循环冷却水处理技术的试验研究

南粉益,周志全，王丽莉，王玲燕

（陕西省石油化工研究设计院，陕西省工业水处理中心,陕西 西安710054）

随着国家节能减排政策的进一步落实，要求发电厂循环水浓缩倍率的大幅提高，采用循环水中添加H2SO4-缓蚀阻垢药剂，可提高循环水的浓缩倍率，但腐蚀问题却难以解决[1]。我们针对该问题进行了试验研究，提出了联合处理加药方式，加入自制高效缓蚀剂SW-127，在不改变工艺条件下，达到系统安全运行，节约水资源的目的。该方法具有简单有效、使用方便、实际运行费用较低、操作人员少、经济性好等特点。

秦岭发电有限责任公司补充水属于负硬水，采用了添加H2SO4-缓蚀阻垢剂-高效缓蚀剂的联合处理方案。经过实验室静态腐蚀试验表明，可使循环水浓缩倍率接近5.0 倍，通过模拟动态试验装置对静态试验结果进行了进一步的验证。达到了换热设备不结生硬垢，且试验测试管达到了国标的要求[2]。

1 实验部分

1.1 试验水样

室内试验水样取自秦岭发电有限公司循环冷却水补水，其水质分析结果见表1。

表1 补充水水质分析结果Tab.1 Water quality analysis results of supplementary water

1.2 试验装置

静态缓蚀阻垢试验采用装置图1，控制水温为（45±1）℃，连续搅拌，搅拌速度300r·min-1，在玻璃缸中各挂入碳钢和黄铜试片，用处理后的补充水不间断连续浓缩，分析水质中Cl-浓度比ФCl-，碱度离子浓度比ФJD，当Cl-浓度比ФCl-与碱度离子浓度比ФJD 之差在0.5 左右时结束试验。考虑到循环水、补水中均未有Cl-加入，Cl-浓度比即为浓缩倍数，试验结束观察铜环表面结垢及腐蚀情况，计算腐蚀速率。

图1 静态腐蚀试验装置Fig.1 Static corrosion test device

1.3 试验方法及分析方法

1.3.1 静态腐蚀试验方法 针对秦岭发电有限公司补水水质和现有缓蚀剂使用情况，进行静态腐蚀阻垢试验，调整阻垢缓蚀剂用量，碱度，计算浓缩倍数和缓蚀率，然后加入高效缓蚀剂SW-127，采用了联合加药处理方式，列出5 种不同的试验方案，确定阻垢缓蚀剂用量，碱度最佳值，高效缓蚀剂最佳用量。

1.3.2 工业循环水动态模拟试验方法 选定最佳方案，采用工业循环水动态试验模拟装置，试验参数为：温度入口：（34±0.2）℃，循环水入口端与出口端温度差控制在3～8℃，加热蒸汽温度为（98±1）℃，循环水流量为600L·h-1，对秦岭发电公司循环水进行浓缩试验，动态试验过程中，分别在监视瓶和水箱中挂入试验碳钢环和黄铜环，同时对试验监视管进行数据处理，观察结垢情况，计缓蚀速率。

1.3.3 分析计算方法 Cl-：GB/T 15453-2008《工业循环冷却水和锅炉用水中氯离子的测定》，碱度：GB/T 15451-95《工业循环水冷却水中碱度的测定》，ФCl-、ФJD、腐蚀速率：GB/T 50050-2017《工业循环水冷却水处理规范》[3]。

2 结果与讨论

2.1 静态腐蚀试验

2.1.1 碱度对浓缩倍数的影响 试验选取电厂现场水源，加H2SO4调节碱度至不同值后开始静态腐蚀试验，浓缩结果见图2。

图2 碱度对浓缩倍数的影响Fig.2 Influence of alkalinity on concentration multiples

由图2 可知，碱度对浓缩倍数影响显著，随着碱度的降低，浓缩倍数提高，碱度调至2 以下时，浓缩倍数可达到4 左右，但提高明显减缓，当碱度调至1 时，浓缩倍数达到4.1。

