循环水用无磷缓蚀阻垢剂的研究与应用

孙晓丹，陈爱芹，徐 飞

（威海翔宇环保科技有限公司，山东 威海 264200）

循环水用无磷缓蚀阻垢剂的研究与应用

孙晓丹，陈爱芹，徐 飞

（威海翔宇环保科技有限公司，山东 威海 264200）

针对敞开式循环水的腐蚀和结垢问题，研制了无磷缓蚀阻垢剂 AE4135，实验结果显示：AE4135对抑制碳酸钙垢和硫酸钙垢具有良好的效果，对碳钢和铜材质具有优秀的缓蚀作用。并在山东某电厂应用一年，证明 AE4135 对敞开式循环水系统具有良好的阻垢和缓蚀效果，同时解决了循环水排污水磷超标的问题，具有明显的环境效益。

无磷；阻垢剂；缓蚀剂；性能；应用

随着工业的迅速发展，水资源短缺和水质污染愈演愈烈，已构成严重的社会危机[1]。冷却水占工业用水的 80%以上，提高浓缩倍数是冷却水系统节约用水的最直接和最有效的措施之一。随着冷却水在使用时的不断循环和浓缩，水中的矿物质含量也会不断增加，从而引起设备管道结垢、腐蚀[2]。为了减少设备结垢腐蚀，提高设备利用率，节约能源、水源，确保生产的正常运行，需要在循环冷却水中添加各种水质稳定剂[2]。

近年来含膦有机缓蚀阻垢剂已成为工业水处理中应用最为广泛的一类水质稳定剂，这是因为它们的化学稳定性好,一定条件下和其它水处理剂复合使用,能表现出理想的协同效应,兼具缓蚀阻垢作用的结果[1]。但是磷的排放易引起水体富营养化，暴发大面积“赤潮”等水质事件，严重影响生态环境。近年在欧美等一些国家已经提出了禁磷措施，我国污水综合排放标准中一级排放标准要求磷酸盐（以P 计）≤0.5 mg/L[3]。因此，从可持续发展和保护环境的角度，开发和应用高效环保无磷水处理剂是水处理行业发展的必然趋势。

笔者选用威海翔宇环保科技有限公司自主研发的一种多元共聚物为主剂，通过大量的试验，开发出一种适用于敞开式循环系统的缓蚀阻垢剂配方AE4135。该缓蚀阻垢剂的使用，可以有效地解决 目前敞开式循环水系统中现有的含磷配方带来的排放问题，以及采用国外无磷缓蚀阻垢剂给企业带来的高成本的经费问题。

1 无磷缓蚀阻垢剂

无磷缓蚀阻垢剂 AE4135 由多元共聚物、碳钢缓蚀剂及铜缓蚀剂组成，对水中的碳酸钙、硫酸钙均有良好的螯合分散作用，对碳钢、铜具有优秀的缓蚀效果。

2 实验部分

2.1 主要药品

无磷缓蚀阻垢剂 AE4135，威海翔宇环保科技有限公司；AEC－3175（市售），美国通用电气公司；MS6207（市售），美国通用电气公司,PY5204（市售），美国通用电气公司。

2.2 试验仪器

酸度计：PE20 型，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。电导率仪：DDSJ-308A，上海仪电科学仪器有限公司。恒温水浴锅炉：ZK-1，江苏省高邮市新邮仪器厂。旋转挂片试验仪：RCC-Ⅲ，江苏省高邮市新邮仪器厂。智能动态模拟试验装置：

WKMZ，江苏省高邮市新邮仪器厂。

2.3 静态阻垢性能试验

碳酸钙静态阻垢性能试验：碳酸钙阻垢性能测试参照 GB/T16632－2008《水处理剂阻垢性能的测定—碳酸钙沉积法》[4]。将含有阻垢剂的实验用水和未加阻垢剂的实验用水，在 80 ℃恒温水浴中放置 10 h 后，用 EDTA 法分析测定过滤液中钙离子的含量，以评定阻垢剂的阻垢性能。通过投加一系列浓度的 AE4135、AEC3175，来考察相同浓度下两种药剂的碳酸钙阻垢效果。

