循環(huán)冷卻水處理配方的改進(jìn)(1)

1、循環(huán)冷卻水處理配方的改進(jìn)(1)    摘要：針對化肥廠原用水穩(wěn)劑Z851在現(xiàn)場應(yīng)用中暴露的問題，從篩選單劑開始，經(jīng)過試驗，研制出以有機(jī)膦、磺酸鹽類共聚物、鋅等為主劑的水穩(wěn)劑Z981B?，F(xiàn)場應(yīng)用證明：Z98lB水穩(wěn)劑綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于原來的相磷鋅系水穩(wěn)劑，碳鋼試管平均腐蝕速率0.0368mm/a，粘附速率11.06mcm，適用于目前化肥循環(huán)水運(yùn)行狀況，有優(yōu)良的緩蝕阻垢性能。 關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水 水質(zhì)穩(wěn)定劑 緩蝕 阻垢  1 化肥循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀我公司化肥廠循環(huán)水系統(tǒng)原用水穩(wěn)劑Z851是公司研究所于20世紀(jì)80年代初期針對當(dāng)時化肥系統(tǒng)運(yùn)行工況研制開發(fā)

2、的一種鉬磷鋅系水穩(wěn)劑。該水穩(wěn)劑對當(dāng)時化肥廠的水處理起到了一定的積極作用。但隨著時間的推移，化肥循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行工況和水質(zhì)狀況都起了一系列的變化，Z851在應(yīng)用中日漸暴露其不足，其主要表現(xiàn)為：缺少對銅換熱器的緩蝕能力，碳鋼腐蝕嚴(yán)重，結(jié)垢現(xiàn)象也較為突出，部分高溫水冷器夏季有冷卻不下來的現(xiàn)象，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)嚴(yán)重。表1、表2分別是化肥廠使用Z851水穩(wěn)劑條件下現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和水冷器垢樣分析結(jié)果。從表2數(shù)據(jù)來看：銅和不銹鋼水冷器垢樣中的結(jié)垢因子（CaO+MgO+P2O2）都在40以上，ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20以上，說明循環(huán)水系統(tǒng)中結(jié)垢和鋅鹽沉積都相當(dāng)嚴(yán)重；而碳鋼水冷器垢樣中的Fe2O3含量又反映出碳鋼的腐蝕

3、也是不容忽視的，從表1數(shù)據(jù)又同時印證系統(tǒng)結(jié)垢腐蝕的嚴(yán)重性。這說明使用Z851水穩(wěn)劑，其緩蝕阻垢性能都已遠(yuǎn)不能滿足目前化肥循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，為此研制開發(fā)新型水穩(wěn)劑勢在必行。2 新型水穩(wěn)劑的實驗室研制化肥廠循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水有兩種水源：水庫水和河道水，具體水質(zhì)數(shù)據(jù)見表3，一般現(xiàn)場使用時是一種水源單獨(dú)補(bǔ)加，當(dāng)某種水源供水不足時，再換用另一種水源，但兩種水都是超低硬度、低堿度的強(qiáng)腐蝕性水，經(jīng)濃縮57倍后，仍有一定的腐蝕性，又呈現(xiàn)較強(qiáng)的結(jié)垢趨勢，這對開發(fā)新水穩(wěn)劑提出了更高的要求，要求其不僅有優(yōu)良的緩蝕性能，同時有很好的阻垢分散性能。表 化肥廠近兩年現(xiàn)場監(jiān)測試管數(shù)據(jù)年份碳鋼試驗銅試驗腐蝕速率（mm

4、·a-1） 粘附速率(mcm)腐蝕速率（mm·a-1）粘附速率(mcm)19980.226818.22   19990.247329.170.222910.58總公司標(biāo)準(zhǔn)<0.075<15<0.005<15表 現(xiàn)場水冷卻器垢樣分析結(jié)果（1999年月現(xiàn)場采樣） %水冷器號 材質(zhì)垢 組 分w(550灼減)w(950灼減)w(酸不溶物)w(CaO+MgO)w(P2O5)w(Fe2O3)w(Al2O3)w(ZnO)w(CuO)總計0103-E2碳鋼11.471.988.063.0410.6560.183.823.770.01102.941

5、12-KE1碳鋼10.671.366.141.878.2666.752.531.110.0498.74111-K1E3銅15.21.83.1512.1434.014.0415.0223.830.33109.54117-K1E1不銹鋼17.972.440.9415.8929.361.688.5822.790.0299.7表3 兩種水源的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)分析項目水庫水河道水總硬度(CaCO3)/(mg·L-1)23.455.0總堿度(CaCO3)/(mg·L-1)16.031.2鈣硬(CaCO3)/(mg·L-1)16.634.4PH值7.216.89(C1-)/(mg&

6、#183;L-1)8.8536.3(SO42-)/(mg·L-1)15.534.2電導(dǎo)率/（S·cm-2）112.0244.0（總?cè)芄蹋?(mg·L-1)72.3167.5（濁度）/(mg·L-1)1.01.22.1 水穩(wěn)劑配方的確定對Z851配方中的單劑及配比進(jìn)行了具體分析，同時針對其在現(xiàn)場應(yīng)用中所表現(xiàn)的不足，認(rèn)為配方本身存在的主要缺陷為：缺少銅緩蝕劑；配方中所用有機(jī)磷性能欠佳，存在一定程度的分解，分解后藥效降低；沒有較好的阻垢分散劑來適應(yīng)高濃縮倍數(shù)運(yùn)行。根據(jù)分析我們進(jìn)行了新型水穩(wěn)單劑的篩選，優(yōu)選了有機(jī)磷竣酸、磺酸鹽類共聚物及銅緩蝕劑苯驕三氮挫，同時復(fù)

