南粉益,周志全，王麗莉，王玲燕

（陜西省石油化工研究設(shè)計院，陜西省工業(yè)水處理中心,陜西 西安710054）

隨著國家節(jié)能減排政策的進一步落實，要求發(fā)電廠循環(huán)水濃縮倍率的大幅提高，采用循環(huán)水中添加H2SO4-緩蝕阻垢藥劑，可提高循環(huán)水的濃縮倍率，但腐蝕問題卻難以解決[1]。我們針對該問題進行了試驗研究，提出了聯(lián)合處理加藥方式，加入自制高效緩蝕劑SW-127，在不改變工藝條件下，達到系統(tǒng)安全運行，節(jié)約水資源的目的。該方法具有簡單有效、使用方便、實際運行費用較低、操作人員少、經(jīng)濟性好等特點。

秦嶺發(fā)電有限責(zé)任公司補充水屬于負硬水，采用了添加H2SO4-緩蝕阻垢劑-高效緩蝕劑的聯(lián)合處理方案。經(jīng)過實驗室靜態(tài)腐蝕試驗表明，可使循環(huán)水濃縮倍率接近5.0 倍，通過模擬動態(tài)試驗裝置對靜態(tài)試驗結(jié)果進行了進一步的驗證。達到了換熱設(shè)備不結(jié)生硬垢，且試驗測試管達到了國標的要求[2]。

1 實驗部分

1.1 試驗水樣

室內(nèi)試驗水樣取自秦嶺發(fā)電有限公司循環(huán)冷卻水補水，其水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

表1 補充水水質(zhì)分析結(jié)果Tab.1 Water quality analysis results of supplementary water

1.2 試驗裝置

靜態(tài)緩蝕阻垢試驗采用裝置圖1，控制水溫為（45±1）℃，連續(xù)攪拌，攪拌速度300r·min-1，在玻璃缸中各掛入碳鋼和黃銅試片，用處理后的補充水不間斷連續(xù)濃縮，分析水質(zhì)中Cl-濃度比ФCl-，堿度離子濃度比ФJD，當(dāng)Cl-濃度比ФCl-與堿度離子濃度比ФJD 之差在0.5 左右時結(jié)束試驗?？紤]到循環(huán)水、補水中均未有Cl-加入，Cl-濃度比即為濃縮倍數(shù)，試驗結(jié)束觀察銅環(huán)表面結(jié)垢及腐蝕情況，計算腐蝕速率。

圖1 靜態(tài)腐蝕試驗裝置Fig.1 Static corrosion test device

1.3 試驗方法及分析方法

1.3.1 靜態(tài)腐蝕試驗方法 針對秦嶺發(fā)電有限公司補水水質(zhì)和現(xiàn)有緩蝕劑使用情況，進行靜態(tài)腐蝕阻垢試驗，調(diào)整阻垢緩蝕劑用量，堿度，計算濃縮倍數(shù)和緩蝕率，然后加入高效緩蝕劑SW-127，采用了聯(lián)合加藥處理方式，列出5 種不同的試驗方案，確定阻垢緩蝕劑用量，堿度最佳值，高效緩蝕劑最佳用量。

1.3.2 工業(yè)循環(huán)水動態(tài)模擬試驗方法 選定最佳方案，采用工業(yè)循環(huán)水動態(tài)試驗?zāi)M裝置，試驗參數(shù)為：溫度入口：（34±0.2）℃，循環(huán)水入口端與出口端溫度差控制在3～8℃，加熱蒸汽溫度為（98±1）℃，循環(huán)水流量為600L·h-1，對秦嶺發(fā)電公司循環(huán)水進行濃縮試驗，動態(tài)試驗過程中，分別在監(jiān)視瓶和水箱中掛入試驗碳鋼環(huán)和黃銅環(huán)，同時對試驗監(jiān)視管進行數(shù)據(jù)處理，觀察結(jié)垢情況，計緩蝕速率。

1.3.3 分析計算方法 Cl-：GB/T 15453-2008《工業(yè)循環(huán)冷卻水和鍋爐用水中氯離子的測定》，堿度：GB/T 15451-95《工業(yè)循環(huán)水冷卻水中堿度的測定》，ФCl-、ФJD、腐蝕速率：GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)水冷卻水處理規(guī)范》[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)腐蝕試驗

2.1.1 堿度對濃縮倍數(shù)的影響 試驗選取電廠現(xiàn)場水源，加H2SO4調(diào)節(jié)堿度至不同值后開始靜態(tài)腐蝕試驗，濃縮結(jié)果見圖2。

圖2 堿度對濃縮倍數(shù)的影響Fig.2 Influence of alkalinity on concentration multiples

由圖2 可知，堿度對濃縮倍數(shù)影響顯著，隨著堿度的降低，濃縮倍數(shù)提高，堿度調(diào)至2 以下時，濃縮倍數(shù)可達到4 左右，但提高明顯減緩，當(dāng)堿度調(diào)至1 時，濃縮倍數(shù)達到4.1。

2.1.2 堿度對腐蝕速率的影響 試驗選取電廠現(xiàn)場水源，加H2SO4調(diào)節(jié)堿度至不同值后開始靜態(tài)腐蝕試驗，腐蝕結(jié)果見圖3。

