工业循环冷却水添加阻垢缓蚀剂的试验研究

2017-04-01潘丽娜

综合智慧能源 2017年2期

关键词：阻垢试片碳钢

潘丽娜

(华电莱州发电有限公司，山东莱州 261441)

工业循环冷却水添加阻垢缓蚀剂的试验研究

潘丽娜

(华电莱州发电有限公司，山东莱州 261441)

电厂广泛采用热交换器(或水冷器)等设备间接冷却水、汽、油、气等各种介质，针对电厂工业循环冷却水系统结垢及腐蚀严重现象，通过小型阻垢缓蚀剂添加试验确定最佳水处理方案，达到阻垢、缓蚀目的，保证冷却水有良好的冷却效果，实现生产装置正常、高效、长周期运行和节水、节能的目标。

工业循环冷却水；阻垢缓蚀剂；腐蚀速率

表1 添加不同量HEDP的工业循环冷却水对铜和钢的腐蚀性

0 引言

冷却水是电力企业生产中不可缺少的工艺条件，某公司广泛采用热交换器(或水冷器)等设备间接冷却水、汽、油、气等各种介质，带走生产过程中产生的多余热量，使工艺介质得到冷却，满足生产工艺的要求；使发热的和高温环境下的部件、设备得到冷却，满足这些部件和设备对温度的要求。在重复利用冷却水时，由于水中溶解盐类质量浓度提高、工艺介质对水质污染等原因，造成循环冷却水水质恶化，使冷却水系统加速发生腐蚀、结垢、黏泥、菌藻滋生等水质故障。从某公司近几年的机组大修化学监督检查情况来看，使用工业循环水作冷却介质的热交换器结垢、腐蚀均较严重，已经影响了生产装置的正常运行。为了防止发生这些故障，保证冷却水有良好的冷却效果，实现生产装置正常、高效、长周期运行和节水、节能的目标，必须对冷却水进行处理。

在冷却水处理技术中，最常用、最经济、最有效的方法是添加化学药剂，即投加水处理剂到冷却水中，使之产生缓蚀、阻垢和杀生作用。目前工业应用的水质稳定剂多为缓蚀阻垢剂，品种繁多，某公司通过大量的试验对循环冷却水添加不同阻垢缓蚀剂、不同配方比，对腐蚀、结垢两项指标进行综合测评，统一分析，最终确定水处理方案，指导药剂添加。

1 小型试验

1.1 试验1

试验目的：检验添加一定量的羟基乙叉二膦酸(HEDP)阻垢剂的工业循环冷却水对冷却系统材质铜和钢的腐蚀性。

1.1.1 试验条件

试验水样：取自该公司三期冷却水塔的工业循环冷却水，向其中添加一定量的HEDP，未加任何缓蚀剂；试验温度：(45±1) ℃；试片制备：将新的黄铜(H62)、碳钢(20钢)腐蚀指示片用无水乙醇脱脂并清洗干净，用电吹风吹干后在干燥器内干燥2 h后称其质量，并测量其表面积(下同)。

1.1.2 试验方法

将添加不同量HEDP的试验水样加入500 mL烧杯中，将腐蚀指示片悬挂其中，并将烧杯置于(45±1) ℃的恒温水浴锅中，静态浸泡140.5 h。

取出试片，记录试片的表面腐蚀状况，然后擦拭、清洗、干燥后称其质量，计算均匀腐蚀速率，见表1。

1.1.3 试验结果

(1)该公司工业循环冷却水是腐蚀性水质，本身即具有一定程度的腐蚀性。

表2 添加不同量HEDP和阻垢缓蚀剂水样对铜和钢的腐蚀性

(2)铜试片在ρHEDP<8 mg/L的工业循环冷却水中均匀腐蚀速率较低，但有一定程度的局部腐蚀即点蚀现象，点蚀程度随ρHEDP的增加而逐渐加重。

(3)碳钢试片局部腐蚀较轻微，但均匀腐蚀速率较高。

GB 50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》对冷却水系统金属耐蚀性做出如下规定：碳钢管壁的腐蚀速率应小于0.075 mm/a，铜及铜合金管壁的腐蚀速率应小于0.005 mm/a[1]。从试验结果看，碳钢试片在ρHEDP=0～10 mg/L的工业循环冷却水中的腐蚀速率均不能满足上述要求；铜试片在ρHEDP<8 mg/L的工业循环冷却水中的腐蚀速率能满足上述要求，但有局部腐蚀即点蚀现象：因此，必须添加同时具备阻垢和缓蚀效果的水处理剂才能减缓设备腐蚀，延长设备检修周期和使用寿命。