7、配一定的鋅鹽。根據(jù)優(yōu)選的單劑，進(jìn)行單劑間不同比例的復(fù)配，共試驗了38個配方，其中14個配方的不預(yù)膜試片的腐蝕速率低于 . mma。初選得到的 14個配方，進(jìn)行多次試驗，各配方的腐蝕速率見表4。表4 不同配方的腐蝕速率及緩蝕率配方單劑配比腐蝕速率/（mm·a-1）緩蝕率/%w(有機(jī)膦羧酸)/%w(磺酸鹽類共聚物)/%w（苯駢三氮唑)/%w(Zn2+)/%146280.039097.62681100.034697.9312102120.015099.148123150.035797.851015160.031898.06128380.027798.376152100.017498.988

8、125120.036697.791083150.042497.4101210160.020798.711612280.026098.4128153100.024498.61310153100.017598.9148121100.027498.3空白00001.62500.00Z981B的組成：有機(jī)瞵HEDP、有機(jī)瞵羧酸、苯駢三氮唑、磺酸鹽類共聚物、鋅鹽。由表4可知：，7，13配方在實驗誤差范圍內(nèi)均有十分優(yōu)異的緩蝕效果，綜合考慮藥劑的穩(wěn)定性、各單劑間的協(xié)同性以及藥劑成本等條件，最終選擇 7號配方，命名為 Z981B。2.2 配方性能評定試驗2.2.1 緩蝕性能試驗試驗水質(zhì)：現(xiàn)場補(bǔ)充水，采用水庫水

9、。試驗條件：溫度50，試片為1型20碳鋼和紫銅，試片不經(jīng)預(yù)膜。運(yùn)行過程中試驗水自然濃縮，試驗結(jié)果見表5。表5 不同投加量的Z981B對碳鋼和銅的腐蝕速率Z981B投加量/（mg·L-1）腐蝕速率/（mm·a-1）銅腐蝕速率/（mm·a-1）600.63880.00751000.03650.00571200.02490.00481500.02210.00332000.01710.0021試驗表明：Z981B水穩(wěn)劑投加量越高，緩蝕性能越好，當(dāng)投加量高于120 mgL時，緩蝕效果優(yōu)良，綜合考慮Z98lB的其它性能，Z98lB的使用投加量選擇為 150 mgL。2.2.2

10、 靜態(tài)阻垢試驗由于水穩(wěn)劑為有機(jī)磷鋅類，因此阻垢性能不僅要考慮阻碳酸鈣性能，同時還要考慮阻磷酸鈣和穩(wěn)鋅性能。Z98lB試驗投加量都為 150 mgL。試驗結(jié)果對碳酸鈣的阻垢率為99.2，對磷酸鈣的阻垢率為98.7，對鋅離子的穩(wěn)定作用為94.8。2.2.3 藥劑穩(wěn)定性試驗藥劑在水中停留時間長，受熱及氧化性殺菌劑的影響有可能分解而產(chǎn)生正磷，若分解嚴(yán)重勢必會影響藥劑的性能。通過考察常溫、受熱50、受熱50并加氧化劑條件下Z98lB水穩(wěn)劑的分解程度，觀察水穩(wěn)劑的熱穩(wěn)定性和抗氧化性。Z98lB的投加量為 150 mgL，水中總磷的質(zhì)量濃度為8.5mg/L。試驗采用蒸餾水，氧化性殺菌劑采用強(qiáng)氯精（三氯異氰豚

11、酸），每天投加 2 mgL。定時分析正磷濃度，試驗結(jié)果見表6。表6 藥劑的穩(wěn)定性試驗結(jié)果試驗條件不同時間水中（正磷）/（mg·L-1）分解率0h24h48h72h96h120h144h168h常溫0.1410.1410.1690.1970.2110.2110.2110.2250.9950oC0.1690.1830.1410.2250.1690.1550.1830.2250.6650oC且每天加強(qiáng)氯精2mg/L0.2810.5910.6190.8160.9271.2241.2261.40713.2注:分解率%=(試驗后正磷-試驗前正磷)/8.5試驗結(jié)果表明：Z98lB水穩(wěn)劑在常溫和50

12、條件下，隨著藥劑停留時間的延長，藥劑存在一定的分解，但分解率很低，加入強(qiáng)氯精后，分解程度有所增加，但影響不是很大，7d（16 h）后的分解率只有13.2。說明Z98lB水穩(wěn)劑熱穩(wěn)定性和抗氧化性都較好。2.3 動態(tài)模擬試驗采用動模試驗裝置對Z98lB的緩蝕阻垢性能進(jìn)行綜合考察，通過模擬生產(chǎn)裝置現(xiàn)場條件來考察水穩(wěn)劑對碳鋼、銅的緩蝕阻垢性能。試驗參數(shù)及試驗結(jié)果見表7。表7 動態(tài)模擬試驗控制參數(shù)及試驗結(jié)果項目碳鋼銅預(yù)膜Z981B投加量/（mg·L-1）400400預(yù)膜PH值7.07.57.07.5正常Z981B投加量/（mg·L-1）150150試驗時間/h360360流速/（m·s-1）11進(jìn)口水溫/0C3232蒸汽溫度/0C9910099100正常運(yùn)行PH值7.58.57.58.5濃縮倍