中水回用于循环冷却水时缓蚀阻垢剂的性能研究

1、中水回用于循环冷却水时缓蚀阻垢剂的性能研究舒 纯1 于 萍2 肖兰芳2 李建梅2(1. 武汉钢铁集团公司能源动力总厂，武汉 430083;2. 武汉大学，武汉 430072）摘 要 本文通过静态法和动态模拟法评价中水用于循环冷却水系统时的缓蚀阻垢剂性能。试验表明，预膜后的试片放入含有1250mg.L-1 WGS-1:WGS-2=6:1的药剂下运行，其腐蚀速率小于0.04mm.a-1，缓蚀率大于90%，极限浓缩倍率达5.6，满足循环冷却水运行要求。关键词 循环冷却水 缓蚀剂 缓蚀性能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为了达到国家节水减排、节

5、约能源的要求，武钢综合废水经过污水处理后已用于循环冷却水的补充水，由于该中水中含有较多的杂质离子及循环水的不断浓缩，目前冷却设备的腐蚀问题较为突出。常用方法就是在循环水中添加缓蚀阻垢剂，这样既可以减少金属的腐蚀，又可提高循环水的浓缩倍数达到节约用水的目的。本文主要针对武钢污水处理站的出水水质，通过静态和动态模拟试验，筛选合适的循环冷却水缓蚀阻垢剂，确定最佳的运行参数，以期保证该中水回用于循环冷却水系统时的正常运行。1 试验部分1.1 原材料和仪器材料：Q235碳钢；缓蚀阻垢剂有：WGS-1、WGS-2、WGS-3、WGS-4、WGS-5及WL-1等；分析仪器：DDS-11A型电导率仪、PHS-

6、3C型pH计、EL204电子天平及DRDT型水垢测定仪等。第八届（2011）中国钢铁年会论文集1.2 试验用水试验用水为武钢污水处理站的出水，其水质见表1。表1 武钢污水处理站出水水质分析 检测项目名称 水质指标 检测项目名称 水质指标固体溶解物847CODCr/mg.L-1 2.15 8.6318.2 电导率/850Ca2+/mg.L-1(相当于CaCO31951.3 试验方法试验采用静态和动态模拟试验方法来评价缓蚀阻垢剂性能，其中，缓蚀性能评价方法参照GB/T18175-2000，阻垢剂性能评价方法参照GB/T166322008。1.4 动态模拟试验装置动态模拟试验装置见图1。图1 动态模

7、拟试验装置试验时先在循环水槽中加入一定量含有缓蚀阻垢剂试验用水，将预膜或没有预膜的试片放入循环水槽中，控制温度50。试验中维持循环水槽中的液位不变，监测体系中Cl、Ca2+的浓度，直至Cl和Ca2+的浓缩倍率达到极限浓缩倍率，计算最大浓缩倍率及缓蚀率。2 结果与讨论2.1 静态法评价缓蚀阻垢剂的缓蚀性能使用静态法来评价WGS-1、WGS-2、WGS-3、WGS-4、WGS-5、ZnCl2、WL-1缓蚀剂用于武钢污水处理站出水（中水）中的缓蚀性能。2.1.1 单组份缓蚀阻垢剂的性能将不同的缓蚀阻垢剂按200mg/L的计量加入装有250mL试验用水的烧杯中，试片经过磨光、清洗、称重后放入烧杯，体系

8、在水浴中保持温度为50，时间为24h。试验结果见表2。中水回用于循环冷却水时缓蚀阻垢剂的性能研究 空白 从表2中可以看出，WGS-2用于该中水时的缓蚀性能比其他缓蚀剂的缓蚀性能好，缓蚀率达到84%，而其他药剂的缓蚀率则低于73.2%。2.1.2 复合缓蚀阻垢剂配方的缓蚀性能选择缓蚀性能较好的WGS-1、WGS-2、WGS-3，按照1:1和1:1:1进行复合配方，得到四种复合缓蚀阻垢剂，试验方法同上，试验结果见表3。=表3 复合缓蚀阻垢剂性能比较 =试剂 失重/g 腐蚀速率/mm.a-1 缓蚀率/% WGS-1:WGS-2WGS-1:WGS-3WGS-2:WGS-3WGS-1:WGS-2:WGS