1.2 试验2

试验目的：工业循环冷却水添加HEDP存在一定程度的腐蚀，拟加入一定量的缓蚀剂减缓其腐蚀。向ρHEDP不同和缓蚀剂种类不同的溶液中放入铜、钢指示片，观察其对铜、钢的腐蚀性，检验LK-1，巯基苯骈噻唑(MBT)及乌洛托品3种缓蚀剂的缓蚀效果。

1.2.1 试验条件

试验水样：取自三期冷却水塔的工业循环冷却水，其中加有一定量的HEDP、缓蚀剂或不加缓蚀剂；试验温度：室温，约25 ℃。

1.2.2 试验方法

将添加不同量HEDP的试验水样加入500 mL烧杯中，将腐蚀指示片悬挂其中，在室温(约25 ℃)下静态浸泡136 h。试片取出之后的试验操作步骤同上，结果见表2。

1.2.3 试验结果

(1)添加缓蚀剂后铜试片均匀腐蚀速率均较低，LK-1，MBT作缓蚀剂时腐蚀速率比未加缓蚀剂的三期冷却水低一个数量级，乌洛托品作缓蚀剂时均匀腐蚀速率反而增大，且有点蚀现象，其余均无点蚀。

(2)在添加相同量缓蚀剂的情况下，随着ρHEDP的增加，碳钢试片缓蚀效果变好，MBT缓蚀剂的缓蚀效果最好，但点蚀较多，乌洛托品效果最差。

从试验结果看，常温条件下，铜试片在潻加3种缓蚀剂及不添加缓蚀剂的循环水中均能满足腐蚀速率<0.005 mm/a的要求，但乌洛托品缓蚀效果较差；碳钢试片只在含MBT缓蚀剂的循环水中能满足腐蚀速率<0.075 mm/a的要求，但有局部腐蚀即点蚀现象，乌洛托品缓蚀剂缓蚀效果最差。因此，单纯使用某一种缓蚀剂，并不能满足使用循环冷却水的各种设备材质的防腐要求。

1.3 试验3

工业循环冷却水分别添加烟台富水科技公司生产的JB-101，JB-102，JB-106阻垢缓蚀剂，观察其对铜、钢的腐蚀性，检验3种水处理剂的缓蚀效果。

1.3.1 试验条件

试验水样：取自二期冷却水塔的工业循环冷却水(不含HEDP)，其中加有一定量的JB-101，JB-102，JB-106阻垢缓蚀剂；试验温度：(45±1) ℃，水浴。

表3 工业循环冷却水添加不同量、不同种类阻垢缓蚀剂对铜和钢的腐蚀性

表4 工业循环冷却水添加HEDP，JB-106阻垢缓蚀剂对铜和钢的腐蚀性

1.3.2 试验方法

将添加不同量JB-101，JB-102，JB-106阻垢缓蚀剂的试验水样加入500 mL烧杯中，将腐蚀指示片悬挂其中，并将烧杯置于(45±1) ℃的恒温水浴锅中，静态浸泡148 h。试片取出之后的试验操作步骤同上，结果见表3。

1.3.3 试验结果

(1)添加缓蚀剂后铜试片均匀腐蚀速率均较低，JB-102，JB-106的腐蚀速率低于JB-101。添加这3种水处理剂的点蚀现象均轻微，JB-106的点蚀现象最轻，JB-102次之。

(2)添加JB-102，JB-106阻垢缓蚀剂的碳钢试片均匀腐蚀较轻，但JB-102较JB-106局部腐蚀重，ρJB-102，ρJB-106较低的循环水中，碳钢试片上均有结垢。

从试验结果看，45 ℃温度下，铜试片在添加JB-101,JB-102,JB-106 3种阻垢缓蚀剂的工业循环冷却水中均能满足腐蚀速率<0.005 mm/a的要求，但JB-101缓蚀效果较差；碳钢试片在添加JB-102，JB-106阻垢缓蚀剂的循环水中能满足腐蚀速率<0.075 mm/a的要求，但有局部腐蚀及结垢现象。

