一种低磷高效缓蚀阻垢剂的研究与应用

龙源期刊网一种低磷高效缓蚀阻垢剂的研究与应用作者：陈维忠张晓冬岳云怡喻果来源：《当代化工》2017年第07期摘要：研究了缓蚀阻垢剂HZ1601、丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物（AA/AMPS）、锌盐、磷酸盐复配的优选比例，得到一种低磷高效缓蚀阻垢剂HZ1601-1。通过旋转挂片实验和静态阻垢实验，HZ1601-1表现出良好的缓蚀性能和阻垢性能。在黄河水作为循环冷却水的动态模拟试验中，年污垢热阻可达到3.15×10-4m2·K/W，换热管腐蚀率为0.004207mm/a，均完全满足循环冷却水系统的要求。关键词：阻垢性能；缓蚀性能；污垢热阻值中图分类号：TQ051文献标识码：A文章编号：1671-0460（2017）07-1340-03ResearchandApplicationofLowPhosphorusandHighEfficiencyCorrosionandScaleInhibitorCHENWei-zhong，ZHANGXiao-dong，YUEYun-yi，YUGuo（WeihaiXiangyuTechnologyCo.，Ltd.，ShandongWeihai264205，China）Abstract：CorrosioninhibitorHZ1601，acrylicacidand2-acrylamide-2-methylacrylatecopolymer（AA/AMPS），zincsaltandphosphatewerecompoundedtoobtainakindoflowphosphorusandhighefficiencycorrosionandscaleinhibitorHZ1601-1.RotatingcouponexperimentsandstaticscaleinhibitionexperimentsofHZ1601-1showedgoodcorrosioninhibitionperformanceandscaleinhibitionperformance.IndynamicsimulationtestbyusingYellowRiverwaterascirculatingcoolingwater，theannualfoulingresistancereachedto3.15×10-4m2·K/W，thecorrosionrateofheatexchangetubewas0.004207mm/a，whichcanfullymeettherequirementsofthecirculatingcoolingwatersystem.Keywords：Scaleinhibitionperformance；Corrosioninhibitionperformance；Foulingresistance工业生产中循环冷却水用量很大，尤其是在电力、冶金、石化和钢铁等行业，冷却水的用量约占企业用水总量的85%以上[1]。循环冷却水系统可以有效地节约水资源，但其运行过程中会出现严重的结垢、腐蚀等弊端[2-4]，为保证循环水系统安全稳定运行，需要向系统中投加缓蚀阻垢剂，而目前广泛应用的磷系缓蚀阻垢剂易造成环境污染，随着我国环境保护政策加强、国民安全意识的提高，磷系水处理剂逐渐引起人们的担忧，因此，采用低磷或无磷的缓蚀阻垢剂已成为当今研究的重点[5]。龙源期刊网甲基丙磺酸共聚物（AA/AMPS）、锌盐、磷酸盐为原料，与威海翔宇环保科技股份有限公司阻垢剂HZ1601进行复配，研制出一种低磷高效缓蚀阻垢剂。首先，采用正交实验，对复合低磷缓蚀阻垢剂配方进行筛选；其次，采用静态阻垢实验和旋转挂片缓蚀实验，对优选配方的缓蚀性能和阻垢性能进行评定；最后，通过动态模拟试验验证优选配方的应用效果。1实验部分1.1实验材料与仪器实验材料：阻垢剂HZ1601（威海翔宇环保科技股份有限公司）、丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物（AA/AMPS）、锌盐、磷酸盐等。仪器：RCC-型旋转挂片腐蚀试验仪、HH-8数显恒温水浴锅、双水路循环冷却水动态模拟试验台（威海翔宇环保科技股份有限公司设计制造）。1.2实验用水采用高硬度、高碱度循环水作为实验用水，实验用水取自滨州某化工厂，补充水为黄河水，具体水质分析情况见表1。水pH值、总硬度和总碱度较高，水质LSI为2.17，属于易结垢性水质，表现为结垢为主，腐蚀为辅的水质。因此，缓蚀与结垢要同时兼顾。1.3实验方法1.3.1正交实验为了优化阻垢剂HZ1601性能，并筛选出阻垢和缓蚀效果最佳的低磷缓蚀阻垢剂配方，以A（AA/AMPS）、B（锌盐）、C（磷酸盐）这三种药剂进行正交实验。阻垢剂HZ1601质量浓度为50mg/L，其中，AA/AMPS的质量浓度为1～3mg/L、锌盐的质量浓度为0.3～1.5mg/L，磷酸盐的质量浓度为0.5～1.5mg/L，正交实验条件表如表2所示。.3.2缓蚀性能评价采用“旋转挂片实验”[6]对复合低磷缓蚀阻垢剂的缓蚀性能进行评价，实验用水为1.2中的循环水，采用RCC-型旋转挂片腐蚀试验仪，采用A3碳钢挂片-Ⅰ型（符合HG/T3523的规定），实验温度为（45±1.0）℃，实验周期为72h。