谢丽娟，徐 苹

(攀枝花钢城集团有限公司，四川 攀枝花 617000)

某海绵钛生产厂有一套循环水冷却系统，因市场原因，该循环水系统前期维持低负荷生产，循环水量共计2000 m3/h。经水质检测发现，循环水系统有明显腐蚀倾向，水质明显发黄，曾出现管道锈穿后串液的情况，说明原使用的磷系处理药剂对循环系统没有起到有效的保护作用。现全厂需要逐步恢复产能，为了保证生产系统能平稳运行，需要重新寻找一种能有效保护循环系统设备设施的水处理药剂。针对以上情况，本文进行了高效缓蚀阻垢水处理药剂的研究，并将其应用于生产现场，试验证明该药剂在应用中显示出良好的缓蚀效果。

1 循环冷却水系统概述

厂区内循环水系统，分别供应氯化车间、精制车间、镁电解车间和还蒸车间的设备循环冷却使用，冷却设备以碳钢为主，部分设备含少量铜。现场循环水均属于净环水处理系统，新鲜的生产水经过树脂吸附处理后作为补水，原缓蚀阻垢剂投加浓度为40 ppm，现场循环系统技术参数详见表1。

表1 某海绵钛厂循环水系统正常运行参数

根据现场水质检测结果(详见表2)来看，系统的循环水和补水水质的总硬度均超出运行要求。在循环水冷却系统中，需要通过CaCO3饱和指数(L.S.I)和稳定指数(R.S.I)判断其水质倾向，找到循环水系统存在的主要问题，从而确定循环水缓蚀阻垢剂的主要作用方向[1]。如表3所示，L.S.I是用水的实际pH值与饱和pHs值之差来判定，即L.S.I=pH-pHs。R.S.I指数则是在修正L.S.I的基础上提出的，对循环水的故障倾向能做出更进一步的判断，R.S.I=2pHs-pH。pHs按以下公式计算：

pHs=(9.7+A+B)-(C+D)

(1)

式中，A：总溶固系数；B：温度系数；C：钙镁硬度系数；D：M-碱度系数。

表2 现场水质检测结果及运行要求

表3 水质的结垢腐蚀倾向判定

结合表2 和表3 的数据，可以计算出生产现场循环水的L.S.I数值为0.4328，R.S.I数值为7.2644。以R.S.I数值为准来看，在运行的循环水冷却系统均属于腐蚀型水质，且已接近严重腐蚀的状态，是有可能造成管道锈蚀穿孔的，故该循环冷却水处理的重点是防止腐蚀，且兼有优良适应性。在该系统运行过程中，随着浓缩倍数的增加，水中各种阴阳离子将会不断浓缩，腐蚀和结垢倾向会同时存在。如果处理不当，将会产生严重腐蚀或者垢下腐蚀，引起金属管穿孔、开裂，增加设备的检修时间和次数，缩短设备的使用寿命，增加运行成本，严重威胁到整个生产的正常运行[2-3]。同时，根据表2生产现场对水质的要求来看，现场补水硬度80.10 mg/L远超指标要求，而且电导率等指标也偏高，在这种操作状态下，投加缓蚀药剂后水质中电导率难以控制在1100 μS/cm的要求以下。所以，在更换树脂保证补水硬度的前提下，采取经济的有效的手段防止循环冷却水系统的腐蚀和结垢是非常重要的。

2 循环水处理实验

拟选取可抑制腐蚀的缓蚀阻垢剂单体[4]HEDP、AA/AMPS、POCA、PBTC、PAPE和ZnCl2进行有机组合，从中筛选出最佳配比，与原系统用缓蚀阻垢剂进行静态挂片腐蚀对比实验。

2.1 配方种类筛选

静态挂片实验采用I型A3碳钢挂片在30 ℃水温下进行为期15天的静态耐腐蚀实验，投加浓度为40 ppm，用水采用现场新取的循环冷却水。根据多年现场经验，实验配制出9种配方(标记为1#～9#样)，其中HDPE比例控制为0.05%～0.1%，AA/AMPS比例为0.1%，POCA比例控制为0.05%～0.15%，PBTC比例控制为0.05%～0.1%，PAPE比例控制为0.1%～0.2%，ZnCl2比例控制为0.05%～0.1%。另设空白样(标记为0#样)和原系统用缓蚀阻垢剂(标记为10#样)各一个，每种配方使用挂片各一个，测算15天后的腐蚀速率。腐蚀速度计算公式如下：

x=(W1-W2)×87600/(A×T×D)

