无磷缓蚀阻垢剂YSW109的研制及性能评价

凌 俊，李春丽，郦和生，秦会敏

(1.中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102500;2.中国石化集团北京化工研究院，北京 102500)

无磷缓蚀阻垢剂YSW109的研制及性能评价

凌 俊1，李春丽2，郦和生2，秦会敏2

(1.中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102500;2.中国石化集团北京化工研究院，北京 102500)

研制出一种无磷缓蚀阻垢剂YSW109，对缓蚀阻垢性能进行了评价。结果表明，在不同水质和水处理工艺条件下，YSW109对碳钢均具有较好的缓蚀作用，碳酸钙阻垢性能和稳定锌盐的性能与现有磷系药剂相当;动态模拟试验试管腐蚀速率和黏附速率分别为0.018 mm/a和1.51 mcm，均达到中国石化“很好级”标准。

无磷 缓蚀 阻垢 循环水

目前，国内工业水处理用阻垢缓蚀剂大部分仍为磷系配方［1］，但随着社会的进步和环保意识的增强，人们对磷的认识也逐渐发生了变化。尽管磷本身无毒，但作为营养源，它使水体产生富营养化，使微生物特别是藻类过度繁殖，造成湖水污染、海水赤潮等危害，破坏生态平衡［2］。此外，磷系配方促进微生物繁殖，消耗大量的杀菌剂，为了节约用水，很多企业大幅提高浓缩倍数［3］，系统杀菌问题更加突出，无磷配方有利于循环水杀菌灭藻，给循环水管理带来极大方便，这也是促进无磷配方发展的重要因素之一。因此，开发研究无磷配方已成为21世纪水处理药剂发展的趋势［4］。

以无磷缓蚀剂TH-907为主剂，再复配其它无磷阻垢剂研制成功YSW109无磷缓蚀阻垢剂，可满足循环水装置运行的需要。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

市售聚羧酸、硫酸锌和苯并三氮唑试剂;TH-907缓蚀剂(山东泰和水处理有限公司);RCC－I型旋转挂片腐蚀试验仪(江苏高邮仪器厂);ZK-1型自控恒温水浴锅(江苏高邮仪器厂);722N型分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);动态模拟装置(自制，获得实用新型专利)。

1.2 试验及分析方法

1.2.1 试验方法

缓蚀性能:参照中国石油化工总公司生产部、发展部制订的《冷却水分析和试验方法》第404条规定，将20号优质碳钢试片固定在挂片仪上，放入加有药剂的试验用水中，恒定温度45℃，保持转速75 r/min旋转72 h，记录试验前后试片的质量，计算平均腐蚀速率和缓蚀率。

碳酸钙阻垢性能:容量瓶法，参照国标GB/T16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》规定，取试验用水加入500 mL容量瓶中，加入一定量的药剂和四硼酸钠摇匀，于(80±1)℃恒温水浴内保持10 h，取样分析试验水中剩余Ca2+的质量浓度，计算碳酸钙阻垢率。

锌盐阻垢性能:参照中国石油化工总公司生产部、发展部制订的《冷却水分析和验方法》第403条规定，取蒸馏水配制Zn2+质量浓度为5 mg/L的试验用水，加入500 mL容量瓶中，加入一定量的药剂，于(80±1)℃恒温水浴内静置10 h，取样分析试验用水中剩余Zn2+的质量浓度，计算阻锌率。

动态模拟试验:参照中国石油化工总公司生产部、发展部制订的《冷却水分析和试验方法》第407条规定执行。

1.2.2 分析方法

碱度、Ca2+，Cl－，Zn2+和 pH 值的测定方法均参照中国石油化工总公司生产部、发展部制订的《冷却水分析和试验方法》。

2 结果与讨论

2.1 静态实验研究

2.1.1 TH-907单剂及复配缓蚀效果

对无磷药剂TH-907单独使用及与锌盐复配时的缓蚀效果进行了评价，试验结果见表1。

表1 TH-907单剂及复配缓蚀效果

表1结果表明，TH-907单独使用时，对碳钢具有一定的缓蚀效果，并且随着药剂质量浓度的增加，缓蚀效果逐渐增强，但整体来说缓蚀效果不明显;TH-907与锌盐之间表现出明显的协同作用，碳钢的腐蚀速率较单独使用有大幅度下降，在药剂质量浓度达到60 mg/L时腐蚀速率即可达到0.013 mm/a。

