有機磷系阻垢劑對水中三氧化二鐵的分散效果研究

豐彬田 何小帝(華北電力大學 河北 保定071003)

前言

長期的實踐使人們認識到熱力系統(tǒng)中水的品質是影響發(fā)電廠熱力設備如鍋爐、汽輪機等安全、經濟運行的重要因素之一。沒有經過凈化處理的天然水含有許多雜質，這種水如進入汽水循環(huán)系統(tǒng)將會造成各種危害。一般將能夠防止水垢和污垢產生或者抑制其沉積生長的化學藥劑統(tǒng)稱為阻垢劑。阻垢劑在工業(yè)上常用的形式主要有阻垢緩蝕劑和阻垢分散劑兩種。

目前，高溫高壓鍋爐對補給水采取了二級脫鹽處理，已經避免了低壓的那種以碳酸鹽或硅酸鹽為主要成分的結垢情況，而是以氧化鐵垢為主，氧化鐵垢已經成為高溫高壓鍋爐安全運行的最大危害。因此，分析氧化鐵垢和腐蝕的特點和影響因素并提出有效的對策，對火電廠的安全經濟運行具有十分重要的意義。

一、實驗數據處理及分析

1.PAL阻垢劑對氧化鐵分散效果的研究

(1)PAL阻垢劑濃度對氧化鐵的分散效果

分別取50ml鐵標樣于5個150ml錐形瓶中，并通入空氣使其充分氧化成氧化鐵，之后依次加入0mg，0.01mg，0.02mg，0.03mg，0.04mg PAL阻垢劑，移入50ml容量瓶，定容至50ml。之后將5個容量瓶移入80℃恒溫箱中恒溫16個小時。16個小時后取出后冷去過濾，取出濾液測量吸光度。依據標準曲線計算出鐵樣中鐵的濃度，計算阻垢率，并以阻垢劑濃度為橫坐標，阻垢率為縱坐標作圖。

圖1 PAL阻垢劑濃度對氧化鐵分散效果的影響

從圖1可以看出，隨著PAL阻垢劑濃度的增大，PAL阻垢劑的阻垢率先快速上升，當上升到55%時開始緩慢上升，穩(wěn)定后接近平緩的一條直線，阻垢率幾乎不變。剛開始時，阻垢劑濃度遠小于鐵離子濃度，阻垢劑能和鐵離子充分反應，所以剛開始時，阻垢率隨阻垢劑濃度的增大而快速增大。當增大到一定值時，阻垢劑與鐵離子的反應接近于飽和，所以隨著阻垢劑濃度的增大阻垢率幾乎不變。

(2)鐵離子濃度對氧化鐵的分散效果

分別取10ml，30ml，50ml，70ml鐵標樣于4個150ml錐形瓶中，加入適量去離子水，并通入空氣使其充分氧化成氧化鐵，之后各加入0.02mg PAL阻垢劑，移入50ml容量瓶，定容至50ml。之后將4個容量瓶移入80℃恒溫箱中恒溫。16個小時后取出，冷去過濾，取濾液測量吸光度。依據標準曲線計算出鐵樣中鐵的濃度，計算阻垢率，并以鐵離子濃度為橫坐標，阻垢率為縱坐標作圖。

圖2 鐵離子濃度對氧化鐵分散效果的影響

從圖2可以看出，隨著鐵離子濃度的增大，PAL阻垢劑的阻垢率一直下降，且下降的速率越來越快，穩(wěn)定后無限接近平0。剛開始時，阻垢劑濃度遠大于鐵離子濃度，阻垢劑能和鐵離子充分反應，鐵離子幾乎完全與阻垢劑反應，所以剛開始時，阻垢率最大。當鐵離子增大到一定值時，阻垢劑與鐵離子的反應接近于飽和，之后增加的鐵離子將不予阻垢劑反應，所以隨著鐵離子濃度的增加，未與阻垢劑反應的鐵離子就越來越多，即阻垢率越來越低。由圖2可以看出當PAL阻垢劑濃度為4mg/L時，最佳鐵離子濃度為100mg/L，因為當鐵離子濃度低于100mg/l時，阻垢率降低速率很小，而當鐵離子高于100mg/l，阻垢率下降速率很快。從高效，經濟的角度來看，當阻垢劑濃度為4mg/L，鐵離子濃度為100mg/l時，既可以保證足夠的阻垢率，又可以盡量減少阻垢劑用量，從而達到高效，經濟的目的。

