電廠循環冷卻水化學穩定處理試驗研究

劉偉

摘 要： 根據電廠循環水高硬度、高堿度的水質情況，采用在水中增加阻垢緩蝕劑的辦法，減緩腐蝕、緩滯水垢。經過對國內外足夠緩蝕劑現狀的研究，選用某電廠循環水的水樣進行試驗分析，概述說明如何配制正確的阻垢緩蝕劑。

關鍵詞：電廠 冷卻水 化學 穩定處理

中圖分類號：TM621.8 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）05-0314-01

電廠循環水多數為多種水混合使用，為了節約水資源，很多電廠的循環水包含地下淺水，水質極差，水中含有Ca2+、Cl-等，既容易在水中形成沉積鹽，造成堿性水質，形成水垢。因此，對于此高硬度、高堿度的水質，通常采取在水中添加阻垢緩蝕劑，減緩設備腐蝕，滯后水垢的形成。

一、電廠循環冷卻水化學穩定的處理辦法

由于電廠循環水多為高硬度、高堿度的水質，在早期的工業循環水處理辦法中，一般采用的是在水中加酸來調節循環水的PH值，控制PH值在6.0-6.5之間，控制循環水中結垢現象，再在水中加入緩蝕劑，以便控制對設備的腐蝕作用。這種方法對于酸量的控制非常嚴格，酸量增加失誤會導致循環水結垢、設備腐蝕。而且由于循環水的PH值長期為弱酸性，對設備的腐蝕也在不斷進行。

為了避免設備長期腐蝕的現象，逐漸發展形成了“堿性冷卻水處理法”。這種方法可以提高循環水的PH值，減緩設備的腐蝕現象，從而被廣泛使用。隨著對水資源的保護以及倡導節約用水的理念逐漸得到重視，在電廠循環水的使用過程中，循環水逐漸采用高濃縮倍率技術，隨著這種技術的發展，循環水中的硬度、堿度、PH值以及微生物含量等都隨之升高。但是“堿性冷卻水處理法”相對來說更容易在循環水中引起結構現象，因此需要開發高效的阻垢緩蝕劑配方。

新型的阻垢緩蝕劑種類繁多，在初期階段，常使用丹寧、木質素等天然有機物；后來，較為常用的是三聚磷酸鈉等聚合磷酸鹽，隨著技術的不斷發展，有機膦酸鹽作為阻垢緩蝕劑被廣泛使用。近年來，隨著地下水源水質的日益惡化，污染和環境問題也越來越廣泛的被人們所關注。循環水的處理技術也面臨著越來越有更高的挑戰。

二、國內外阻垢緩蝕劑的研究概況及腐蝕結垢產生的原理

1.國內外阻垢緩蝕劑的研究概況

在國外，早在30年代就已經開始了循環水處理技術的研究和發展，而在50年代，蘇聯的化工技術引入中國，我國的循環水處理技術才開始使用聚磷酸鹽水處理劑，開始了我國循環水處理技術的發展研究。70年代中期，我國引進大化肥裝置，同時我國的水處理技術也隨之有了新的啟發，并廣泛應用到電廠、石油化工廠等相關行業。

隨著環境保護意識的不斷提升和節約用水引發的越來越多的關注，水質穩定劑的發展也在不斷的進步，到目前為止，我國的水處理技術正向著低毒、無毒的方向發展，并且逐漸可以應用于高濃縮倍數下的循環水處理。而隨著這一技術的發展，緩蝕劑在具有越來越強的緩蝕阻垢作用的同時，還具有分散絮凝的功能，更是被細化分為緩蝕劑、阻垢劑、殺生劑，統稱為 “水處理化學藥劑”，也被稱為“水質穩定劑”。在目前的國內技術領域中，水處理化學藥劑具有多種種類，按其所具有的緩蝕阻垢的作用，可以分為：磷系配方系列，聚合物系列類，鎢酸鹽和鋁酸鹽系列等。但是相對來說，磷系配方系列是應用范圍最廣、技術發展最成熟的一類水質穩定劑。包括無機聚合磷酸鹽和有機磷系列兩類。但是由于無機磷類水質穩定劑在使用過程中將不可避免的產生不可降解的物質，排入環境后，會引發水環境富營養化，造成水污染。因此將逐漸被有機磷類水質穩定劑取代。而有機磷類水質穩定劑使用過程中所產生的含磷物大多可以被微生物降解，最大程度的避免了水體污染現象，并且極少的用量就可以產生很大的效果，具有一定的經濟優勢。另外兩種水質穩定劑的綜合性能則比較好，但是由于其使用劑量、使用成本及穩定性等，使用時具有一定的限制。

