無磷緩蝕阻垢劑YSW109的研制及性能評價

凌 俊，李春麗，酈和生，秦會敏

(1.中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102500;2.中國石化集團北京化工研究院，北京 102500)

無磷緩蝕阻垢劑YSW109的研制及性能評價

凌 俊1，李春麗2，酈和生2，秦會敏2

(1.中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102500;2.中國石化集團北京化工研究院，北京 102500)

研制出一種無磷緩蝕阻垢劑YSW109，對緩蝕阻垢性能進行了評價。結果表明，在不同水質和水處理工藝條件下，YSW109對碳鋼均具有較好的緩蝕作用，碳酸鈣阻垢性能和穩定鋅鹽的性能與現有磷系藥劑相當;動態模擬試驗試管腐蝕速率和黏附速率分別為0.018 mm/a和1.51 mcm，均達到中國石化“很好級”標準。

無磷 緩蝕 阻垢 循環水

目前，國內工業水處理用阻垢緩蝕劑大部分仍為磷系配方［1］，但隨著社會的進步和環保意識的增強，人們對磷的認識也逐漸發生了變化。盡管磷本身無毒，但作為營養源，它使水體產生富營養化，使微生物特別是藻類過度繁殖，造成湖水污染、海水赤潮等危害，破壞生態平衡［2］。此外，磷系配方促進微生物繁殖，消耗大量的殺菌劑，為了節約用水，很多企業大幅提高濃縮倍數［3］，系統殺菌問題更加突出，無磷配方有利于循環水殺菌滅藻，給循環水管理帶來極大方便，這也是促進無磷配方發展的重要因素之一。因此，開發研究無磷配方已成為21世紀水處理藥劑發展的趨勢［4］。

以無磷緩蝕劑TH-907為主劑，再復配其它無磷阻垢劑研制成功YSW109無磷緩蝕阻垢劑，可滿足循環水裝置運行的需要。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

市售聚羧酸、硫酸鋅和苯并三氮唑試劑;TH-907緩蝕劑(山東泰和水處理有限公司);RCC－I型旋轉掛片腐蝕試驗儀(江蘇高郵儀器廠);ZK-1型自控恒溫水浴鍋(江蘇高郵儀器廠);722N型分光光度計(上海精密科學儀器有限公司);動態模擬裝置(自制，獲得實用新型專利)。

1.2 試驗及分析方法

1.2.1 試驗方法

緩蝕性能:參照中國石油化工總公司生產部、發展部制訂的《冷卻水分析和試驗方法》第404條規定，將20號優質碳鋼試片固定在掛片儀上，放入加有藥劑的試驗用水中，恒定溫度45℃，保持轉速75 r/min旋轉72 h，記錄試驗前后試片的質量，計算平均腐蝕速率和緩蝕率。

碳酸鈣阻垢性能:容量瓶法，參照國標GB/T16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》規定，取試驗用水加入500 mL容量瓶中，加入一定量的藥劑和四硼酸鈉搖勻，于(80±1)℃恒溫水浴內保持10 h，取樣分析試驗水中剩余Ca2+的質量濃度，計算碳酸鈣阻垢率。

鋅鹽阻垢性能:參照中國石油化工總公司生產部、發展部制訂的《冷卻水分析和驗方法》第403條規定，取蒸餾水配制Zn2+質量濃度為5 mg/L的試驗用水，加入500 mL容量瓶中，加入一定量的藥劑，于(80±1)℃恒溫水浴內靜置10 h，取樣分析試驗用水中剩余Zn2+的質量濃度，計算阻鋅率。

動態模擬試驗:參照中國石油化工總公司生產部、發展部制訂的《冷卻水分析和試驗方法》第407條規定執行。

1.2.2 分析方法

堿度、Ca2+，Cl－，Zn2+和 pH 值的測定方法均參照中國石油化工總公司生產部、發展部制訂的《冷卻水分析和試驗方法》。

2 結果與討論

2.1 靜態實驗研究

2.1.1 TH-907單劑及復配緩蝕效果

對無磷藥劑TH-907單獨使用及與鋅鹽復配時的緩蝕效果進行了評價，試驗結果見表1。

表1 TH-907單劑及復配緩蝕效果

表1結果表明，TH-907單獨使用時，對碳鋼具有一定的緩蝕效果，并且隨著藥劑質量濃度的增加，緩蝕效果逐漸增強，但整體來說緩蝕效果不明顯;TH-907與鋅鹽之間表現出明顯的協同作用，碳鋼的腐蝕速率較單獨使用有大幅度下降，在藥劑質量濃度達到60 mg/L時腐蝕速率即可達到0.013 mm/a。

TH-907與鋅鹽復配具有良好的緩蝕效果，進一步研究TH-907為60 mg/L與鋅鹽復配時不同Ca2+質量濃度加堿度的水質條件下的緩蝕效果，試驗結果見表2。

表2 不同水質條件下復配緩蝕效果

表2結果表明，TH-907與鋅鹽復配后，隨著水中Ca2+質量濃度加堿度的升高，碳鋼的腐蝕速率呈下降趨勢，在Ca2+質量濃度加堿度達到600 mg/L時，腐蝕速率僅為0.017 mm/a，效果較好。