(3)溫度對氧化鐵分散效果的研究

分別取50ml鐵標樣于5個150ml錐形瓶中，加入適量去離子水，并通入空氣使其充分氧化成氧化鐵，之后各加入0.02mg PAL阻垢劑，移入50ml容量瓶，定容至50ml。在將4個容量瓶分別移入20℃，40℃，60℃，80℃的恒溫箱中恒溫。16個小時后取出冷去過濾，取濾液測量測出吸光度。依據標準曲線計算出鐵樣中鐵離子的濃度，計算阻垢率，并以恒溫溫度為橫坐標，阻垢率為縱坐標作圖。

圖3 溫度對氧化鐵分散效果的影響

從圖3可以看出，隨著溫度的升高，PAL阻垢劑的阻垢率一直下降，且下降的速率越來越慢，穩(wěn)定后下降趨勢幾乎為零，阻垢率穩(wěn)定不變。PAL阻垢劑的溶度積隨溫度的增高而降低。剛開始時，溫度低，阻垢劑完全融于溶液中，溶液中阻垢劑濃度最大，由圖1可以看出，阻垢劑濃度越大，阻垢效果越好。所以剛開始時，阻垢率最大。隨著溫度的升高，阻垢劑的溶度積變小，導致溶液中的阻垢劑濃度降低，所以阻垢率降低。之后由于阻垢劑濃度已經很小了，溫度的增加對溶液中的阻垢劑濃度影響不大，所以阻垢率穩(wěn)定。由圖可以看出，溫度在40℃至60℃之間時，阻垢率下降的很明顯，所以，溫度應維持在40℃之下。

(4)恒溫時間對氧化鐵分散效果的研究

分別取50ml鐵標樣于4個150ml錐形瓶中，加入適量去離子水，并通入空氣使其充分氧化成氧化鐵，之后各加入0.02mg PAL阻垢劑，移入50ml容量瓶，定容至50ml。之后將4個容量瓶移入80℃恒溫箱中恒溫。各分別恒溫8，16，24，32個小時后取出，冷去過濾，取濾液測量測吸光度。依據標準曲線計算出鐵樣中鐵的濃度，計算阻垢率，并以恒溫時間為橫坐標，阻垢率為縱坐標作圖。

圖4 恒溫時間對氧化鐵分散效果的影響

從圖4可以看出，隨著恒溫時間的延伸，PAL阻垢劑的阻垢率一直下降，且下降的速率越來越快。因為恒溫時間越長，溶液蒸發(fā)量也越來越大，阻垢劑的濃度和鐵離子的濃度也越來越大，但鐵離子濃度的變化率大于阻垢劑濃度的變化率。所以鐵離子濃度增大對阻垢率的影響大于阻垢劑濃度增大對阻垢率的影響，從而導致阻垢率降低。而且，恒溫時間越長，已經阻垢劑和氧化鐵的絡合物可能分散開，導致溶液中氧化鐵含量，從而導致阻垢率阻垢率降低。從圖中可以看出，在恒溫16個小時之前，阻垢率下降的很緩慢，16小時之后，阻垢率下降趨勢變快，考慮到高效，經濟等因素，恒溫時間盡量維持在16小時之前。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，換水周期不要超過16小時，這樣既能保證足夠的阻垢率，又能避免頻繁換水帶來的經濟損失。

