電廠專用緩蝕阻垢劑TH-604的性能研究及應(yīng)用

田忠偉 ，賀茂才，李 翠 ，高燦柱

(1. 山東省泰和水處理有限公司, 山東 棗莊 277100； 2. 山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100)

火電一直是中國電力生產(chǎn)的主體,超過 75 %的發(fā)電能力由燃煤機(jī)組提供。全國有1 000多個火電廠，分布在全國各個地區(qū)。火力發(fā)電過程中循環(huán)冷卻水的結(jié)垢和腐蝕問題非常普遍，必須通過投加緩蝕阻垢劑來進(jìn)行控制[1,2]。針對火電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的特點(diǎn)，為滿足市場的應(yīng)用需要，同時使產(chǎn)品的應(yīng)用更有針對性，本課題組經(jīng)多次試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用，研制了電廠專用緩蝕阻垢劑 TH-604，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用[2-4]。

因此，對電廠專用緩蝕阻垢劑TH-604的性能和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究?？疾炝瞬煌巹舛认耇H-604、ATMP、HEDP、PAA和HPMA的靜態(tài)碳酸鈣阻垢率（國標(biāo)GB/T 16632-2008），通過與常規(guī)緩蝕阻垢劑進(jìn)行對比，來說明TH-604優(yōu)異的阻垢性能[5]。參照標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 126-2007，考察了TH-604的硫酸鈣阻垢性能[6]。還參照GB/T 18175-2000標(biāo)準(zhǔn)分別考察了TH-604對碳鋼和銅材質(zhì)的緩蝕效果[7]。此外，通過在吉林一家電廠進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行正常，證明了TH-604在電廠循環(huán)冷卻水中具有良好的阻垢和緩蝕效果。

1 阻垢劑的組成

TH-604由有機(jī)膦酸、聚羧酸、碳鋼緩蝕劑及銅緩蝕劑組成，對水中的碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等均有很好的螯合分散作用，并且利用有機(jī)膦酸鹽和緩蝕劑在金屬表面形成的保護(hù)膜起到緩蝕作用對碳鋼、銅具有良好的緩蝕效果[4,8]。TH-604主要用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的緩蝕阻垢，如電廠、化工廠、石化、鋼鐵等，其緩蝕效果好、阻垢力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)高濃縮倍率下運(yùn)行，技術(shù)指標(biāo)符合DL/806-2002標(biāo)準(zhǔn)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 材料與儀器

試驗(yàn)用NaHCO3、Na2SO4、CaCl2、MgSO4、NaCl、EDTA-Na2、濃鹽酸等試劑均為分析級；水為二次反滲透水；

阻垢緩蝕劑TH-604（40%）、ATMP（50%）、HEDP（50%）、PAA（40%）、HPMA（48%）均為山東省泰和水處理有限公司產(chǎn)品；

腐蝕試驗(yàn)儀器為江蘇高郵儀器廠RCC-I型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕測定儀。

2.2 試驗(yàn)方法

靜態(tài)碳酸鈣阻垢試驗(yàn)參考GB/T 16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定-碳酸鈣沉積法》，通過投加一系列濃度的TH-604、ATMP、HEDP、PAA和HPMA，來考察相同濃度下5種藥劑的阻垢效果。

TH-604的硫酸鈣阻垢梯度試驗(yàn)方法參照Q/SY 126-2007《油田水處理用緩蝕阻垢劑技術(shù)要求》。

緩蝕試驗(yàn)方法參照GB/T18175-2000《水處理劑緩蝕性能測定－旋轉(zhuǎn)掛片法》；掛片分別為A3碳鋼、銅材質(zhì)兩種；將已稱量的金屬試片分別掛入加緩蝕劑的試驗(yàn)介質(zhì)中，在規(guī)定條件下浸泡到一定的時間，然后取出試片，經(jīng)清洗干燥處理后稱量，根據(jù)試片的質(zhì)量損失分別計(jì)算出腐蝕速率。