以TH-907無磷緩蝕劑、鋅鹽和苯并三氮唑為緩蝕組分，與聚羧酸和無磷共聚物進行復配，命名為YSW109，進行配方的緩蝕阻垢性能研究。

2.1.2 YSW109的緩蝕效果

由于地區的差異，循環水的水質也各不相同。南方地區水質較軟，此類水質的循環冷卻水處理主要解決緩蝕問題;長江流域和北京地區的地表水屬中等硬度水質，采用自然pH值運行，其處理以阻垢為主，但同時也要注意腐蝕的控制;北京地區的地下水屬高硬度水質，在循環冷卻水的運行中需要以加酸的形式控制堿度，這就使得腐蝕成為冷卻水處理的重點。因此，考察不同水質條件下YSW109的緩蝕效果，結果見表3。

表3 YSW109的緩蝕效果

表3結果表明，在YSW109作用下，低硬度低堿度水質自然pH值運行的條件下，碳鋼的腐蝕速率為0.051 mm/a，可以達到循環水處理要求;在中等硬度水質自然pH值運行條件下，碳鋼的腐蝕速率為0.032 mm/a，能夠滿足循環冷卻水的正常運行;在高硬度高Cl－質量濃度加酸處理條件下，碳鋼腐蝕速率為0.024 mm/a。YSW109可以滿足不同水質的緩蝕要求。

2.1.3 YSW109阻碳酸鈣垢性能

循環水中存在一定的Ca2+，碳酸鈣結垢會影響裝置的換熱效果，結垢嚴重還將引起垢下腐蝕，影響裝置的正常運行。考察不同水質條件下YSW109的碳酸鈣阻垢效果，結果見表4。

表4 YSW109的碳酸鈣阻垢效果

由表4可知，不同水質條件下，YSW109的碳酸鈣阻垢性能均能達到86%以上，在中等硬度以下的水質中甚至可以達到90%以上的阻垢率，阻垢性能良好，與現有對比配方的碳酸鈣阻垢性能基本一致。

2.1.4 YSW109穩定鋅鹽的性能

配方中鋅鹽與TH-907共同起到緩蝕作用，增強了配方的緩蝕效果，因此，它的穩定對配方的緩蝕阻垢性能十分重要。考察不同水質條件下對鋅鹽阻垢效果，試驗結果見表5。

表5 YSW109對鋅鹽阻垢效果

由表5可知，不同水質條件下，YSW109對鋅鹽阻垢性能均能達到48%以上，在中等硬度以下的水質中可以達到50%以上的鋅鹽阻垢率，能夠使鋅鹽穩定存在，與現有對比配方穩定鋅鹽的性能一致。

2.2 動態模擬試驗

2.2.1 動態模擬試驗條件

動態模擬試驗以地表水為補水，水質指標見表6，試驗控制參數見表7。

表6 動態模擬試驗補水水質 mg/L

表7 動態模擬試驗控制參數

2.2.2 動態模擬試驗結果

動態模擬試驗試片和試管結果見表8。

表8 動態模擬試驗結果

由表8可知，動態模擬試驗試片腐蝕速率控制良好，碳鋼和不銹鋼試管的腐蝕速率和黏附速率均達到中國石化“很好級”標準。

3 結論

(1)確定了無磷藥劑配方YSW109，其組成為TH-907、鋅鹽、苯并三氮唑、聚羧酸和共聚物。

(2)在不同水質條件下，YSW109的鋅鹽阻垢率和碳酸鈣阻垢率都能達到與現有磷系配方相當的效果，對碳鋼都能起到較好的緩蝕作用。

(3)動態模擬試驗結果表明，碳鋼試管和不銹鋼試管的腐蝕速率和黏附速率分別為0.018 mm/a和1.51 mcm，達到中國石化“很好級”標準。

［1］潘恩仲，孫浩，李星日.循環冷卻水處理藥劑的研究進展［J］.石油化工腐蝕與防護，2009，26(6):11-13.

［2］何淑英，徐亞同，胡宗泰，等.湖泊富營養化的產生機理及治理技術研究進展［J］.上海化工，2008，33(2):1-5.

［3］劉永昌，張冰如.循環冷卻水處理阻垢緩蝕劑的綠色化學研究進程［J］.凈水技術，2006，25(6):16 －20.

［4］伍桂松.化學工業冷卻節水、凝液回收和污水凈化回用措施探討［J］.化學工業，2007，25(7):6-13.

Development and Evaluation of YSW109 Non－Phosphorus Fouling and Corrosion Inhibitor

Ling Jun1，Li Chunli2，Li Hesheng2，Qin Huimin2
1.SINOPEC Beijing Yanshan Petrochemical Co.，Ltd.(Beijing 102500)
2.SINOPEC Research Institute of Beijing Yanshan Petrochemical Co.，Ltd.(Beijing 102500)

A YSW109 non－phosphorus fouling and corrosion inhibitor has been developed and its corrosion and fouling inhibition performances have been evaluated.The results show that the YSW109 inhibitor has excellent fouling and corrosion inhibition performance for carbon steel under various water and water treatment conditions.The fouling inhibition performances of calcium carbonate inhibitor are close to those of stable salt and existing phosphorus inhibitor.Dynamic simulation tests demonstrate that the corrosion rate and the adherent rate of carbon steel were 0.018mm/a and 1.51mcm，respectively，which reached the“very good”standard specifications of Sinopec.

non－phosphorus，corrosion inhibition，fouling inhibition，cooling water

TG174.42

A

1007－015X(2011)03－0016－03

2011－01－ 04;

2011－03－21。

凌俊(1965－)，男，高級工程師，從事熱能工程專業。E－mail:lingjun1188@sina.com.cn