热电厂循环水系统缓蚀阻垢剂配方的筛选试验研究*

彭一胜，柯伟良，莫才颂，李月明

(1.广东能源茂名热电厂有限公司，广东 茂名 525000;2.广东石油化工学院，广东 茂名 525000)

缓蚀阻垢剂是电厂循环水使用和处理过程中必需的一种化学药剂，可使循环水达到一定的质量要求。由于各企业所用循环水水质不同，循环水系统运行情况也有较大差异。因此，各发电厂需根据自身实际情况，开发适用的缓蚀阻垢剂，以保证循环水系统经济高效运行。本文结合某电厂循环水系统实际情况，进行了缓蚀阻垢剂开发研究。

1 仪器与方法

1.1 试验仪器

METTLER TOLEDO AB204-N电子天平(深圳市怡华新电子有限公司)；PHS-2C精密酸度计(上海仪电科学仪器股份有限公司)；HYA型恒温摇床(常州国宇仪器制造有限公司)；RCC-Ⅰ型旋转挂片腐蚀试验仪(北京恒奥德仪器仪表有限公司)。

1.2 试验材料

碳素钢试片，为符合HG5-1526规定的标准Ⅰ型20号碳钢试片，规格：50 mm×25 mm×2 mm(上海化科实验器材有限公司)；铜试片,系HSn70-1A铜管，从管口沿纵向平均剖切成四块，然后依弧状切成的长方形试片，规格：38 mm×16 mm×1 mm(深圳市信义诚金属材料有限公司)；水磨砂纸(东莞市中鸿研磨有限公司)；金相砂纸(深圳蔚仪金相试验仪器有限公司);无水乙醇;稀盐酸；H2SO4；NaOH。

根据经验，配制了3个系列5个配方的药剂，见表1。

表1 试验用药剂

1.3 试验方法

依次使用规格为220目、400目、600目的水磨砂纸，规格为100目、200目的金相砂纸进行打磨处理，直至试片表面光亮，无点蚀坑为止。再用软刷清除表面的机械杂质，然后用易挥发且不留残物的无水乙醇洗净试片。用游标卡尺精确测量其尺寸，干净滤纸包裹，放入干燥器中干燥 24 h 后取出备用。

挂片完毕，取出试片，先用自来水冲去试片表面的腐蚀产物，然后使用软橡皮擦除附着的腐蚀产物，最后用加有缓蚀剂的稀盐酸溶液清洗表面。经过处理后的试片使用无水乙醇清洗表面，干燥恒重。

根据试片挂片前后质量的变化和挂片时间，按式(1)计算试片的腐蚀速度：

(1)

式中：UCorr为腐蚀速度，mm/a；W0为挂片前试片的质量，g；W为挂片后试片的质量，g；A为试片的表面积，cm2；ρ为试片材料的密度，g/cm3，碳钢为 7.86 g/cm3；t为挂片时间，h。

1.4 试验用水

试验用水有两种：一是从某热电厂取回的实际循环水，以下简称实际水；二是参照该电厂2015—2016年循环冷却水水质配制成的模拟循环冷却水，以下简称模拟水。

模拟水是根据实际水的几项主要水质指标配制而成的(总硬度、钙硬度、碱度和氯离子)。配制水采用的是分析纯的无水CaCl2、MgSO4-7H2O和NaHCO3试剂。模拟循环水的水质为：钙硬度为50～55 mg/L，总硬度为80～85 mg/L，碱度为 40 mg/L(均以 CaCO3计)，氯离子为 33.5 mg/L。在配方筛选试验过程中，模拟循环水在加入药剂后，用H2SO4和NaOH将pH调节到8.0。

实际循环水于2019年1月19日取自电厂的冷却塔水池，主要水质指标为：钙硬度为 98.23 mg/L，总硬度为 113.52 mg/L，碱度为 40.15 mg/L(均以CaCO3计)，氯离子为 71 mg/L。试验前将其pH调节为8.0。

2 试验结果分析

2.1 配方初步筛选结果

动态挂片试验数据见表2。表2中Dn表示总加药量，D表示对应的EA、M、S、SA和HB药剂的加药量。

表2 初选方案动态挂片试验结果

表2数据表明：

1)磷系配方EA即使加药量提高到 40 mg/L，试片的腐蚀速度仍高达 0.2248 mm/a，因此不符合要求。

2)硅系配方S在不加入钼酸盐时，腐蚀速度约为规定值的3倍；随着钼酸盐的加入，缓蚀效果有所提高，但即使加入了 10 mg/L 的钼酸盐，腐蚀速度仍然高达 0.1454 mm/a；若欲再增加钼酸盐，降低腐蚀速度，则成本太高。含有锌盐的另一硅系配方SA，因加入了 4 mg/L 的锌盐，腐蚀速度可以降低到 0.1161 mm/a，说明通过加入锌盐或少量其它缓蚀药剂、亦或调整配方中各组分的比例，SA可望满足碳钢防腐要求。