圖3 堿度對腐蝕速率的影響Fig.3 Influence of alkalinity on corrosion rate

由圖3 可知，隨著堿度的增大，腐蝕速率減小，堿度調(diào)至2.5，銅片和碳鋼的腐蝕速率均明顯降低，銅片的腐蝕速率為0.0059mm·a-1，碳鋼的的腐蝕速率為0.0756mm·a-1，緩蝕效果明顯，當(dāng)堿度大于2.5時，腐蝕速率降低趨于平緩。綜合堿度對濃縮倍數(shù)的影響，初步確定加酸調(diào)節(jié)堿度在2.5 左右。

2.1.3 阻垢緩蝕劑對腐蝕速率的影響 試驗選取電廠現(xiàn)場水源，堿度加酸調(diào)節(jié)到2.5，分別加入不同濃度的阻垢緩蝕劑開始靜態(tài)腐蝕試驗，腐蝕結(jié)果見圖4。

由圖4 可知，隨著阻垢緩蝕劑用量的增大，腐蝕速率減小，當(dāng)緩蝕阻垢劑用量為60×10-6時，碳鋼的腐蝕速率均明顯降低, 當(dāng)緩蝕阻垢劑用量為70×10-6時，銅片的腐蝕速率顯著降低?？紤]到實驗結(jié)果及經(jīng)濟效益，初步?jīng)Q定阻垢緩蝕劑濃度為（60～65）×10-6。

圖4 緩蝕阻垢劑加量對腐蝕速率的影響Fig.4 Influence of the amount of corrosion inhibitor on the corrosion rate

2.1.4 聯(lián)合處理加藥試驗 綜合以上試驗結(jié)果分析，實驗選取現(xiàn)場水源，在原有水處理加藥基礎(chǔ)上，堿度調(diào)節(jié)至2 左右，緩蝕阻垢劑用量65×10-6左右，加入我所研發(fā)的新產(chǎn)品高效緩蝕劑SW-127，采用阻垢緩蝕劑-H2SO4-SW-127 聯(lián)合處理加藥方式，具體方案和結(jié)果見表2。

表2 試驗方案及結(jié)果Tab.2 Test plan and results

由表2 可見，選用試驗方案D，濃縮倍數(shù)可達4.76 倍，碳鋼和黃銅的腐蝕速率最低，平均腐蝕速率分別為0.0153、0.0037mm·a-1，緩蝕率分別92.54%、83.52%，緩蝕效果最好，因此，實驗選定D 方案緩蝕阻垢劑（60mg·L-1）+ H2SO4（JD 降至2.45mmol·L-1）+高效緩蝕劑（10mg·L-1）為最佳聯(lián)合處理方案。

2.2 工業(yè)循環(huán)水動態(tài)模擬試驗

選定D 方案，采用工業(yè)循環(huán)水動態(tài)試驗?zāi)M裝置，對秦嶺發(fā)電公司循環(huán)水進行濃縮試驗，試驗見表3。

試驗結(jié)束，碳鋼和銅片測試腐蝕結(jié)果見表4，結(jié)垢結(jié)果見表5、圖5。

表3 動態(tài)模擬試驗Tab.3 Dynamic simulation test

表4 腐蝕試驗結(jié)果Tab.4 Corrosion test results

表5 監(jiān)視管結(jié)垢試驗結(jié)果Tab.5 Results of scaling test on monitoring tube

圖5 污垢熱阻曲線Fig.5 Fouling thermal resistance curve

由動模實驗結(jié)果可見，選用實驗D 聯(lián)合處理方案，濃縮倍數(shù)為4.78 倍，掛入動態(tài)模擬裝置中的碳鋼和黃銅試管最大腐蝕速率分別為0.0170、0.0042mm·a-1，結(jié)垢量為8.89mg·（cm2·月）-1，污垢熱阻最大為2.89×10-4m2·K·W-1，均在行標要求范圍內(nèi)，同時試驗監(jiān)視管內(nèi)結(jié)垢少量，易于清理，沉積物下金屬膜層完好，未發(fā)生局部腐蝕。

3 結(jié)論

（1）針對秦嶺發(fā)電有限公司循環(huán)水進行了實驗室試驗，從試驗結(jié)果可見，將原來的濃縮倍率從2.0倍提高到了4.76 倍，節(jié)水效益明顯。

（2）試驗采用了聯(lián)合處理方法，緩蝕阻垢劑（60mg·L-1）+H2SO4（JD 調(diào)至2.45mmol·L-1）+高效緩蝕劑（10mg·L-1），碳鋼和黃銅的平均腐蝕速率分別為0.0153、0.0037mm·a-1，緩蝕率分別92.54%、83.52%，解決了循環(huán)水的腐蝕問題，為火電行業(yè)提供了在高濃縮倍率條件下運行找到了行之有效的處理方案。

（3）添加特效緩蝕劑后，保證了循環(huán)水中有一定量的特效緩蝕劑，試驗銅環(huán)表面均有一層完整、致密、牢固的保護膜，達到了防止腐蝕的目的，將始終保持對金屬表面形成一層致密、牢固、均勻的膜層，最大限度延長了設(shè)備使用壽命。