9、-3空白从表3中可以看出，在相同的加入量，WGS-1和WGS-2复合而成的缓蚀阻垢剂的缓蚀效果好于其他复配组合，也优于单组分时候的缓蚀效果，表明两者有着良好的协同效应。WGS-1/WGS-2组合缓蚀率达到85.9%，腐蚀速率为0.0572mm/a，低于国家标准要求的0.075mm/a腐蚀速率。2.1.3 WGS-1和WGS-2复合缓蚀阻垢剂缓蚀性能的优化WGS-1和WGS-2的不同配比及加入Zn2+后对Q235缓蚀性能的影响见图2图4。图2中WGS-1/WGS-2的浓度为200mg/L；图3中WGS-1:WGS-2=6:1，复配缓蚀剂浓度为150mg/L。图2 WGS-1/WGS-2的不同配比

10、对缓蚀性能的影响 图3 Zn2+的浓度对缓蚀性能的影响从图2中可以看出，WGS-1的百分数为85.7%时的缓蚀效果最好，腐蚀速率、缓蚀率分别为0.0474mm/a及87.9%。从图3中可以看出，阻垢剂的缓蚀性能随着Zn2+的浓度的增大而增大，当ZnCl2的浓度大于6mg/L时，腐蚀速率小于0.0441mm/a，缓蚀率大于90.4%，缓蚀性能要强于不加Zn2+的WGS-1/WGS-2缓蚀剂(相同条第八届（2011）中国钢铁年会论文集件下其腐蚀速率为0.0474mm/a)。这是因为Zn2+是一种阴极缓蚀剂，当发生腐蚀时，阴极区产生的OH和Zn2+迅速反应生成沉淀并成膜，但这种膜松软不牢固，当有机磷

11、酸盐等在金属表面形成的沉积、吸附就可以起到补膜的作用，与其共同组成致密、牢固的保护层从而起到缓蚀效果3。图4 阻垢缓蚀剂加入量对缓蚀性能的影响从图4可以看出，随着阻垢缓蚀剂加入量的增大，腐蚀速率逐渐减少，缓蚀率逐渐增大。其主要原因为：随着缓蚀剂浓度的增大，溶液的黏度增大，溶液中氧浓度减小影响了氧的扩散过程，结果影响了电化学反应的速度，所以Q235碳钢试片腐蚀速度减慢；缓蚀剂浓度的增大使得缓蚀剂在Q235碳钢试片表面吸附量增多，生成大量的缓蚀剂的盐类，沉积在Q235钢试片的表面，这样就会降低试片的腐蚀速度。当缓蚀剂的加入量超过150mg/L时，腐蚀速率和缓蚀率都趋于平缓，变化不大。从静态法评价缓

12、蚀剂缓蚀性能试验看，WGS-1:WGS-2=6:1的配比是最优的。当试片不预膜时，运行时的缓蚀剂投加量在150175mg/L、ZnCl2的浓度在6mg/L的情况下，腐蚀速率小于0.045mm/a，缓蚀率在90%左右。当试片用含有200mg/L WGS-1/WGS-2阻垢缓蚀剂预膜后，运行时的浓度在50mg/L，其腐蚀速率小于0.045mm/a，缓蚀率为86.6%，均满足部颁标准。2.2 动态模拟试验方法评价缓蚀阻垢剂性能2.2.1 WGS-1:WGS-2=6:1和WL-1缓蚀剂性能的比较将1号、2号、3号和4号没有预膜的试片分别放入含有12mg/L、50mg/L的WGS-1:WGS-2=6:1