2.ATMP阻垢劑對氧化鐵分散效果研究

(1)ATMP阻垢劑濃度對氧化鐵的分散效果的研究

分別取50ml鐵標樣于5個150ml錐形瓶中，并通入空氣使其充分氧化成氧化鐵，之后依次加入0mg，0.01mg，0.02mg，0.03mg，0.04mg ATMP阻垢劑，移入50ml容量瓶，定容至50ml。之后將5個容量瓶移入80℃恒溫箱中恒溫16個小時。16個小時后取出后冷去過濾，取出濾液測量吸光度。依據標準曲線計算出鐵樣中鐵的濃度，計算阻垢率，并以阻垢劑濃度為橫坐標，阻垢率為縱坐標作圖。

圖5 阻垢劑濃度對氧化鐵分散效果的影響

從圖5可以看出，隨著ATMP阻垢劑濃度的增大，ATMP阻垢劑的阻垢率先快速上升，當上升到60%左右時開始緩慢上升，穩(wěn)定后接近平緩的一條直線，阻垢率幾乎不變。剛開始時，阻垢劑濃度遠小于鐵離子濃度，阻垢劑能和鐵離子充分反應，所以剛開始時，阻垢率隨阻垢劑濃度的增大而快速增大。當增大到一定值時，阻垢劑與鐵離子的反應接近于飽和，所以隨著阻垢劑濃度的增大阻垢率幾乎不變。由圖5可以看出ATMP的最佳阻垢劑濃度為4mg/l，因為當阻垢劑濃度大于4mg/l時，阻垢率增加量很小，幾乎不變，從高效，經濟的角度來看，阻垢劑為4mg/l時，既可以保證足夠的阻垢率，又可以盡量減少阻垢劑用量，從而達到高效，經濟的目的。

(2)鐵離子濃度對氧化鐵的分散效果的研究

分別取10ml，30ml，50ml，70ml鐵標樣于4個150ml錐形瓶中，加入適量去離子水，并通入空氣使其充分氧化成氧化鐵，之后各加入0.02mg PAL阻垢劑，移入50ml容量瓶，定容至50ml。之后將4個容量瓶移入80℃恒溫箱中恒溫。16個小時后取出，冷去過濾，取濾液測量吸光度。依據標準曲線計算出鐵樣中鐵的濃度，計算阻垢率，并以鐵離子濃度為橫坐標，阻垢率為縱坐標作圖。

圖6 鐵離子濃度對氧化鐵分散效果的影響

從圖6可以看出，隨著鐵離子濃度的增大，ATMP阻垢劑的阻垢率一直下降。剛開始時，阻垢劑濃度遠大于鐵離子濃度，阻垢劑能和鐵離子充分反應，鐵離子幾乎完全與阻垢劑反應，所以剛開始時，阻垢率最大。當鐵離子增大到一定值時，阻垢劑與鐵離子的反應接近于飽和，之后增加的鐵離子將不予阻垢劑反應，所以隨著鐵離子濃度的增加，未與阻垢劑反應的鐵離子就越來越多，即阻垢率越來越低。由圖6可以看出當PAL阻垢劑濃度為4mg/l時，最佳鐵離子濃度為40mg/l，因為當鐵離子濃度低于40mg/l時，阻垢率降低速率很小，而當鐵離子高于40mg/l，阻垢率下降速率很快。從高效，經濟的角度來看，當阻垢劑濃度為4mg/l，鐵離子濃度為40mg/l時，既可以保證足夠的阻垢率，又可以盡量減少阻垢劑用量，從而達到高效，經濟的目的。

(3)溫度對氧化鐵分散效果的研究

分別取50ml鐵標樣于4個150ml錐形瓶中，加入適量去離子水，并通入空氣使其充分氧化成氧化鐵，之后各加入0.02mg PAL阻垢劑，移入50ml容量瓶，定容至50ml。之后將4個容量瓶移入80℃恒溫箱中恒溫。各分別恒溫8，16，24，32個小時后取出，冷去過濾，取濾液測量測吸光度。依據標準曲線計算出鐵樣中鐵的濃度，計算阻垢率，并以恒溫時間為橫坐標，阻垢率為縱坐標作圖。

