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循环冷却水处理概要

发布时间：2011/4/16 阅读次数：6282 字体大小: 【小】【中】【大】

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第三节日常运行用的复合水处理剂

一、复合水处理剂的优点

与单一水处理剂相比，复合水处理剂具有以下一些优点：

（1）其中的缓蚀剂与缓蚀剂之间、缓蚀剂与阻垢剂之间往往存在协同作用或增效作用；

（2）可以同时控制多种金属材质的腐蚀；

（3）可以同时控制腐蚀与水垢或污垢的形成

（4）可以简化加药的手续。

因此，人们在循环冷却水处理中广泛使用各种复合水处理剂，同时控制冷却水系统中的腐蚀和沉积物。

二、典型的复合水处理剂

（一）铬酸盐-锌盐

铬酸盐是一种阳极型缓蚀剂，当它与适当的阴极型缓蚀剂复合使用时，可以得到满意而经济的缓蚀效果，故铬酸盐经常与属于阴极型缓蚀剂的锌盐复合使用。

铬酸盐-锌盐复合缓蚀剂是敞开式循环冷却水中最有效的复合缓蚀剂之一。铬酸根离子或锌离子的组成在20%~80%时增效作用最佳。

把锌盐（3~10mg/L Zn²⁺）加入低剂量（≤20mg/L CrO₄^2-）的铬酸盐溶液中，它们之间就有明显的增效作用，并能大大减轻钢的局部腐蚀。这种复合缓蚀剂对于多金属系统有着广泛的适应性。除了保护钢以外，它还能保护铜合金（其中包括海军黄铜）、铝合金和镀锌钢材。铬酸盐-锌盐复合缓蚀剂可以降低多金属系统的均匀腐蚀和电偶腐蚀。它能在较高的温度下使用。

铬酸盐-锌盐复合缓蚀剂对温度在正常范围内的变化和水的腐蚀性变化不敏感。使用这种复合缓蚀剂时，敞开式循环冷却水运行的pH值范围可以从5.5~7.5，但通常采用pH=7.0。在冷却水中，其推荐的控制条件如下：

pH值 7.0~7.5 [Zn²⁺] 3.0~3.5mg/L

[CrO₄^2-] 20~25mg/L 钙硬度 ≤800mg/L（CaCO3计）

虽然铬酸盐-锌盐复合缓蚀剂有不少优点，但它也有许多缺点。例如：

（1）它对碳酸钙和硫酸钙等水垢没有低浓度阻垢作用；

（2）它对与冷却水接触的金属表面没有清洗作用，而循环冷却水中的缓蚀剂又必须在被保护的金属表面上没有沉积物（水垢和污垢）时才能与之作用，从而发挥其缓蚀作用；

（3）当pH>7.5时，复合缓蚀剂中的锌离子将转变为不溶性的碱式锌盐沉淀；

（4）铬酸盐和锌盐的排放会给环境保护制造困难。

（二）铬酸盐-锌盐-膦酸盐

上面提到的铬酸盐-锌盐复合水处理剂的前三个缺点，可以通过在铬酸盐-锌盐复合缓蚀剂中加入膦酸盐来克服。膦酸盐能抑制敞开式循环冷却水中碳酸钙和硫酸钙垢的生长，提高冷却水中锌盐的稳定性，从而使冷却水运行的pH值范围扩展到pH=9。膦酸盐还有清洗作用，它可以使循环冷却水中的金属表面处于清洁状态。

铬酸盐-锌盐并不是冷却水中微生物生长的营养剂，所以使用铬酸盐-锌盐复合缓蚀剂可以减少微生物引起的腐蚀和黏泥产生。加入ATMP后，在高pH值的锌离子可以稳定在水中。与此同时，锌离子可以提高ATMP抵抗冷却水中氯引起的降解的能力。

