工業循環冷卻水添加阻垢緩蝕劑的試驗研究

潘麗娜

(華電萊州發電有限公司，山東 萊州 261441)

工業循環冷卻水添加阻垢緩蝕劑的試驗研究

潘麗娜

(華電萊州發電有限公司，山東 萊州 261441)

電廠廣泛采用熱交換器(或水冷器)等設備間接冷卻水、汽、油、氣等各種介質，針對電廠工業循環冷卻水系統結垢及腐蝕嚴重現象，通過小型阻垢緩蝕劑添加試驗確定最佳水處理方案，達到阻垢、緩蝕目的，保證冷卻水有良好的冷卻效果，實現生產裝置正常、高效、長周期運行和節水、節能的目標。

工業循環冷卻水；阻垢緩蝕劑；腐蝕速率

表1 添加不同量HEDP的工業循環冷卻水對銅和鋼的腐蝕性

0 引言

冷卻水是電力企業生產中不可缺少的工藝條件，某公司廣泛采用熱交換器(或水冷器)等設備間接冷卻水、汽、油、氣等各種介質，帶走生產過程中產生的多余熱量，使工藝介質得到冷卻，滿足生產工藝的要求；使發熱的和高溫環境下的部件、設備得到冷卻，滿足這些部件和設備對溫度的要求。在重復利用冷卻水時，由于水中溶解鹽類質量濃度提高、工藝介質對水質污染等原因，造成循環冷卻水水質惡化，使冷卻水系統加速發生腐蝕、結垢、黏泥、菌藻滋生等水質故障。從某公司近幾年的機組大修化學監督檢查情況來看，使用工業循環水作冷卻介質的熱交換器結垢、腐蝕均較嚴重，已經影響了生產裝置的正常運行。為了防止發生這些故障，保證冷卻水有良好的冷卻效果，實現生產裝置正常、高效、長周期運行和節水、節能的目標，必須對冷卻水進行處理。

在冷卻水處理技術中，最常用、最經濟、最有效的方法是添加化學藥劑，即投加水處理劑到冷卻水中，使之產生緩蝕、阻垢和殺生作用。目前工業應用的水質穩定劑多為緩蝕阻垢劑，品種繁多，某公司通過大量的試驗對循環冷卻水添加不同阻垢緩蝕劑、不同配方比，對腐蝕、結垢兩項指標進行綜合測評，統一分析，最終確定水處理方案，指導藥劑添加。

1 小型試驗

1.1 試驗1

試驗目的：檢驗添加一定量的羥基乙叉二膦酸(HEDP)阻垢劑的工業循環冷卻水對冷卻系統材質銅和鋼的腐蝕性。

1.1.1 試驗條件

試驗水樣：取自該公司三期冷卻水塔的工業循環冷卻水，向其中添加一定量的HEDP，未加任何緩蝕劑；試驗溫度：(45±1) ℃；試片制備：將新的黃銅(H62)、碳鋼(20鋼)腐蝕指示片用無水乙醇脫脂并清洗干凈，用電吹風吹干后在干燥器內干燥2 h后稱其質量，并測量其表面積(下同)。

1.1.2 試驗方法

將添加不同量HEDP的試驗水樣加入500 mL燒杯中，將腐蝕指示片懸掛其中，并將燒杯置于(45±1) ℃的恒溫水浴鍋中，靜態浸泡140.5 h。

取出試片，記錄試片的表面腐蝕狀況，然后擦拭、清洗、干燥后稱其質量，計算均勻腐蝕速率，見表1。

1.1.3 試驗結果

(1)該公司工業循環冷卻水是腐蝕性水質，本身即具有一定程度的腐蝕性。

表2 添加不同量HEDP和阻垢緩蝕劑水樣對銅和鋼的腐蝕性

(2)銅試片在ρHEDP<8 mg/L的工業循環冷卻水中均勻腐蝕速率較低，但有一定程度的局部腐蝕即點蝕現象，點蝕程度隨ρHEDP的增加而逐漸加重。

(3)碳鋼試片局部腐蝕較輕微，但均勻腐蝕速率較高。

GB 50050—2007《工業循環冷卻水處理設計規范》對冷卻水系統金屬耐蝕性做出如下規定：碳鋼管壁的腐蝕速率應小于0.075 mm/a，銅及銅合金管壁的腐蝕速率應小于0.005 mm/a[1]。從試驗結果看，碳鋼試片在ρHEDP=0～10 mg/L的工業循環冷卻水中的腐蝕速率均不能滿足上述要求；銅試片在ρHEDP<8 mg/L的工業循環冷卻水中的腐蝕速率能滿足上述要求，但有局部腐蝕即點蝕現象：因此，必須添加同時具備阻垢和緩蝕效果的水處理劑才能減緩設備腐蝕，延長設備檢修周期和使用壽命。