根据图1可知，随着药剂添加量的提高，阻垢率不断提高，AE4135 的静态碳酸钙阻垢性能优于国外进口 AEC3175，尤其当加药量 30～60 mg/L 时，AE4135 的静态碳酸钙阻垢性能明显优于国外进口AEC3175。

图 1 静态碳酸钙阻垢试验Fig.1 Result of static CaCO3scale inhibition test

硫酸钙静态阻垢性能试验：硫酸钙阻垢性能试验方法参考 Q/SY 126-2007《油田水处理用缓蚀阻垢剂技术要求》[5]。实验用水要求钙离子为 5 000 mg/L(以 CaCO3计)，SO42-为 4 800 mg/L。将含有阻垢剂的实验用水和未加阻垢剂的实验用水，在 80 ℃恒温水浴中放置 10 h 后，用 EDTA 法分析测定过滤液中钙离子的含量，以评定阻垢剂的阻垢性能。通过投加一系列浓度的 AE4135、AEC3175，来考察相同浓度下两种药剂的硫酸钙阻垢效果。

由图 2 可知，随着加药量的增加，AEC3175 和AE4135 的硫酸钙阻垢率不断上升。当加药量为40 mg/L 时，AE4135 的硫酸阻垢率高于 90%，AE4135硫酸钙阻垢效果明显优于 AEC3175。这说明 AE4135对抑制结构致密，难以清除的硫酸钙垢具有良好的效果[6]。

图 2 静态硫酸钙阻垢试验Fig.2 Results of CaSO4scale inhibition test

2.4 缓蚀性能试验

参照 GB/T18175-2000[7]，进行 AE4135 碳钢、铜挂片腐蚀试验。

试验条件：温度(45±1.0)℃；转速 80 r/min；试片材质 A3 碳钢、HSn70 铜（均未经过预膜处理）；试验时间 72 h；试验用水为按国标配水。

AE4135的缓蚀试验结果：AE4135加药量为40、60、80 和 100 mg/L 时，对碳钢的腐蚀速率分别为0.063 38、0.048 30、0.031 83 和 0.023 53 mm/a，符合标准 GB50050-2007 的要求（碳钢＜0.075 mm/a）[7]；对铜的腐蚀速率分别为 0.00201、0.00176、0.00126和 0.000 75 mm/a，符合标准 GB50050-2007 的要求（铜＜0.005 mm/a）。按国标配水在腐蚀条件比较苛刻的情况下，AE4135 对碳钢和铜材质具有优秀的缓蚀效果（表 1）。

表 1 AE4135 缓蚀试验结果Table 1 Corrosion results of AE4135

2.5 中试动态模拟试验

中试性能评价是水处理药剂现场应用的前提及基础，主要分为常规动态模拟试验和极限边界试验。本文采用常规动态模拟试验，在浓缩倍数 4. 0～5. 0的条件下，对比 AE4135 和 AEC3175(不含碳钢缓蚀剂,与 16 mg/L 的 MS6207 一起添加、15 mg/L 的PY5204)的药剂性能。在考察过程中，缓蚀阻垢剂的添加剂量皆为 20 mg/L（按补水量添加）。补充水水质分析见表2。

表 2 补充水水质分析Table 2 Detection results of makeup water

由动态试验结果的表3可以看出，在浓缩倍数4. 0～5. 0 的范围内，缓蚀阻垢剂 AE4135 及进口药剂对于控制腐蚀率、粘附速率都是有效的。但AE4135 表现更为优异的性能，同时 AE4135 含有碳钢和铜的缓蚀剂，较 AEC3175 使用上更为方便。

表 3 动态试验结果Table 3 Results of dynamic test

3 现场应用

由于 AE4135 具有良好的缓蚀阻垢效果。因此，在山东某电厂进行了现场应用，该厂浓缩4倍时，循环水水质结果见表 4。加药量 20 mg/L（按系统补水量添加）。

表 4 循环水水质分析Table 4 Detection results of circulation water

现场应用一年，电厂运行情况良好。对循环水池悬挂的挂片监测，碳钢的腐蚀率均低于 0.050 mm/a，黄铜均低于 0.0025 mm/a，符合 GB50050-2007的要求。检修时发现循环水管道及凝汽器状良好，无结垢现象。