（三）聚磷酸盐-锌盐

聚磷酸盐-锌盐复合水处理剂具有以下一些特点：

（1）对冷却水中电解质浓度的变化不敏感；

（2）对碳酸钙和硫酸钙垢有低浓度阻垢作用；

（3）既能保护碳钢，又能保护有色金属；

（4）对被保护的金属表面有清洗作用。

聚磷酸盐-锌盐复合水处理剂是一种阴极型缓蚀剂。锌离子能加速保护膜的形成，抑制腐蚀，直到金属表面上生成一层致密和耐久的保护性薄膜为止。

使用聚磷酸盐-锌盐复合水处理剂时，冷却水的pH值应控制在6.8～7.2。冷却水在这个pH值范围内运行，可以防止它对铜基合金的腐蚀。这种复合水处理剂对冷却水水体温度的变化并不敏感。

（四）聚磷酸盐-膦酸盐-聚羧酸盐

聚磷酸盐-HEDP（羟基亚乙基二膦酸）复合缓蚀剂也是一种阴极缓蚀剂。聚磷酸盐和HEDP在保护碳钢时，也有协同作用。聚磷酸盐-HEDP复合缓蚀剂的使用浓度（以磷酸根计）为15mg/L，pH=6～8时，碳钢的腐蚀速度可以控制在约0.050～0.075mm/a（2～3mpy）。它对温度不敏感。当冷却水的水体温度超过60℃时，仍能进行良好的腐蚀控制。

聚磷酸盐-HEDP复合缓蚀剂的正常使用浓度为15mg/L。如果对冷却水系统进行适当的预处理，这个浓度还可降低。由于聚磷酸盐易于水解，故产生正磷酸盐的问题仍然存在。如果磷酸钙的沉淀问题能得到控制，则水解产生的正磷酸盐将有助于其缓蚀作用。

聚磷酸盐-膦酸盐常与羧酸的均聚物或共聚物组成复合水处理剂联合使用。其中的膦酸盐不但有缓蚀作用，而且还有阻垢作用；羧酸的均聚物或共聚物则主要起分散作用。这种复合水处理剂的特点是：可以再较宽的pH值范围内使用，尤其能在碱性条件下有效地阻止碳酸钙的沉淀。

（五）锌盐-膦酸盐

与单独使用膦酸盐时相比，锌盐与膦酸盐复配后可以提高膦酸盐对碳钢的缓蚀作用。当复合缓蚀剂中锌的含量在20%～70%范围内时，碳钢的腐蚀可以得到很好的控制，但锌离子的含量在30%～60%时，则协同作用最佳。此时，碳钢的腐蚀速度可低于0.025mm/a（1mpy）。当敞开式循环冷却水系统中有铜基合金存在时，膦酸盐对铜基合金有腐蚀性，因为膦酸盐能与铜离子螯合生成稳定的可溶性螯合物。锌离子存在时可以减轻膦酸盐对铜的腐蚀。这可能是由于锌离子能与膦酸盐生成更稳定的螯合物的缘故。

锌盐-膦酸盐复合缓蚀剂对循环冷却水中电解质的浓度并不敏感，温度的影响也很小。因此，锌盐-膦酸盐复合缓蚀剂所适用的水质条件范围很宽，适用的pH值上限可达9.0。

膦酸盐是一类具有低浓度阻垢作用的阻垢剂，因此，锌盐-膦酸盐复合水处理剂不但具有优良的缓蚀作用，而且还具有很好的阻垢作用。

（六）锌盐-膦羧酸-分散剂

要使锌系复合水处理剂能有效地控制敞开式循环冷却水中金属的腐蚀，冷却水中至少需要保持2mg/L锌离子。当冷却水的pH>8.0时，传统的锌盐-膦酸盐复合水处理剂往往不易使阻垢的锌离子保持在冷却水中去有效地控制金属的腐蚀。然而锌盐-膦羧酸-分散剂组成的复合水处理剂却可以做到这一点，甚至在冷却水pH值为9.5时。