2.3 阻垢試驗(yàn)

2.3.1 靜態(tài)碳酸鈣阻垢試驗(yàn)

TH-604、ATMP、HEDP、PAA和HPMA的靜態(tài)碳酸鈣阻垢試驗(yàn)參考GB/T 16632-2008?？疾煜嗤铀帩舛认?種藥劑的阻垢率，其加藥梯度分別為1、2、3、4、5 mg/L(干基)。

根據(jù)表1的結(jié)果可知：5種產(chǎn)品中，TH-604的靜態(tài)阻碳酸鈣垢性能最好，在同一加藥濃度下均高于HEDP、ATMP、PAA和HPMA的靜態(tài)阻垢率。此外TH-604的磷含量低，僅為HEDP或ATMP的二分之一，符合低磷環(huán)保的要求。之后通過阻硫酸鈣垢試驗(yàn)評價TH-604的阻垢效果。2.3.2 硫酸鈣阻垢梯度試驗(yàn)

TH-604的阻硫酸酸鈣垢試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 126-2007。加藥梯度為5、10、20、30、40 mg/L，來考察TH-604的阻硫酸鈣垢效果(圖1)。

圖1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)Fig.1 Results of static scale inhibition test

由圖2可知：即使使用對藥劑的阻硫酸鈣垢性能要求較高的Q/SY 126-2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價，TH-604仍具有較好的阻硫酸鈣垢效果。隨加藥量的增加，其阻垢率上升。在加藥量為30 mg/L時，其硫酸鈣阻垢率為91.8%，超過標(biāo)準(zhǔn)要求值（≥90%）。這說明TH-604對于抑制結(jié)構(gòu)致密、難以清除的硫酸鈣垢具有良好的效果[9]。

圖2 硫酸鈣阻垢試驗(yàn)Fig.2 Results of calcium sulfate scale inhibition test

2.4 緩蝕試驗(yàn)

參照GB/T 18175-2000《水處理劑緩蝕性能測定－旋轉(zhuǎn)掛片法》，分別進(jìn)行碳鋼和銅掛片腐蝕試驗(yàn)。

試驗(yàn)條件：溫度（50±1）℃，旋轉(zhuǎn)掛片，試片材質(zhì)為A3碳鋼和銅材質(zhì)，面積為28 cm2，轉(zhuǎn)速90 r/min，試驗(yàn)時間72 h，試片不經(jīng)預(yù)膜處理，試驗(yàn)水為循環(huán)水的配水。

TH-604的緩蝕試驗(yàn)按循環(huán)水的配水一次性加藥20 mg/L，其水質(zhì)指標(biāo)如表1。

試驗(yàn)條件：溫度（50±1）℃，旋轉(zhuǎn)掛片，試片材質(zhì)為A3碳鋼和銅材質(zhì)，面積為28 cm2，轉(zhuǎn)速90

r/min，試驗(yàn)時間72 h，試片不經(jīng)預(yù)膜處理，試驗(yàn)水為循環(huán)水的配水。

表1 配水水質(zhì)分析Table 1 Detection results of preparing water

水質(zhì)分析結(jié)果表明該電廠專用水質(zhì)易結(jié)垢，且容易引起垢下腐蝕[4]。其緩蝕試驗(yàn)結(jié)果如表2所示：TH-604對碳鋼、銅材質(zhì)的腐蝕速率分別為0.037 9、0.002 0 mm/a，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB50050-2007的要求（碳鋼＜0.075 mm/a，銅材質(zhì)＜0.005 mm/a），并且其腐蝕速率遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)要求。此結(jié)果說明：對于電廠循環(huán)水，TH-604對碳鋼、銅材質(zhì)均具有良好的緩蝕效果。

表2 TH-604對碳鋼和銅的緩蝕試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Corrosion results of TH-604 for carbon steel and copper