2.1.2 碱度对腐蚀速率的影响 试验选取电厂现场水源，加H2SO4调节碱度至不同值后开始静态腐蚀试验，腐蚀结果见图3。

图3 碱度对腐蚀速率的影响Fig.3 Influence of alkalinity on corrosion rate

由图3 可知，随着碱度的增大，腐蚀速率减小，碱度调至2.5，铜片和碳钢的腐蚀速率均明显降低，铜片的腐蚀速率为0.0059mm·a-1，碳钢的的腐蚀速率为0.0756mm·a-1，缓蚀效果明显，当碱度大于2.5时，腐蚀速率降低趋于平缓。综合碱度对浓缩倍数的影响，初步确定加酸调节碱度在2.5 左右。

2.1.3 阻垢缓蚀剂对腐蚀速率的影响 试验选取电厂现场水源，碱度加酸调节到2.5，分别加入不同浓度的阻垢缓蚀剂开始静态腐蚀试验，腐蚀结果见图4。

由图4 可知，随着阻垢缓蚀剂用量的增大，腐蚀速率减小，当缓蚀阻垢剂用量为60×10-6时，碳钢的腐蚀速率均明显降低, 当缓蚀阻垢剂用量为70×10-6时，铜片的腐蚀速率显著降低。考虑到实验结果及经济效益，初步决定阻垢缓蚀剂浓度为（60～65）×10-6。

图4 缓蚀阻垢剂加量对腐蚀速率的影响Fig.4 Influence of the amount of corrosion inhibitor on the corrosion rate

2.1.4 联合处理加药试验 综合以上试验结果分析，实验选取现场水源，在原有水处理加药基础上，碱度调节至2 左右，缓蚀阻垢剂用量65×10-6左右，加入我所研发的新产品高效缓蚀剂SW-127，采用阻垢缓蚀剂-H2SO4-SW-127 联合处理加药方式，具体方案和结果见表2。

表2 试验方案及结果Tab.2 Test plan and results

由表2 可见，选用试验方案D，浓缩倍数可达4.76 倍，碳钢和黄铜的腐蚀速率最低，平均腐蚀速率分别为0.0153、0.0037mm·a-1，缓蚀率分别92.54%、83.52%，缓蚀效果最好，因此，实验选定D 方案缓蚀阻垢剂（60mg·L-1）+ H2SO4（JD 降至2.45mmol·L-1）+高效缓蚀剂（10mg·L-1）为最佳联合处理方案。

2.2 工业循环水动态模拟试验

选定D 方案，采用工业循环水动态试验模拟装置，对秦岭发电公司循环水进行浓缩试验，试验见表3。

试验结束，碳钢和铜片测试腐蚀结果见表4，结垢结果见表5、图5。

表3 动态模拟试验Tab.3 Dynamic simulation test

表4 腐蚀试验结果Tab.4 Corrosion test results

表5 监视管结垢试验结果Tab.5 Results of scaling test on monitoring tube

图5 污垢热阻曲线Fig.5 Fouling thermal resistance curve

由动模实验结果可见，选用实验D 联合处理方案，浓缩倍数为4.78 倍，挂入动态模拟装置中的碳钢和黄铜试管最大腐蚀速率分别为0.0170、0.0042mm·a-1，结垢量为8.89mg·（cm2·月）-1，污垢热阻最大为2.89×10-4m2·K·W-1，均在行标要求范围内，同时试验监视管内结垢少量，易于清理，沉积物下金属膜层完好，未发生局部腐蚀。

3 结论

（1）针对秦岭发电有限公司循环水进行了实验室试验，从试验结果可见，将原来的浓缩倍率从2.0倍提高到了4.76 倍，节水效益明显。

（2）试验采用了联合处理方法，缓蚀阻垢剂（60mg·L-1）+H2SO4（JD 调至2.45mmol·L-1）+高效缓蚀剂（10mg·L-1），碳钢和黄铜的平均腐蚀速率分别为0.0153、0.0037mm·a-1，缓蚀率分别92.54%、83.52%，解决了循环水的腐蚀问题，为火电行业提供了在高浓缩倍率条件下运行找到了行之有效的处理方案。

（3）添加特效缓蚀剂后，保证了循环水中有一定量的特效缓蚀剂，试验铜环表面均有一层完整、致密、牢固的保护膜，达到了防止腐蚀的目的，将始终保持对金属表面形成一层致密、牢固、均匀的膜层，最大限度延长了设备使用寿命。