在冷却水中，锌离子是一种阴极型缓蚀剂，膦羧酸是一种阳极型缓蚀剂，而锌盐-膦羧酸-分散剂组成的复合水处理剂则是一种混合型缓蚀剂。它既能降低金属阳极溶解过程的速度，又能降低溶解氧阴极还原过程的速度，从而能大大降低金属的腐蚀速度。

由于膦羧酸还具有低浓度阻垢作用，高聚物分散剂还有分散作用和晶格畸变作用，故冷却水在高pH值下运行时仍能使换热器的金属换热表面保持清洁，便于复合水处理剂到达金属表面产生缓蚀作用和防止垢下腐蚀。

（七）膦酸盐-聚羧酸盐-唑类

膦酸盐-聚羧酸盐-唑类复合水处理剂是以聚羧酸盐分散剂为主剂，以膦酸盐为阻垢缓蚀剂和唑类为铜缓蚀剂的一种水处理剂。它是一种全有机水处理剂。

使用该水处理剂时，冷却水的结垢控制是依靠聚羧酸盐的阻垢分散作用和膦酸盐的阻垢作用来实现的，而冷却水中金属腐蚀的控制，一方面是依靠膦酸盐和唑类的缓蚀作用，另一方面是依靠提高水的pH值和降低水的腐蚀性来实现的。因此，这类水处理剂对循环水的水质有所要求。

由于膦酸盐-聚羧酸盐-唑类复合水处理剂在使用时不需要向冷却水中加酸调节循环水的pH值，可以消除冷却水系统正常运行中发生低pH值漂移带来的危险，加以该水处理剂通常以溶液的形式供应，故使用方便、操作简单。

需要注意的是，如果换热器的金属表面无热负荷，冷却水系统处于低浓缩倍数时，则膦酸盐-聚羧酸盐-唑类复合水处理剂的缓蚀效果较差。

（八）钼酸盐-正磷酸盐（或膦酸盐）-唑类

单一的钼酸盐缓蚀剂由于使用的剂量太大，药剂的费用太高，从而没有能在敞开式循环冷却水系统中得到广泛的应用。与此相反，钼酸盐系的复合缓蚀剂在高温下稳定性好，可适用于宽的pH值范围和多种水质条件，对于多种金属起缓蚀作用，对抑制点蚀有良好的效果，可与多种药剂一起使用。它们既可用于敞开式循环冷却水的处理，也可用于密闭式循环冷却水处理。所以近年来钼酸盐系的复合水处理剂得到较快的发展。

已开发的钼酸盐复合水处理剂有：钼酸盐-正磷酸盐-唑类、钼酸盐-膦酸盐-唑类、钼酸盐-HEDP-唑类-锌盐、钼酸盐-膦酸盐混合物-唑类、钼酸盐-葡萄糖酸钠-锌盐-膦酸盐-聚丙烯酸钠等。其中的钼酸盐、正磷酸盐和锌盐是碳钢的缓蚀剂，唑类是铜和铜合金的缓蚀剂，而膦酸盐则是阻垢缓蚀剂，它们之间有明显的协同作用。

研究发现，在低离子浓度和高离子浓度的腐蚀型冷却水中，以钼酸盐-正磷酸盐-唑类复合水处理剂的环视作用最强；而在高离子浓度的碱性冷却水中（pH=8.0～9.5），则钼酸盐-HEDP-唑类、钼酸盐-HEDP-唑类-锌盐、钼酸盐-膦酸盐混合物-唑类、钼酸盐-正磷酸盐-唑类四种钼酸盐复合缓蚀剂对碳钢和海军黄铜都有很好的缓蚀作用。

（九）锌盐-羟基膦酰基乙酸

2-羟基膦酰基乙酸（HPA或HPAA），据介绍，HPA的缓蚀性能远高于羟基亚乙基二膦酸（HEDP）和2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTCA）。有人认为，在有机膦酸中，就缓蚀作用而言，HPA是当前最有效的有机膦酸。

为了提高HPA的缓蚀作用，人们还开发锌盐-羟基膦酰基乙酸复合水处理剂。

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