3 現(xiàn)場應(yīng)用

水處理藥劑的使用效果和循環(huán)水的現(xiàn)場運(yùn)行條件密切相關(guān)。由于TH-604藥劑對電廠循環(huán)水的阻垢和緩蝕效果明顯。因此，在吉林一家電廠進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，該廠補(bǔ)充水水質(zhì)分析結(jié)果如表 3，循環(huán)冷卻水濃縮 3倍。對系統(tǒng)投加TH-604，并經(jīng)過長時間的現(xiàn)場監(jiān)測，循環(huán)水加藥量為 20 mg/L，循環(huán)水中有機(jī)磷控制在約2.0~4.0 mg/L之間。

表3 補(bǔ)充水水質(zhì)分析Table 3 Water quality analysis of feeding water

其緩蝕試驗(yàn)結(jié)果如表4，通過試驗(yàn)可知：TH-604現(xiàn)場應(yīng)用6個月，電廠運(yùn)行情況良好。檢修發(fā)現(xiàn)循環(huán)水管道及凝汽器管壁狀況良好，循環(huán)水池懸掛的碳鋼和銅掛片表面光滑，無明顯腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象，其腐蝕速率分別為 0.048 4、0.002 2 mm/a，符合GB50050-2007的要求。

表4 TH-604對碳鋼和銅的緩蝕試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Corrosion results of TH-604 for carbon steel and copper on site

4 結(jié) 論

(1) 與ATMP、HEDP、PAA和HPMA相比，在同一加藥濃度下，TH-604的阻碳酸鈣效率最高。TH-604的加藥濃度為5 mg/L時的碳酸鈣阻垢率為63.67%。

(2) TH-604具有良好的阻硫酸鈣效果，參照標(biāo)準(zhǔn) Q/SY 126-2007，TH-604的阻硫酸鈣垢率為91.8%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3) 通過TH-604緩蝕性能試驗(yàn)說明TH-604對電廠循環(huán)水的碳鋼、銅材質(zhì)具有良好的緩蝕效果，其腐蝕速率分別為0.037 9、0.002 0 mm/a，均符合GB50050-2007要求。

(4) 通過在東北地區(qū)一電廠的現(xiàn)場應(yīng)用6個月，證明TH-604對電廠循環(huán)水系統(tǒng)具有良好的緩蝕和阻垢效果。補(bǔ)充水濃縮3倍以上，達(dá)到硬水而不結(jié)垢；其腐蝕速率為 0.048 4、0.002 2 mm/a，符合GB50050-2007的要求。

這對于解決使用區(qū)域非常廣泛的電廠循環(huán)冷卻水的腐蝕和結(jié)垢問題，具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

［1］ 于良春,林峰. 中國發(fā)電能源結(jié)構(gòu)與電力生產(chǎn)可持續(xù)性分析[J].山東社會科學(xué), 2006(1): 92-95.

［2］ 鄭書忠.循環(huán)冷卻水水質(zhì)及水處理劑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》[S]. 北京: 中國計(jì)劃出版社出版,2008.

［4］ 周本省.工業(yè)水處理技術(shù) [M]. 第二版. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

［5］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局/中國國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會.GB/T 16632-2008《水處理劑阻垢性能的測定》[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版,2008:1-3.

［6］中國石油天然氣集團(tuán)公司. Q/SY 126-2007《油田水處理用緩蝕阻垢劑技術(shù)要求》[S]. 北京:石油工業(yè)出版社, 2000:1-6.

［7］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB/T18175-2000《水處理劑緩蝕性能的測定-旋轉(zhuǎn)掛片法》[S]. 北京, 2000:7-12.

［8］國家電力公司熱工研究院.DL/T 806-2002《火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水用阻垢緩蝕劑》[S]. 陜西, 2002:1-6.

［9］ 王兵,李長俊,廖柯熹,等.管道結(jié)垢原因分析及常用除垢方法[J].油氣儲運(yùn), 2008, 27(2):59-61.