圖7 溫度對氧化鐵分散效果的影響

從圖7可以看出，隨著溫度的升高，ATMP阻垢劑的阻垢率一直下降，且下降的速率越來越慢，穩(wěn)定后下降趨勢幾乎為零，阻垢率穩(wěn)定不變。ATMP阻垢劑的溶度積隨溫度的增高而降低。剛開始時，溫度低，阻垢劑完全融于溶液中，溶液中阻垢劑濃度最大，由圖5可以看出，阻垢劑濃度越大，阻垢效果越好。所以剛開始時，阻垢率最大。隨著溫度的升高，阻垢劑的溶度積變小，導致溶液中的阻垢劑濃度降低，所以阻垢率降低。之后由于阻垢劑濃度已經很小了，溫度的增加對溶液中的阻垢劑濃度影響不大，所以阻垢率穩(wěn)定。由圖可以看出，溫度在40℃至60℃之間時，阻垢率下降的很明顯，所以，溫度應維持在40℃之下。考慮到高效，經濟等因素，如果溫度低于40℃，可以不考慮溫度對ATMP阻垢劑對氧化鐵阻垢效果的影響，如果溫度高于40℃，可以適當降低溫度。

(4)恒溫時間對氧化鐵分散效果的研究

分別取50ml鐵標樣于4個150ml錐形瓶中，加入適量去離子水，并通入空氣使其充分氧化成氧化鐵，之后各加入0.02mg PAL阻垢劑，移入50ml容量瓶，定容至50ml。之后將4個容量瓶移入80℃恒溫箱中恒溫。各分別恒溫8，16，24，32個小時后取出，冷去過濾，取濾液測量測吸光度。依據標準曲線計算出鐵樣中鐵的濃度，計算阻垢率，并以恒溫時間為橫坐標，阻垢率為縱坐標作圖。

圖8 恒溫時間對氧化鐵分散效果的影響

從圖8可以看出，隨著恒溫時間的延伸，ATMP阻垢劑的阻垢率一直下降，且下降速率先快后慢。因為恒溫時間越長，溶液蒸發(fā)量也越來越大，阻垢劑的濃度和鐵離子的濃度也越來越大，但鐵離子濃度的變化率大于阻垢劑濃度的變化率。所以鐵離子濃度增大對阻垢率的影響大于阻垢劑濃度增大對阻垢率的影響，從而導致阻垢率降低。而且，恒溫時間越長，已經阻垢劑和氧化鐵的絡合物可能分散開，導致溶液中氧化鐵含量，從而導致阻垢率阻垢率降低。從圖中可以看出，在恒溫10小時之前，阻垢率下降的很緩慢，10時之后，阻垢率下降趨勢變快，考慮到高效，經濟等因素，恒溫時間盡量維持在10小時之前。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，換水周期不要超過10小時，這樣既能保證足夠的阻垢率，又能避免頻繁換水帶來的經濟損失。

結論

本文以ATMP為有機磷系阻垢劑，考察其對三氧化二鐵的分散效果；在此基礎上與聚羧酸阻垢劑進行復配，考察復配藥劑對三氧化二鐵的分散效果，得出以下結論：

ATMP對三氧化二鐵的分散效果研究結果表明，當阻垢劑投加量為4mg/l，鐵溶液濃度為67mg/l，恒溫溫度為40℃，恒溫時間為10小時，阻垢率為63.96%。

綜合以上結論，對比可知，在最佳條件下，上述阻垢劑對氧化鐵的分散效果影響相差不大。但是，復合藥劑的適用范圍大一些，其中以PAL與ATMP復合藥劑為阻垢劑時綜合效果最佳。

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