1.2 試驗2

試驗目的：工業循環冷卻水添加HEDP存在一定程度的腐蝕，擬加入一定量的緩蝕劑減緩其腐蝕。向ρHEDP不同和緩蝕劑種類不同的溶液中放入銅、鋼指示片，觀察其對銅、鋼的腐蝕性，檢驗LK-1，巰基苯駢噻唑(MBT)及烏洛托品3種緩蝕劑的緩蝕效果。

1.2.1 試驗條件

試驗水樣：取自三期冷卻水塔的工業循環冷卻水，其中加有一定量的HEDP、緩蝕劑或不加緩蝕劑；試驗溫度：室溫，約25 ℃。

1.2.2 試驗方法

將添加不同量HEDP的試驗水樣加入500 mL燒杯中，將腐蝕指示片懸掛其中，在室溫(約25 ℃)下靜態浸泡136 h。試片取出之后的試驗操作步驟同上，結果見表2。

1.2.3 試驗結果

(1)添加緩蝕劑后銅試片均勻腐蝕速率均較低，LK-1，MBT作緩蝕劑時腐蝕速率比未加緩蝕劑的三期冷卻水低一個數量級，烏洛托品作緩蝕劑時均勻腐蝕速率反而增大，且有點蝕現象，其余均無點蝕。

(2)在添加相同量緩蝕劑的情況下，隨著ρHEDP的增加，碳鋼試片緩蝕效果變好，MBT緩蝕劑的緩蝕效果最好，但點蝕較多，烏洛托品效果最差。

從試驗結果看，常溫條件下，銅試片在潻加3種緩蝕劑及不添加緩蝕劑的循環水中均能滿足腐蝕速率<0.005 mm/a的要求，但烏洛托品緩蝕效果較差；碳鋼試片只在含MBT緩蝕劑的循環水中能滿足腐蝕速率<0.075 mm/a的要求，但有局部腐蝕即點蝕現象，烏洛托品緩蝕劑緩蝕效果最差。因此，單純使用某一種緩蝕劑，并不能滿足使用循環冷卻水的各種設備材質的防腐要求。

1.3 試驗3

工業循環冷卻水分別添加煙臺富水科技公司生產的JB-101，JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑，觀察其對銅、鋼的腐蝕性，檢驗3種水處理劑的緩蝕效果。

1.3.1 試驗條件

試驗水樣：取自二期冷卻水塔的工業循環冷卻水(不含HEDP)，其中加有一定量的JB-101，JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑；試驗溫度：(45±1) ℃，水浴。

表3 工業循環冷卻水添加不同量、不同種類阻垢緩蝕劑對銅和鋼的腐蝕性

表4 工業循環冷卻水添加HEDP，JB-106阻垢緩蝕劑對銅和鋼的腐蝕性

1.3.2 試驗方法

將添加不同量JB-101，JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑的試驗水樣加入500 mL燒杯中，將腐蝕指示片懸掛其中，并將燒杯置于(45±1) ℃的恒溫水浴鍋中，靜態浸泡148 h。試片取出之后的試驗操作步驟同上，結果見表3。

1.3.3 試驗結果

(1)添加緩蝕劑后銅試片均勻腐蝕速率均較低，JB-102，JB-106的腐蝕速率低于JB-101。添加這3種水處理劑的點蝕現象均輕微，JB-106的點蝕現象最輕，JB-102次之。

(2)添加JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑的碳鋼試片均勻腐蝕較輕，但JB-102較JB-106局部腐蝕重，ρJB-102，ρJB-106較低的循環水中，碳鋼試片上均有結垢。

從試驗結果看，45 ℃溫度下，銅試片在添加JB-101,JB-102,JB-106 3種阻垢緩蝕劑的工業循環冷卻水中均能滿足腐蝕速率<0.005 mm/a的要求，但JB-101緩蝕效果較差；碳鋼試片在添加JB-102，JB-106阻垢緩蝕劑的循環水中能滿足腐蝕速率<0.075 mm/a的要求，但有局部腐蝕及結垢現象。

從3種阻垢緩蝕劑的緩蝕效果來看，JB-106緩蝕效果為佳。

1.4 試驗4

工業循環冷卻水添加HEDP與JB-106阻垢緩蝕劑，觀察其對銅、鋼的腐蝕性，檢驗這2種混合水處理劑的緩蝕效果。

1.4.1 試驗條件

試驗水樣：取自二期冷卻水塔的工業循環冷卻水(未添加任何水處理劑)，向其中加入一定量的HEDP與JB-106阻垢緩蝕劑；試驗溫度：(45±1) ℃，水浴。

1.4.2 試驗方法

將添加不同量HEDP，JB-106的試驗水樣加入500 mL燒杯中，將腐蝕指示片懸掛其中，并將燒杯置于(45±1) ℃的恒溫水浴鍋中，靜態浸泡160 h。試片取出之后的試驗操作步驟同上，結果見表4。