2.腐蝕結垢現象的產生原理

循環冷卻水中腐蝕現象大多為金屬的腐蝕，而金屬的腐蝕現象則大多是由電化學現象產生的，在循環冷卻水系統中，大多都為金屬材質，其中的碳鋼、含有雜質的鋅、銅等金屬設備，在循環水液中均可形成腐蝕電池，從而引起設備的腐蝕現象。此外，在循環水系統中，不可避免的存在諸多縫隙，導致氧氣在循環冷卻水系統中存在濃度差，這也是導致腐蝕現象發生的原因之一。

而水垢的形成主要是因為在循環冷卻水中存在的微溶物質由于溫度的作用在換熱系統表面結晶聚集形成的。水垢的成分主要是某些鈣鎂的鹽類。在循環冷卻水系統中，存在大量的鈣離子和鎂離子，而鈣離子的濃度高于鎂離子。這兩種陽離子非常容易與水中的碳酸根離子和磷酸根離子相結合，形成鹽類，當溫度升高時，這些鹽類的溶解度不斷減小，最后在換熱系統表面結晶出現，形成水垢。當然，由于各地的循環冷卻水水質的不同，也會出現磷酸鹽垢、硅酸鹽垢等其它形式的水垢。

三、針對電廠循環冷卻水水質進行化學穩定試驗概述

對某電廠的循環水進行取樣試驗，該水樣為原水、混配補充水混合而成，其中混配水按照中水：生水：灰場水=9：5：4配比混合而成。分析水質條件后進行熱阻試驗、腐蝕試驗和動態模擬試驗，并得出了試驗結果。

1.水質條件

對水樣進行水質分析，分析結果如表1，通過測算出Langelier指數、Ryzner指數和腐蝕指數，可以發現，該水樣在常溫條件下屬于結垢型水質，但是當在實際運行溫度中（假設運行溫度為46℃）或者當水樣濃縮2倍后的條件下，水樣將轉變為嚴重結垢型水，而腐蝕性卻保持在最低水平。從以上結果可以發現，對該份水樣進行穩定性處理的主要方向是阻垢，同時也要具有一定的緩蝕作用。

2.試驗方法

2.1靜態阻垢試驗

在靜態條件下，對水樣采用碳酸鈣沉積法進行試驗，采用不同的水處理劑與混配水制成試液。對試液進行加熱，當試液中的碳酸鈣達到平衡后測定試液中Ca2+濃度，根據Ca2+濃度大小，計算各配方的阻垢率。

2.2熱阻試驗

熱阻試驗選擇在快速動態條件下對污垢進行熱阻試驗。在上述試驗中我們將得到幾組水質穩定劑的配方，本文采用DGC-1型動態污垢測試儀，對這幾組試液進行測試，通過觀察換熱管結垢現象并且對污垢的熱阻進行測算，以此來評價各配方的阻垢效果。在測試水樣中補充Ca2+、Cl-、HCO3-、SO42-等離子，保證試液在單一變量下進行試驗。

2.3腐蝕試驗

腐蝕試驗采用旋轉掛片失重法，本文采用的是RCC-2型旋轉掛片腐蝕試驗儀。在溫度為42±1℃、試件轉速為70r/min的條件下進行試驗，在混配水水樣的PH值用稀硫酸每天調節2此，維持在8.5的平均PH值下進行連續4的試驗，同樣也保證試液只有單一變量。掛片采用材質為HSn70-1A，規格為直接為20mm，厚度為1mm，高度為30mm的銅管，并且用堿液清洗銅管表面后，不作預膜處理。

2.4動態模擬試驗

動態模擬試驗根據某電廠的實際運行情況設計的動態模擬系統中進行，具體試驗數據見表2。

經過動態模擬試驗可以得出結論：在循環水水質維持不變的情況下，循環水的流動情況、溫度、設備的材質、傳感強度等實際環境對于腐蝕和結垢的現象具有很大的影響。所以，在研究循環水處理系統的過程中，應該采用與實際運行相似的環境進行模擬試驗，并在試驗過程中對環境進行相應的增強，這有助于考察配方的緩蝕阻垢效果，對實際運行過程中有可能出現的情況進行預測。由此，經過上述試驗所得出的試驗結果即可直接用于實際電廠循環水處理的試運行。

四、總結

電廠的循環冷卻水處理技術在不斷的發展之中，同時也受到環境保護和節約水資源的制約，因而通過試驗，得出污染小、成本低的配方刻不容緩。本文概述了試驗方法，但需要根據各地水質的不同選擇合適的水質穩定劑配方，以適應工業運行。

參考文獻

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