上的應用J. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 1999(