4 结 论

（1）AE4135 对抑制碳酸钙垢具有良好的效果。按照 GB/T 16632-2008 标准进行评价，随着加药量的增加，AE4135 的阻垢率不断提高。在加药量为50 mg/L 时，AE4135 的阻垢率大于 90%；与 AEC3175相比，在同一加药浓度下 AE4135 的静态阻垢率均高于 AEC3175。

（2）AE4135 对抑制硫酸钙垢具有良好的效果。按照实验条件操作，随着加药量的增加，AE4135的阻垢率不断提高。在加药量为 40 mg/L 时，AE4135的阻垢率大于 90%；与 AEC3175 相比，在同一加药浓度下 AE4135 的静态阻垢率均高于 AEC3175，尤其在低的加药浓度下硫酸钙阻垢性能明显示优于AEC3175。

（3）通过对 AE4135 的缓蚀性能试验，说明AE4135对碳钢和铜具有良好的缓蚀效果AE4135加药量为 40、60、80 和 100 mg/L 时，对碳钢的腐蚀速率分别为 0.063 38、0.048 30、0.031 83 和 0.023 53 mm/a，符合标准 GB50050-2007 的要求（碳钢＜0.075 mm/a）；对铜的腐蚀速率分别为 0.00201、0.001 76、0.001 26 和 0.000 75 mm/a，符合标准 GB50050-2007 的要求（铜＜0.005 mm/a）。

（4）常规动态模拟试验结果表明，无磷水处理药剂的性能达到国外同类产品的水平。

（5）通过在山东某电厂现场应用，证明 AE4135对敞开式循环水系统具有良好的阻垢和缓蚀效果。

（6）使用无磷水处理药剂可以解决循环水排污水磷超标的问题，具有明显的环境效益。

［1］艾仕云.有机膦酸盐缓蚀阻垢剂的研究和发展[J].清洗世界,1997,13 (1):27-30.

［2］魏存发,吕红,梁宝锋.循环冷却水缓蚀阻垢剂的现状及发展[J].石油技术与应用,2000,18(5):302-304.．

［3］国家环境保护局.GB8978-1996《污水综合排放标准》[S].北京:中国标准出版社出版,1996.

［4］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化委员会.GB/T 16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定—碳酸钙沉积法》[S].北京:中国标准出版社出版,2008.

［5］中国石油天然气集团公司.Q/SY 126-2007《油田水处理用缓蚀阻垢剂技术要求》[S].北京:石油工业出版社出版,2005.

［6］王兵,李长俊,廖柯熹,等.管道结垢原因分析及常用除垢方法[J].油气储运,2008,27(2):59-61.

［7］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 18175-2000《水处理剂缓蚀性能的测定—旋转挂片法》[S].北京：中国标准出版社出版,2008.

［8］中华人民共和国建设部. GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》[S].北京:中国计划出版社,2008.

Research and Application of Non-phosphorus Scale-Corrosion Inhibitor for Circulating Water System

SUN Xiao-dan，CHEN Ai-qin，XU Fei
(Weihai Xiangyu Technology Co.,Ltd., Shandong Weihai 264200, China)

Aiming at the scale and corrosion problem of open circulating water system, a new type scale & corrosion inhibitor AE4135 was developed. The test results show that AE4135 has a good effect on inhibiting calcium carbonate scale and calcium sulphate scale; AE4135 also has a good effect on inhibiting corrosion of carbon steel and copper. Application result of AE4135 in a power plant has proved that AE4135 has good scale and corrosion inhibition performance. Meanwhile the problem of wastewater phosphorus over standard has been solved, which can bring obvious environmental benefit.

Non-phosphorus; Scale-inhibiting; Corrosion inhibitor; Performance; Application

TQ 085.4

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1290-03

2014-05-01

孙晓丹（1987-），女，黑龙江双鸭山人，工程师，主要从事水处理剂的研究、应用及水处理技术服务工作。E-mail sun0124062@126.com。