1.3.3阻垢性能评价龙源期刊网采用“静态阻垢实验”[7]对复合低磷缓蚀阻垢剂的阻垢性能进行评价，将投加阻垢剂和未投加阻垢剂的实验水至于500mL锥形瓶中，在HH-8数显恒温水浴锅中水浴10h，实验温度为（80±1.0）℃。1.3.4动态模拟试验为了进一步模拟循环水现场运行状态，采用“动态模拟试验”[8]对复合低磷缓蚀阻垢剂的应用效果进行模拟验证，试验用水为自来水（黄河水），采用双水路循环冷却水动态模拟试验台，采用A3碳钢挂片-Ⅱ型，表面积为20.64cm2，采用外表镀铬无缝不锈钢管，规格为D10mm×1mm×570mm，进水温度为（32±1）℃，加热炉蒸汽温度为100℃，浓缩倍数为2.5～3，试验时间为360h。2实验结果与讨论2.1复合低磷缓蚀阻垢剂配方筛选为得到良好缓蚀性能与阻垢性能的低磷缓蚀阻垢剂，通过正交实验对阻垢剂HZ1601进行改进，实验选取了AA/AMPS、锌盐、磷酸盐作为实验因素，以各因素的质量浓度作为水平数，并以缓蚀性能和阻垢性能作为评价指标进行实验。正交实验结果见表3。由表3可知，影响缓蚀性能的三个因素极差R大小排序为磷酸盐锌盐AA/AMPS，磷酸盐对缓蚀性能影响最大，其中，缓蚀性能最好的配方组成为A1B3C2，即AA/AMPS、锌盐、磷酸盐质量浓度分别为1、1.5、1.0mg/L。影响阻垢性能的三个因素极差R大小排序为AA/AMPS磷酸盐锌盐，AA/AMPS对阻垢性能影响最大，其中，阻垢性能最好的配方组成为A3B2C2，即AA/AMPS、锌盐、磷酸盐质量浓度分别为3、0.8、1.0mg/L。分别对上述两种配方的缓蚀性能和阻垢性能进行测定，实验结果表明，A3B2C2的综合性能更好。将该配方所得的缓蚀阻垢剂命名为HZ1601-1。2.2HZ1601-1的缓蚀性能测定缓蚀阻垢剂HZ1601-1加药质量浓度为10，20，30，40，50，60mg/L时，测定缓蚀率，分析加药浓度对缓蚀性能的影响。实验采用水源为黄河水的循环水，在温度为（45±1.0）℃的条件下，测定HZ1601-1的缓蚀性能，结果如图1所示。由图1可知，HZ1601-1的缓蚀性能随药剂质量浓度的增加而逐渐增加，当质量浓度为40mg/L时，缓蚀率为87.47%；质量浓度为50mg/L时，腐蚀率为0.048mm/a、缓蚀率为96.18%，腐蚀率小于我国工业循环冷却水处理行业标准规定0.075mm/a[9]；质量浓度为60mg/L时，缓蚀率为97.8%。这说明药剂质量浓度为50mg/L时，表现出良好的缓蚀效果，药剂质量浓度大于50mg/L时，缓蚀率增加不显著。2.3HZ1601-1的阻垢性能测定龙源期刊网在温度为（80±1.0）℃的条件下，测定HZ1601-1的阻垢性能，结果如图2所示。由图2可知，HZ1601-1的阻垢性能随药剂质量浓度的增加而逐渐增加，当质量浓度为40mg/L时，阻垢率为90.89%；质量浓度为50mg/L时，阻垢率为93.55%；质量浓度为60mg/L时，阻垢率为90.08%。这说明药剂质量浓度为50mg/L时，表现出良好的阻垢效果，药剂质量浓度大于50mg/L时，缓蚀率增加不显著。2.4动态模拟试验采用威海翔宇科技双水路循环冷却水动态模拟试验台，在3倍浓缩条件下，HZ1601-1质量浓度为50mg/L时，测定HZ1601-1的缓蚀性能和阻垢性能，缓蚀试验结果如表4所示。由表4可知，HZ1601-1取得了良好的缓蚀阻垢效果，加药后年污垢热阻可达到3.15×10-4m2·K/W，换热管腐蚀率为0.004207mm/a，均完全满足循环水系统的要求。循环水进水侧和出水侧挂片腐蚀速率平均值为0.016295mm/a，腐蚀率小于静态实验结果（0.048mm/a），试验后加药侧挂片只有悬挂处发生轻微接触腐蚀，而空白挂片整体发生腐蚀，锈迹明显（如图3）。上述结果表明，HZ1601-1缓蚀性能和阻垢性能优异，可以替代高磷含量的水处理药剂。3结论（1）正交实验结果表明，以HZ1601、AA/AMPS、锌盐、磷酸盐为原料，在质量配比为250∶15∶4∶5时，复配得到的缓蚀阻垢剂HZ1601-1缓蚀性能和阻垢性能优异，且达到行业标准。（2）以黄河水为补水的循环水系统中，在3倍浓缩条件下，系统基本不腐蚀、不结垢，节约水资源，并确保系统的安全稳定运行。（3）同无磷水处理药剂相比，低磷复配缓蚀阻垢剂HZ1601-1可以降低企业运营成本，同时满足环保排放标准，具有一定的应用优势。参考文献：[1]齐冬.敞开式循环冷却水系统的化学处理[M].北京：化学工业出版社，2005.[2]陈云嫩，李建军.新型缓蚀阻垢剂的开发[J].工业水处理，2006，26（2）：59-61.[3]郑逸云，周柏青，李芹.环境友好型缓蚀阻垢剂的研制与性能评价[J].工业水处理，2004，24（5）：25-28.[4]王平.一种新型四元聚合缓蚀阻垢剂的合成和性能评价[J].工业水处理，2009，29（3）：43-45.龙源期刊网[5]胡百顺，郭学辉，王康.绿色缓蚀阻垢剂的研究及应用进展[J].工业水处理，2013，33（5）：9-12.[6]全国化学标准化技术委员会水处理剂分会.GB/T18175-2000，水处理剂缓蚀性能的测定：旋转挂片法[S].[7]全国化学标准化技术委员会水处理剂分会.GB/T16632-2008，水处理剂阻垢性能的测定：碳酸钙沉积法[S].[8]全国化学标准化技术委员会水处理剂分会.HB/T2160-2008，冷却水动态模拟试验方法[S].[9]中国工程建设标准化协会化工分会.GB50050-2007，工业循环冷却水处理设计规范[S].