软化水供热管网的腐蚀和缓蚀剂的研究

软化水供热管网的腐蚀和缓蚀剂的研究229软化水供热管网的腐蚀和缓蚀剂的研究臧晗宇1侯士利1孙国涛1孟淑媚1张立新1魏建鹰1曹殿珍2王福会2邓战平3孟明杰3吕明君3（1.国家金属腐蚀控制工程技术研究中心，沈阳，110016；2.中科院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室，沈阳，110016；3.烟台供热有限责任公司，烟台，264002）摘要：针对软化水循环热水中溶解氧等因素引起的严重腐蚀，研制出高效无毒的不含亚硝酸钠、铬酸盐的绿色环保型固体（LJF-34）和液体（LJF-24）缓蚀剂。经几年采暖季节的现场应用，取得了满意的经济效益和社会效益。关键词：缓蚀剂，除氧剂，钼酸钠，软化水，供热某热力网示范工程是由世界银行贷款建设的城市集中供热项目，也是建设部环保示范项目。该公司采用软化水集中供热运行系统，虽然防止了结垢，但由于循环水中仍存在溶解氧，同时软化水中除去钙镁硬度，将HCO—3碱度转化为CO2。因此与一般工业水相比，具有相当强的腐蚀性。由于一网水为电厂供水，其温度较高，并有一定的压力，又增加腐蚀反应速度和氧的扩散速度，从而加速了金属表面的阴阳极过程，因此加大了软化水腐蚀控制的难度。该城市又属沿海城市，淡水中的氯离子高于内陆城市，会引起管网严重腐蚀穿孔，势必将威胁管网正常运行和安全生产以及管网提前报废造成的巨大经济损失。采取有效的防护技术措施，将管网的腐蚀速度控制在安全的水准之内，就成为十分重要的任务。然而我国尚没有大型软化水集中热管网的保护的成熟技术。我们研制的软化水供热一网和二网缓蚀剂成功地在软化水大型集中供热管网上进行了工业规模的现场应用试验。经过五个采暖季节（2000年—2004年）的不断研究和实践，最终研制了软化水供热系统运行工况条件下的一网和二网缓蚀剂LJF-24和LJF-34，并确定了添加工艺和监测方法，取得了把管网腐蚀速度控制到0.125毫米/年以下的预期效果。1实验方法1.1腐蚀速度的测定采用经典挂片失重法测定腐蚀速度和缓蚀效率。1.2挂片材质A3钢，不锈钢，40×15×2.5mm，50×25×2.0mm。第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集2301.3实验条件70℃，24h，搅拌。1.4实验用水取自现场软化水，用pH缓冲液调pH至8~9.软化水水质分析见表1。表1软化水水质分析电导率μscm2总溶固mg/L总硬度mg/L(CaCO3计)钙硬度mg/L(CaCO3计)总碱度mg/L(CaCO3计)Cl—mg/LSO42-mg/LFe3+mg/LpH水温℃607346.20.000.00300.00103.4122.01.587.81151.5缓蚀剂由钼酸盐、有机酸盐、无机酸盐及高效除氧剂等协同活性组份复配的软化水缓蚀剂LJF-24、LJF-34。2结果与讨论2.1现场软化水水质倾向分析由水质分析数据计算出循环水的饱和pHs、Ryznar指数（RIS）和puckorius指数（PSI），结果示于表2中。表2水质倾向判断PHsPHegRSI水的倾向PSI水的倾向9.158.1710.49极严重腐蚀10.13腐蚀性由表2数据可以看到，Ryznar指数和puckorius指数均大于10，表明现场循环软化水为极严重腐蚀性水，因此在现场运行工况条件下，会造成管网的严重腐蚀，存在潜在的安全隐患。软化水模拟腐蚀试验表明，A3钢空白腐蚀速度在0.70~0.90毫米/年,随温度升高和运行条件恶化，腐蚀会更为严重。2.2软化水缓蚀剂LJF-24和LJF-34的缓蚀性能经过大量的软化水缓蚀剂配方实验，筛选出以钼酸盐和无机盐为主组分，加有协同作用的有机活性组分等组成软化水固体缓蚀剂LJF-34和液体缓蚀剂LJF-24。两种缓蚀剂的缓蚀效果见图1和图2。软化水供热管网的腐蚀和缓蚀剂的研究231图1两种药剂添加浓度对腐蚀速度的影响图2两种药剂添加浓度对缓蚀效率的影响由图1和图2可见两种软化水缓蚀剂的缓蚀性能优良，使用量视现场情况而定。在其它软化水中有相似的结果。实验室和现场实验均证明缓蚀剂可将不锈钢的腐蚀速度控制在0.005毫米/年以下。2.3影响软化水缓蚀剂缓蚀性能的因素主要有pH、Cl—、温度、流速及主要的缓蚀活性组分等。PH值为8.0~9.0与现场运行基本一致。温度影响氧在水中的溶解量，但80℃以上高温增加了腐蚀反应速度和腐蚀离子的扩散速度，使控制腐蚀速度难度增加。软化水中Cl—、SO42-的存在增加了腐蚀速度，因此缓蚀剂中添加了抑制氯离子引起孔腐蚀和局部腐蚀的有机缓蚀组分。2.4缓蚀机理的探讨极化曲线表明，不同浓度的有机缓蚀组分与其它离子协同后，具有优良的抑制氧的去极化能力（见图3）。图3有机缓蚀主份对碳钢的极化曲线的影响1、工业水2、活性组分30mg/L3、活性组分50mg/L4、活性组分100mg/L第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集232当氧浓差闭塞模拟电池的阴极室与闭塞阳极室添加有机缓蚀组分时与空白相比，电池电流和电压有所降低，可使管网已发生的局部腐蚀得到有效的控制。合理配比的铝酸盐和无机酸盐及有机组分的协同作用，钼酸盐为阳极型缓蚀剂，无机酸盐组分在阴极与铁离子形成很强氧化性的聚钼酸盐，减少点蚀的发生。3结论（1）研制的由钼酸盐、有机缓蚀组分，无机活性组分等组成的软化水复合药剂LJF-24、LJF-34有明显的缓蚀协同作用，能很好地抑制集中供热系统强腐蚀性软化循环水对管网的腐蚀。（2）LJF-24和LJF-34软化水缓蚀剂能有效抑制软化水中氧去极化腐蚀和铁垢下的局部腐蚀，具有缓蚀效果好、钼酸盐贵重组分含量低、使用方便、不污染环境等优点。参考文献[1]杨文治，黄奎元，王清等.缓蚀剂.北京：化学工业出版社，1989，1[2]张天胜，缓蚀剂.北京：化学工业出版社，2002，4[3]杨巍.工业水处理.1988，18(2)：8[4]陈家坚，曹殿珍等.抚顺热力管网鉴定协会材料，1988