TH-907与锌盐复配具有良好的缓蚀效果，进一步研究TH-907为60 mg/L与锌盐复配时不同Ca2+质量浓度加碱度的水质条件下的缓蚀效果，试验结果见表2。

表2 不同水质条件下复配缓蚀效果

表2结果表明，TH-907与锌盐复配后，随着水中Ca2+质量浓度加碱度的升高，碳钢的腐蚀速率呈下降趋势，在Ca2+质量浓度加碱度达到600 mg/L时，腐蚀速率仅为0.017 mm/a，效果较好。

以TH-907无磷缓蚀剂、锌盐和苯并三氮唑为缓蚀组分，与聚羧酸和无磷共聚物进行复配，命名为YSW109，进行配方的缓蚀阻垢性能研究。

2.1.2 YSW109的缓蚀效果

由于地区的差异，循环水的水质也各不相同。南方地区水质较软，此类水质的循环冷却水处理主要解决缓蚀问题;长江流域和北京地区的地表水属中等硬度水质，采用自然pH值运行，其处理以阻垢为主，但同时也要注意腐蚀的控制;北京地区的地下水属高硬度水质，在循环冷却水的运行中需要以加酸的形式控制碱度，这就使得腐蚀成为冷却水处理的重点。因此，考察不同水质条件下YSW109的缓蚀效果，结果见表3。

表3 YSW109的缓蚀效果

表3结果表明，在YSW109作用下，低硬度低碱度水质自然pH值运行的条件下，碳钢的腐蚀速率为0.051 mm/a，可以达到循环水处理要求;在中等硬度水质自然pH值运行条件下，碳钢的腐蚀速率为0.032 mm/a，能够满足循环冷却水的正常运行;在高硬度高Cl－质量浓度加酸处理条件下，碳钢腐蚀速率为0.024 mm/a。YSW109可以满足不同水质的缓蚀要求。

2.1.3 YSW109阻碳酸钙垢性能

循环水中存在一定的Ca2+，碳酸钙结垢会影响装置的换热效果，结垢严重还将引起垢下腐蚀，影响装置的正常运行。考察不同水质条件下YSW109的碳酸钙阻垢效果，结果见表4。

表4 YSW109的碳酸钙阻垢效果

由表4可知，不同水质条件下，YSW109的碳酸钙阻垢性能均能达到86%以上，在中等硬度以下的水质中甚至可以达到90%以上的阻垢率，阻垢性能良好，与现有对比配方的碳酸钙阻垢性能基本一致。

2.1.4 YSW109稳定锌盐的性能

配方中锌盐与TH-907共同起到缓蚀作用，增强了配方的缓蚀效果，因此，它的稳定对配方的缓蚀阻垢性能十分重要。考察不同水质条件下对锌盐阻垢效果，试验结果见表5。

表5 YSW109对锌盐阻垢效果

由表5可知，不同水质条件下，YSW109对锌盐阻垢性能均能达到48%以上，在中等硬度以下的水质中可以达到50%以上的锌盐阻垢率，能够使锌盐稳定存在，与现有对比配方稳定锌盐的性能一致。

2.2 动态模拟试验

2.2.1 动态模拟试验条件

动态模拟试验以地表水为补水，水质指标见表6，试验控制参数见表7。

表6 动态模拟试验补水水质 mg/L

表7 动态模拟试验控制参数

2.2.2 动态模拟试验结果

动态模拟试验试片和试管结果见表8。

表8 动态模拟试验结果

由表8可知，动态模拟试验试片腐蚀速率控制良好，碳钢和不锈钢试管的腐蚀速率和黏附速率均达到中国石化“很好级”标准。

3 结论

(1)确定了无磷药剂配方YSW109，其组成为TH-907、锌盐、苯并三氮唑、聚羧酸和共聚物。

(2)在不同水质条件下，YSW109的锌盐阻垢率和碳酸钙阻垢率都能达到与现有磷系配方相当的效果，对碳钢都能起到较好的缓蚀作用。

(3)动态模拟试验结果表明，碳钢试管和不锈钢试管的腐蚀速率和黏附速率分别为0.018 mm/a和1.51 mcm，达到中国石化“很好级”标准。

［1］潘恩仲，孙浩，李星日.循环冷却水处理药剂的研究进展［J］.石油化工腐蚀与防护，2009，26(6):11-13.

［2］何淑英，徐亚同，胡宗泰，等.湖泊富营养化的产生机理及治理技术研究进展［J］.上海化工，2008，33(2):1-5.

［3］刘永昌，张冰如.循环冷却水处理阻垢缓蚀剂的绿色化学研究进程［J］.净水技术，2006，25(6):16 －20.

［4］伍桂松.化学工业冷却节水、凝液回收和污水净化回用措施探讨［J］.化学工业，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，高级工程师，从事热能工程专业。E－mail:lingjun1188@sina.com.cn