(2)

式中，x：试片腐蚀速率，mm/a；W1：试片实验前称重，g；W2：试片实验后称重，g；A：试片表面积，cm2；T：实验时间，h；D：试片材质密度，g/cm2。

实验结果如表4所示，使用了1～10#配方均对碳钢挂片腐蚀有一定的抑制作用，静态挂片实验的1#、3#和9#配方满足《工业循环冷却水处理设计规范》(GB 50050-2017)中碳钢腐蚀速度≤0.075 mm/a的要求，其中，9#配方腐蚀速率最低为0.019 mm/a；4#和7#配方基本接近标准要求，而原来使用的缓蚀阻垢剂腐蚀速度明显超过标准要求。

2.2 最佳投加浓度筛选

根据2.1静态挂片实验结果，选取缓蚀效果较好的9#、1#、3#配方进行最佳投加浓度静态对比实验，考察不同药剂投加浓度对I型A3碳钢挂片的腐蚀效果。水质采用现场循环用水，每种药剂使用挂片各1片，药剂投加浓度分别设置为20 ppm、40 ppm、60 ppm、100 ppm，腐蚀速度按照式(2)进行计算，具体结果如图1所示。9#配方的缓蚀效果始终优于其他配方，除投加浓度为20 ppm时，腐蚀速度达到0.078 mm/a略超标准要求外，增加投加浓度后的碳钢挂片腐蚀速度均满足标准要求。从经济角度分析，投加浓度控制为40 ppm较为合适。

表4 不同配方静态挂片实验结果

图1 不同投加浓度静态挂片实验结果

3 缓蚀阻垢剂应用试验

根据上述实验结果，选择9#配方进行现场应用试验，跟踪其实际的缓蚀效果。试验在完成补水树脂更换后，水质硬度达标的情况下开展，实验从5月20日开始持续34天。第一天加药对管道内壁进行剥离处理，待取样检测总铁含量达到1.06 mg/L后，开始进行预膜处理。预膜期3天，完成后开始正常投加试验，5月27日在冷却塔和冷却池内放置A3、铜质Ⅰ型挂片各2片。9#药剂量按补充水量计，浓度控制为40 ppm进行连续投加，杀生剂间隔一周进行冲击性投加[5]。

如图2所示，预膜完毕后在5月25日开始到6月3日，投加了大剂量的缓蚀阻垢剂，循环系统的稳定指数R.S.I呈现明显的下降趋势，从腐蚀逐渐趋于稳定。随着6月4日缓蚀阻垢剂开始正常投加，稳定指数R.S.I趋于平稳，在5.6～6.3范围内波动，说明9#药剂的投加对系统水质控制稳定，基本处于不腐蚀不结垢的状态。期间总磷含量始终保持在2～3 ppm，导电率≤1100 us/cm，总硬度≤120 mg/L，满足设计运行要求。

图2 投加药剂后循环水稳定指数变化情况

挂片总共试验29天，根据现场监测记录，6月12日前所有挂片均光亮如新，挂片表面均无腐蚀或结垢情况出现。只有悬挂于冷却池中的3045#、1679#挂片在挂线的地方有轻微腐蚀，主要是因为冷却池水流量较小，挂线处为藻类、菌类提供了一个暂时的栖息之处，藻菌类的存在造成了挂片受到一定腐蚀。由于攀枝花夏天天气炎热、光照充足，6月12日系统开始出现青苔后，碳钢挂片表面亦开始出现腐蚀。后期通过增加杀菌剂用量，该腐蚀情况得到控制。试验结束后，从挂片表面情况来看(见图3)，铜质挂片基本没有发生腐蚀，碳钢挂片后期出现因菌类数量增加产生少量腐蚀。根据式(2)算得挂片的平均腐蚀速度如表5所示，均满足参考标准GB 50050-2017的要求。从试验结果来看，9#配方是适合于海绵钛循环冷却系统使用的，其最佳投加浓度控制为40 ppm。

表5 腐蚀速率测算

图3 现场挂片情况(悬挂29天)

4 结论

针对某海绵钛厂的循环冷却系统，通过对缓蚀阻垢剂单体的复配和系列实验优选出的9#配方，在实际应用试验中表现出明显优于原处理药剂的缓释阻垢性能，投加浓度控制为40 ppm(按补水量计)，系统水质的各项指标达到设计运行指标要求，系统运行正常，满足了现场生产要求。