工业循环水处理药剂性能改进与应用

侯 隽，王泽东，张凯瑞

(上海洗霸科技股份有限公司，上海 200080)

为不影响工业企业的快速发展，又节能降耗[1]，在钢铁、电力、石油、化工、纺织等行业的工厂用水中，循环冷却水的用水量最大[2]。针对循环水系统存在腐蚀、结垢问题，可选择添加化学药剂[3]。常用的水处理缓蚀剂有铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、锌盐、磷酸盐、聚磷酸盐、有机膦酸、唑类等。常用的水处理阻垢分散剂有聚磷酸盐、有机膦酸、磷羧酸、有机膦酸酯、聚羧酸、天然分散剂等[4]。因单一的化学药剂往往只能解决水质的某种问题，复合型水处理药剂已广泛应用[5]。目前水处理药剂正向绿色环境友好型发展[6]，循环水系统的水处理药剂进行评价和分析尤为必要[7]。

1 实验

1.1 仪器与水质

仪器：XYZK-A型旋转挂片腐蚀仪，高邮市新邮仪器厂。

水质：水质从某石化厂循环水系统取水运送至上海洗霸(ECH)嘉定实验室。

1.2 实验方法

实验用水采用现场寄来的水样，搅匀均质后分别加到2 L烧杯中，然后加入复配好的不同配方的药剂。将烧杯置于旋转挂片腐蚀测试仪上，然后将乙醇处理好的挂片挂入水中，以 75 r/min 的转速运行。试验时烧杯用盖子盖上以防止水分蒸发，因此在运行期间不用补水。

1.3 分析方法

分析方法根据《HG/T 18175-2014 水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》。

2 结果与讨论

2.1 药剂改进对比实验

2.1.1 实验条件

实验用水是从项目现场寄来的新鲜水和回用水，水质基本参数如表1所示。

表1 水质分析结果一览表

2.1.2 药剂主要成分

ECH-334A：锌盐、缓蚀剂、多元聚合物、膦羧酸等。

ECH-334D：多元聚合物、膦羧酸、聚羧酸类等。

ECH-351：铜缓蚀剂。

ECH-334A：80 mg/L，ECH-334D：20 mg/L，ECH-351：10 mg/L。

ECH-改进1：引入磷基羧酸共聚物。

ECH-改进2：聚羧酸类用量降低。

ECH-改进3：聚羧酸类用量降低，引入无磷缓蚀剂。

2.1.3 实验结果

在各条件下原ECH药剂与改进的三种药剂的使用效果对比结果如图1-4。

图1 新鲜水中ECH药剂与改进ECH药剂A3碳钢腐蚀率数据对比

图2 新鲜水中ECH药剂与改进ECH药剂20#钢腐蚀率数据对比

图3 回用水中ECH药剂与改进ECH药剂A3碳钢腐蚀率数据对比

图4 回用水中ECH药剂与改进ECH药剂20#钢腐蚀率数据对比

使用A3钢，在新鲜水中，除了ECH改进1配方效果不如目前配方外，其余配方试片表面均光亮无锈，缓蚀效果良好。使用20#钢，ECH改进1配方效果一般。使用A3钢，ECH改进2在回用水的使用中，效果一般。ECH改进3回用水的缓蚀效果相对较好。使用20#钢时，改进药剂的效果相对初始药剂配方不太稳定。以上药剂配方的缓蚀效果均能达到行业标准要求。

2.2 ECH药剂应用项目现场问题的解决

2.2.1 项目现场问题概述

项目三循、四循、新鲜水的水质分析结果如表2，根据对三循、四循回用水水质分析结果，其水质存在一定差异，四循氯离子高于三循回用水。

表2 水质分析结果一览表

2020年3月三循水月挂试管年腐蚀速率为0.0370 mm/a(<0.0020 mm/a)，超过项目公司要求标准。需改进药剂配方提升缓蚀效果。

2.2.2 ECH药剂应用于不同水质条件实验

1)中水回用比例按照技术协议要求最高50%，与新水以50%：50%进行混合，然后对两种配方的缓蚀性能进行评估。

配方如下：ECH-334A、ECH-334D、ECH-351配方保持不变，ECH-334D(改)引入新型无磷缓蚀阻垢剂配合多元共聚物、磷羧酸、碱液等。用量20～50 mg/L。

实验探究三循、四循水质配比、不同药剂浓度配比条件下挂片的腐蚀率，每个试验平行两组数据，取平均值结果如图5、6所示。

图5 三循回用水∶新水=1∶1中ECH药剂与改进ECH药剂钢腐蚀率数据对比

图6 四循回用水∶新水=1∶1中ECH药剂与改进ECH药剂腐蚀率数据对比

在三循回用水∶新水=1∶1，334A=80 mg/L，351=10 mg/L的条件下，探究334D、334D(改)的不同浓度条件下腐蚀率的变化情况。当回用水量达到50%时，原有药剂ECH-334A、ECH-334D、ECH-351加药浓度分别为80、40、10 mg/L时，腐蚀率基本可以控制小于0.02 mm/a。

在ECH-334D配方进行适当调整后，腐蚀率可以达到控制要求；当药剂ECH-334D浓度适当增加之后，可以形成协同增效作用，缓蚀性能可以进一步得到提高达到企业标准要求。

2)考虑到将来中水回用率可能进一步增加的现实需求，按照极端情况中水回用率达到100%条件下，加药方案对设备材质的腐蚀情况进行评估。试验结果如图7、8所示。

图7 三循回用水中ECH药剂与改进ECH药剂腐蚀率数据对比

图8 四循回用水中ECH药剂与改进ECH药剂腐蚀率数据对比

在中水比例达到100%水质条件下，药剂配方组合难以控制腐蚀率在0.02 mm/a以下；针对四循系统，如果按照《GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范》要求(腐蚀率<0.075 mm/a)，可以满足使用要求；在极端水质条件下(回用水100%)具有参考应用借鉴意义。

3)根据腐蚀控制要求，为了解回用水以各种不同比例进入循环水系统后，目前加药方案的腐蚀控制情况，在完成中水比例50%、100%特定比例水质条件下的腐蚀试验后，再按照中水比例0%、20%、40%、60%、80%对试验内容进行细化，具体试验结果如图9、10所示。

图9 改进ECH药剂在三循不同水质配比条件下腐蚀率数据对比

图10 改进ECH药剂在四循不同水质配比条件下腐蚀率数据对比

针对三循系统，当中水0%～60%时，腐蚀率可以控制<0.02 mm/a，但回用水比例继续加大，则腐蚀控制难度明显增加；针对四循系统，回用水比例达到40%时，腐蚀率可以控制小于0.02 mm/a，当回用水比例继续加大，则腐蚀率明显增加。

3 结果与讨论

(1)改进的ECH药剂配方与原ECH药剂配方均可以达到《GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范》允许的腐蚀率小于0.075 mm/a行业标准要求，但整体上改进的含磷较低，效果有所降低；

(2)对于现场水质实验，当回用水比例≤50%时，腐蚀率可以达到企业控制要求(<0.02 mm/a)，针对三循回用水特征，中水回用比例可适当增加到60%。当四循中水比例超过50%，则腐蚀率明显会超过企业控制要求(<0.02 mm/a)；

(3)当中水回用比例不超过80%使用时，腐蚀率可以达到《GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范》允许的腐蚀率小于0.075 mm/a行业标准要求。从节水角度，回用水比例适当上调至80%可行，但是若严格腐蚀控制要求，回用水比例仍然建议不得超过50%。