13、药剂、12mg/LWGS-1:WGS-2=6:1+6mg/L氯化锌的药剂、50mg/LWL-1于循环水中，其结果见表5。表4 缓蚀阻垢剂和WL-1性能比较 序号1号2号3号4号空白试验 KCl KCa 2+腐蚀速率 /mm.a-1 试片表面现象 缓蚀率/% 63.9 71.6 76.2 68.5 整个表面有腐蚀，有灰色和 紫褐色斑块，局部点蚀严重 整个表面有腐蚀，有灰色和 紫褐色斑块，局部点蚀严重 整个表面有腐蚀，有灰色和 紫褐色斑块，局部点蚀严重 整个表面有腐蚀，有灰色和 紫褐色斑块，局部点蚀严重 整个表面有腐蚀，有灰色和紫 褐色斑块，局部点蚀非常严重从表4可知，药剂的最大浓缩倍率均可大于4

14、.0倍，空白的极限浓缩倍率为2.25的；对比1号、3号，氯化锌的加入对缓蚀性能有所改善；相同加药量时，2号的缓蚀性能要优于4号。不预膜的情况下，运行浓度在1250mg/L之间，其腐蚀速率均大于0.18mm/a，腐蚀速率超过了0.075mm/a的要求。2.2.2 预膜工艺和未预膜工艺的比较用试片放入含有200mg/L 的WGS-1:WGS-2=6:1+6mg/L氯化锌的试验用水中预膜24h（50），再将预膜与未预膜的试片同时放入含有20mg.L-1，WGS-1:WGS-2=6:1的试验用水中运行（50），结果见表6。中水回用于循环冷却水时缓蚀阻垢剂的性能研究表5 预膜工艺和未预膜工艺比较 类型未

15、预膜试片从表5可知，预膜后的试片腐蚀速率和缓蚀率均优于未预膜的试片，预膜后的腐蚀速率为0.0745mm/a，小于0.075mm/a，达到循环水中碳钢的使用要求。2.2.3 预膜和运行参数对缓蚀性能的影响将1号、2号、3号和4号试片分别进行预膜处理，其中1号试片用含有200mg/L WGS-1:WGS-2=6:1预膜24h；2号、3号和4号试片用含有150mg/L WGS-1:WGS-2=6:1 +6mg/L氯化锌预膜24h。然后将1号、2号试片分别放入含有12mg/LWGS-1:WGS-2=6:1试验用水中，3号放入12mg/L WGS-1:WGS-2=6:1+6mg/L氯化锌的试验用水中，4

16、号放入50mg/L WGS-1:WGS-2=6:1的试验用水中运行，温度为50，结果见表6。表6 预膜和运行参数对缓蚀阻垢剂性能的影响 名称1号2号3号4号 KCl KCa 2+腐蚀速率 /mm.a-1 试片表面现象 缓蚀率/% 75.5 94.3 90.3 98.9 一层淡棕色膜，洗净后 有大量斑点，点蚀较多 一层淡棕色膜，洗净后 有少量斑点，点蚀较少 一层淡棕色膜，洗净后 有少量斑点，有少量点蚀 一层淡棕色膜，无斑点，光亮如初从表6可知，比较1号和2号试片，在同样的运行条件下，采用2号方式预膜的试片其缓蚀率高；在相同预膜条件时，水中含有的缓蚀阻垢剂量多时，阻垢效果好，4号试片的腐蚀速率为0.008mm/a，缓蚀率达到98.9%，说明该预膜和运行工艺可行。3 结论通过静态与动态模拟试验可知，预膜工艺要优于未预膜工艺，用150mg/L WGS-1:WGS-2=6:1 +6mg/L氯化锌预膜后，试片在1250mg/L的浓度下运行，腐蚀速率小于0.075mm/a，缓蚀率大于90%，极限浓缩倍率达到5.6，可以达到循环冷却水的使用要求。参 考 文 献1 龙一波. 缓蚀剂及其在工业上的应用J. 现代涂料与涂装, 1999(4