3)钼系配方M在钼酸盐用量为 8 mg/L 时，不能起到预定防腐作用，当钼酸盐用量提高到 24 mg/L 后，缓蚀效果则有质的飞跃，腐蚀速度只有 0.0006 mm/a，说明钼酸盐在此强腐蚀性循环水中，能够起到很好的保护作用。另外，一种钼系配方HB，在不加入钼酸盐和锌盐的情况下，也不能达到防腐要求，而加入了钼酸盐和锌盐，并提高了膦羧酸含量后，性能有明显的改善，所以HB经过调整，也可望满足碳钢防腐要求。

2.2 配方调整结果

经过初步筛选，决定对SA和HB组分进行调整，以改善防腐性能。

1)SA的调整效果

调整SA后的动态挂片结果见表3。

表3 SA在模拟水中的动态挂片试验结果

比较表3中的编号227与255、212与239的数据，可以计算出：当硅酸盐的含量由 40 mg/L 提高到 60 mg/L 时，腐蚀速度降低了65.92%和78.70%，平均值为72.32%；比较编号227与212、255与239、231与224的数据，可以计算出：加入了 4 mg/L 锌盐，腐蚀速度分别降低了43.21%、64.52%和49.34%，平均值为52.36%；比较编号227与231、212与224、224与225的数据，可以计算出：当膦羧酸含量提高 10 mg/L 时，腐蚀速度分别降低了68.50%、71.90%和89.55%，平均值为76.65%。

因此，提高SA配方中硅酸盐、膦羧酸的比例，或者是添加锌盐，都能改善缓蚀效果。其中，膦羧酸最为显著，其次硅酸盐和锌盐。但是从成本的角度考虑，以 4 mg/L 的锌盐最为经济。所以，实际应用时可以同时提高瞵羧酸和锌盐比例，改善防腐性能。

虽然通过提高膦羧酸和锌盐的比例可以使SA的腐蚀速度降低到 0.125 mm/a 以下。但是从挂片后试片的表面状况来看，还是避免不了点蚀的发生。由于点蚀的危害较大，所以，SA不是首先配方。

2)HB的调整效果

调整HB后的动态挂片试验结果见表4。

表4 HB配方在模拟水中的动态挂片试验结果

比较编号204、205和202号试片，可知：当钼酸盐含量由0增加到5、10 mg/L 时，则腐蚀速度从 0.2818 mm/a 降低到0.1744、0.0687 mm/a，分别降低了38.11%和75.62%；当不加钼酸盐时(见203号片)，即使膦羧酸和锌盐含量分别达到 20 mg/L 和 4 mg/L，但腐蚀速度仍然高达 0.2641 mm/a。这说明钼酸盐在HB中是必不可少的。

比较编号211与257、232与259数据可知：加入 4 mg/L 锌盐，腐蚀速度分别降低了54.55%和97.76%；比较257、202和259号试片，当有 10 mg/L 的钼酸盐和 4 mg/L 的锌盐存在时，如果不用膦羧酸(见257号片)，则腐蚀速度为 0.1791 mm/a，若使用 10 mg/L(见202号片)或 20 mg/L(见259号片)的膦羧酸，则腐蚀速度可下降到 0.0687 mm/a 或 0.0022 mm/a，下降幅度分别高达61.64%和96.80%。

另外，从试片腐蚀后的表面状况观察，在HB配方试验中，试片均只发生了均匀腐蚀，而没有点蚀。尤其在总加药量Dn=62.67 mg/L 的条件下(其中：HB为 28.67 mg/L、钼酸盐为 10 mg/L、膦羧酸为 20 mg/L、锌盐为 4 mg/L)，试片表面状况最好，表现为试片表面光亮，腐蚀速度仅为 0.0022 mm/a。因此，选用HB作为配方的基础。

3)动态模拟实验

配方中选用了钼酸盐、有机膦羧酸、二元共聚物、无机磷酸盐、BTA作为阻垢分散剂，辅以锌盐作为缓蚀剂的药剂。在室内缓蚀实验基础上，选取02(100×10-6)进行动态模拟实验。

经过系列实验表明，所选取的药剂体系满足某电厂循环水水质要求，所选药剂缓蚀阻垢性能优良。最后，在现场对使用药剂按配方进行了优化，运行一个月后检测，各项水质指标均在控制范围内，循环水监测运行情况良好，试管和挂片的腐蚀速率均处于较低水平。

3 结语

通过对循环水系统药剂配方初选、在模拟水中的动态挂片试验条件下得到了最优配方。该药剂配方中单剂的有效区间广，现场复配药剂的调整灵活性大、适应性强，是一类经济实用型，环保友好型的新型环保配方产品。