續表

1.4.3 試驗結果

(1)添加阻垢緩蝕劑JB-106與HEDP后，銅試片均勻腐蝕速率均較低，在ρJB-106=10 mg/L的循環水中的腐蝕速率整體低于ρJB-106=5，8 mg/L的循環水。

(2)在ρJB-106相同的條件下，碳鋼試片均勻腐蝕速率隨ρHEDP的增加而減小。總體看，ρJB-106=10 mg/L的循環水中，碳鋼試片均勻腐蝕速率相對略低。

(3)在ρJB-106相同的條件下，碳鋼試片上的結垢隨ρHEDP的增加而減少。但ρJB-106=10 mg/L的循環水中，碳鋼試片上結垢最少。

從試驗結果看，45 ℃下，銅試片均能滿足腐蝕速率<0.005 mm/a要求。在ρJB-106=5 mg/L與ρHEDP=8 mg/L，ρJB-106=8 mg/L與ρHEDP=8 mg/L，ρJB-106=10 mg/L與ρHEDP=5 mg/L的循環水中，碳鋼試片能滿足腐蝕速率<0.075 mm/a要求，在ρJB-106=5 mg/L與ρHEDP=8 mg/L的循環水中有局部腐蝕現象。

1.5 試驗結果

從銅、鋼試片的均勻腐蝕、局部腐蝕、結垢3方面看，在ρJB-106=10 mg/L與ρHEDP=5 mg/L的循環水中綜合效果最好。

2 實施效果

為了檢驗工業循環冷卻水處理的實際緩蝕、阻垢效果，在循環水出口處懸掛經過處理的銅(H62)、碳鋼(20鋼)腐蝕指示片。

經過9個月運行試驗，分期將懸掛在循環水出口處的腐蝕指示片取出，記錄試片的表面腐蝕狀況，然后擦拭、清洗、干燥后稱其質量，計算均勻腐蝕速率，結果見表5。銅試片腐蝕速率均為0，滿足腐蝕速率<0.005 mm/a的要求；碳鋼試片腐蝕速率也均能滿足腐蝕速率<0.075 mm/a要求，水冷器進出口溫差也由原來的3 ℃增至7 ℃，說明結垢減少。

表5 ρJB-106=10 mg/L，ρHEDP=5 mg/L的循環水中銅和鋼的腐蝕性

3 安全與經濟效益分析

(1)確保生產裝置高效、長周期運行，減少火力發電裝置的能耗。采用水處理技術，可以有效抑制水冷器腐蝕和結垢以及循環水中的菌藻繁殖、黏泥滋生，使水冷器水側可以高效運行3年以上。

(2)延長設備使用壽命。冷卻水中溶解氧體積濃度的提高和水質惡化，使冷卻水的腐蝕性增強，碳鋼的腐蝕速率可以高達2.3 mm/a，導致碳鋼水冷器設計使用8年的壽命縮短為4個月[2]。大修時發現所有的水冷器都存在堵塞和部分穿孔現象，污垢堵塞的占80%，冷卻水出進口溫差由設計的7.7 ℃降到不足1.0 ℃；添加阻垢緩蝕劑后，水冷器進出口溫差由原來的3 ℃增至7 ℃。

(3)節約水資源。將已有循環冷卻水的運行濃縮倍數提高，可以進一步減少水耗。

(4)減少污水排放。冷卻水在冷卻過程中，受冷卻介質、熱量和周圍環境的影響，水質變差成為工業污水，采用工業水處理技術，可以大幅度減少工業污水排放。

4 鞏固階段

(1)加強水質監督。循環水中不同離子對水處理效果的影響不同，因此，應加強水質管理，使水中的各種離子都處于較理想的運行狀態；每星期定期化驗pH值、鈣硬、堿度、氯離子、電導率、總磷等，及時控制加藥量。

(2)控制相應的水溫和流速。水溫越高、流速越低，結垢趨勢和水垢形成越嚴重，腐蝕趨勢增加。因而，在實際運行中，要求循環水溫度不大于50 ℃，走管程的流速不小于0.5 m/s。

5 結束語

防止循環冷卻水系統的腐蝕、結垢，提高機組的安全經濟性能是一個非常大的課題，今后我們將繼續努力，加強研究，防止熱力設備因腐蝕而損壞，為確保機組的安全、經濟、穩定運行做出應有的貢獻。

[1]工業循環冷卻水處理設計規范：GB 50050—2007[S].

[2]李本高.現代工業水處理技術與應用[M].北京：中國石化出版社，2004.

(本文責編：劉芳)

2016-12-20；

2017-01-20

TM 621.8

B

1674-1951(2017)02-0031-04

潘麗娜(1975—)，女，山東威海人，工程師，從事大型火力發電廠化學監督工作(E-mail:panrena@163.com)。