从3种阻垢缓蚀剂的缓蚀效果来看，JB-106缓蚀效果为佳。

1.4 试验4

工业循环冷却水添加HEDP与JB-106阻垢缓蚀剂，观察其对铜、钢的腐蚀性，检验这2种混合水处理剂的缓蚀效果。

1.4.1 试验条件

试验水样：取自二期冷却水塔的工业循环冷却水(未添加任何水处理剂)，向其中加入一定量的HEDP与JB-106阻垢缓蚀剂；试验温度：(45±1) ℃，水浴。

1.4.2 试验方法

将添加不同量HEDP，JB-106的试验水样加入500 mL烧杯中，将腐蚀指示片悬挂其中，并将烧杯置于(45±1) ℃的恒温水浴锅中，静态浸泡160 h。试片取出之后的试验操作步骤同上，结果见表4。

续表

1.4.3 试验结果

(1)添加阻垢缓蚀剂JB-106与HEDP后，铜试片均匀腐蚀速率均较低，在ρJB-106=10 mg/L的循环水中的腐蚀速率整体低于ρJB-106=5，8 mg/L的循环水。

(2)在ρJB-106相同的条件下，碳钢试片均匀腐蚀速率随ρHEDP的增加而减小。总体看，ρJB-106=10 mg/L的循环水中，碳钢试片均匀腐蚀速率相对略低。

(3)在ρJB-106相同的条件下，碳钢试片上的结垢随ρHEDP的增加而减少。但ρJB-106=10 mg/L的循环水中，碳钢试片上结垢最少。

从试验结果看，45 ℃下，铜试片均能满足腐蚀速率<0.005 mm/a要求。在ρJB-106=5 mg/L与ρHEDP=8 mg/L，ρJB-106=8 mg/L与ρHEDP=8 mg/L，ρJB-106=10 mg/L与ρHEDP=5 mg/L的循环水中，碳钢试片能满足腐蚀速率<0.075 mm/a要求，在ρJB-106=5 mg/L与ρHEDP=8 mg/L的循环水中有局部腐蚀现象。

1.5 试验结果

从铜、钢试片的均匀腐蚀、局部腐蚀、结垢3方面看，在ρJB-106=10 mg/L与ρHEDP=5 mg/L的循环水中综合效果最好。

2 实施效果

为了检验工业循环冷却水处理的实际缓蚀、阻垢效果，在循环水出口处悬挂经过处理的铜(H62)、碳钢(20钢)腐蚀指示片。

经过9个月运行试验，分期将悬挂在循环水出口处的腐蚀指示片取出，记录试片的表面腐蚀状况，然后擦拭、清洗、干燥后称其质量，计算均匀腐蚀速率，结果见表5。铜试片腐蚀速率均为0，满足腐蚀速率<0.005 mm/a的要求；碳钢试片腐蚀速率也均能满足腐蚀速率<0.075 mm/a要求，水冷器进出口温差也由原来的3 ℃增至7 ℃，说明结垢减少。

表5 ρJB-106=10 mg/L，ρHEDP=5 mg/L的循环水中铜和钢的腐蚀性

3 安全与经济效益分析

(1)确保生产装置高效、长周期运行，减少火力发电装置的能耗。采用水处理技术，可以有效抑制水冷器腐蚀和结垢以及循环水中的菌藻繁殖、黏泥滋生，使水冷器水侧可以高效运行3年以上。

(2)延长设备使用寿命。冷却水中溶解氧体积浓度的提高和水质恶化，使冷却水的腐蚀性增强，碳钢的腐蚀速率可以高达2.3 mm/a，导致碳钢水冷器设计使用8年的寿命缩短为4个月[2]。大修时发现所有的水冷器都存在堵塞和部分穿孔现象，污垢堵塞的占80%，冷却水出进口温差由设计的7.7 ℃降到不足1.0 ℃；添加阻垢缓蚀剂后，水冷器进出口温差由原来的3 ℃增至7 ℃。

(3)节约水资源。将已有循环冷却水的运行浓缩倍数提高，可以进一步减少水耗。

(4)减少污水排放。冷却水在冷却过程中，受冷却介质、热量和周围环境的影响，水质变差成为工业污水，采用工业水处理技术，可以大幅度减少工业污水排放。