電廠循環(huán)冷卻水化學(xué)穩(wěn)定處理試驗(yàn)研究

劉偉

摘 要： 根據(jù)電廠循環(huán)水高硬度、高堿度的水質(zhì)情況，采用在水中增加阻垢緩蝕劑的辦法，減緩腐蝕、緩滯水垢。經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)外足夠緩蝕劑現(xiàn)狀的研究，選用某電廠循環(huán)水的水樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，概述說明如何配制正確的阻垢緩蝕劑。

關(guān)鍵詞：電廠 冷卻水 化學(xué) 穩(wěn)定處理

中圖分類號(hào)：TM621.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）05-0314-01

電廠循環(huán)水多數(shù)為多種水混合使用，為了節(jié)約水資源，很多電廠的循環(huán)水包含地下淺水，水質(zhì)極差，水中含有Ca2+、Cl-等，既容易在水中形成沉積鹽，造成堿性水質(zhì)，形成水垢。因此，對(duì)于此高硬度、高堿度的水質(zhì)，通常采取在水中添加阻垢緩蝕劑，減緩設(shè)備腐蝕，滯后水垢的形成。

一、電廠循環(huán)冷卻水化學(xué)穩(wěn)定的處理辦法

由于電廠循環(huán)水多為高硬度、高堿度的水質(zhì)，在早期的工業(yè)循環(huán)水處理辦法中，一般采用的是在水中加酸來調(diào)節(jié)循環(huán)水的PH值，控制PH值在6.0-6.5之間，控制循環(huán)水中結(jié)垢現(xiàn)象，再在水中加入緩蝕劑，以便控制對(duì)設(shè)備的腐蝕作用。這種方法對(duì)于酸量的控制非常嚴(yán)格，酸量增加失誤會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水結(jié)垢、設(shè)備腐蝕。而且由于循環(huán)水的PH值長(zhǎng)期為弱酸性，對(duì)設(shè)備的腐蝕也在不斷進(jìn)行。

為了避免設(shè)備長(zhǎng)期腐蝕的現(xiàn)象，逐漸發(fā)展形成了“堿性冷卻水處理法”。這種方法可以提高循環(huán)水的PH值，減緩設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象，從而被廣泛使用。隨著對(duì)水資源的保護(hù)以及倡導(dǎo)節(jié)約用水的理念逐漸得到重視，在電廠循環(huán)水的使用過程中，循環(huán)水逐漸采用高濃縮倍率技術(shù)，隨著這種技術(shù)的發(fā)展，循環(huán)水中的硬度、堿度、PH值以及微生物含量等都隨之升高。但是“堿性冷卻水處理法”相對(duì)來說更容易在循環(huán)水中引起結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，因此需要開發(fā)高效的阻垢緩蝕劑配方。

新型的阻垢緩蝕劑種類繁多，在初期階段，常使用丹寧、木質(zhì)素等天然有機(jī)物；后來，較為常用的是三聚磷酸鈉等聚合磷酸鹽，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，有機(jī)膦酸鹽作為阻垢緩蝕劑被廣泛使用。近年來，隨著地下水源水質(zhì)的日益惡化，污染和環(huán)境問題也越來越廣泛的被人們所關(guān)注。循環(huán)水的處理技術(shù)也面臨著越來越有更高的挑戰(zhàn)。

二、國(guó)內(nèi)外阻垢緩蝕劑的研究概況及腐蝕結(jié)垢產(chǎn)生的原理

1.國(guó)內(nèi)外阻垢緩蝕劑的研究概況

在國(guó)外，早在30年代就已經(jīng)開始了循環(huán)水處理技術(shù)的研究和發(fā)展，而在50年代，蘇聯(lián)的化工技術(shù)引入中國(guó)，我國(guó)的循環(huán)水處理技術(shù)才開始使用聚磷酸鹽水處理劑，開始了我國(guó)循環(huán)水處理技術(shù)的發(fā)展研究。70年代中期，我國(guó)引進(jìn)大化肥裝置，同時(shí)我國(guó)的水處理技術(shù)也隨之有了新的啟發(fā)，并廣泛應(yīng)用到電廠、石油化工廠等相關(guān)行業(yè)。

隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提升和節(jié)約用水引發(fā)的越來越多的關(guān)注，水質(zhì)穩(wěn)定劑的發(fā)展也在不斷的進(jìn)步，到目前為止，我國(guó)的水處理技術(shù)正向著低毒、無(wú)毒的方向發(fā)展，并且逐漸可以應(yīng)用于高濃縮倍數(shù)下的循環(huán)水處理。而隨著這一技術(shù)的發(fā)展，緩蝕劑在具有越來越強(qiáng)的緩蝕阻垢作用的同時(shí)，還具有分散絮凝的功能，更是被細(xì)化分為緩蝕劑、阻垢劑、殺生劑，統(tǒng)稱為 “水處理化學(xué)藥劑”，也被稱為“水質(zhì)穩(wěn)定劑”。在目前的國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)域中，水處理化學(xué)藥劑具有多種種類，按其所具有的緩蝕阻垢的作用，可以分為：磷系配方系列，聚合物系列類，鎢酸鹽和鋁酸鹽系列等。但是相對(duì)來說，磷系配方系列是應(yīng)用范圍最廣、技術(shù)發(fā)展最成熟的一類水質(zhì)穩(wěn)定劑。包括無(wú)機(jī)聚合磷酸鹽和有機(jī)磷系列兩類。但是由于無(wú)機(jī)磷類水質(zhì)穩(wěn)定劑在使用過程中將不可避免的產(chǎn)生不可降解的物質(zhì)，排入環(huán)境后，會(huì)引發(fā)水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化，造成水污染。因此將逐漸被有機(jī)磷類水質(zhì)穩(wěn)定劑取代。而有機(jī)磷類水質(zhì)穩(wěn)定劑使用過程中所產(chǎn)生的含磷物大多可以被微生物降解，最大程度的避免了水體污染現(xiàn)象，并且極少的用量就可以產(chǎn)生很大的效果，具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。另外兩種水質(zhì)穩(wěn)定劑的綜合性能則比較好，但是由于其使用劑量、使用成本及穩(wěn)定性等，使用時(shí)具有一定的限制。

2.腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象的產(chǎn)生原理

循環(huán)冷卻水中腐蝕現(xiàn)象大多為金屬的腐蝕，而金屬的腐蝕現(xiàn)象則大多是由電化學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生的，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，大多都為金屬材質(zhì)，其中的碳鋼、含有雜質(zhì)的鋅、銅等金屬設(shè)備，在循環(huán)水液中均可形成腐蝕電池，從而引起設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象。此外，在循環(huán)水系統(tǒng)中，不可避免的存在諸多縫隙，導(dǎo)致氧氣在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中存在濃度差，這也是導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的原因之一。

而水垢的形成主要是因?yàn)樵谘h(huán)冷卻水中存在的微溶物質(zhì)由于溫度的作用在換熱系統(tǒng)表面結(jié)晶聚集形成的。水垢的成分主要是某些鈣鎂的鹽類。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，存在大量的鈣離子和鎂離子，而鈣離子的濃度高于鎂離子。這兩種陽(yáng)離子非常容易與水中的碳酸根離子和磷酸根離子相結(jié)合，形成鹽類，當(dāng)溫度升高時(shí)，這些鹽類的溶解度不斷減小，最后在換熱系統(tǒng)表面結(jié)晶出現(xiàn)，形成水垢。當(dāng)然，由于各地的循環(huán)冷卻水水質(zhì)的不同，也會(huì)出現(xiàn)磷酸鹽垢、硅酸鹽垢等其它形式的水垢。

三、針對(duì)電廠循環(huán)冷卻水水質(zhì)進(jìn)行化學(xué)穩(wěn)定試驗(yàn)概述

對(duì)某電廠的循環(huán)水進(jìn)行取樣試驗(yàn)，該水樣為原水、混配補(bǔ)充水混合而成，其中混配水按照中水：生水：灰場(chǎng)水=9：5：4配比混合而成。分析水質(zhì)條件后進(jìn)行熱阻試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，并得出了試驗(yàn)結(jié)果。

1.水質(zhì)條件

對(duì)水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，分析結(jié)果如表1，通過測(cè)算出Langelier指數(shù)、Ryzner指數(shù)和腐蝕指數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，該水樣在常溫條件下屬于結(jié)垢型水質(zhì)，但是當(dāng)在實(shí)際運(yùn)行溫度中（假設(shè)運(yùn)行溫度為46℃）或者當(dāng)水樣濃縮2倍后的條件下，水樣將轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重結(jié)垢型水，而腐蝕性卻保持在最低水平。從以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)該份水樣進(jìn)行穩(wěn)定性處理的主要方向是阻垢，同時(shí)也要具有一定的緩蝕作用。

2.試驗(yàn)方法

2.1靜態(tài)阻垢試驗(yàn)

在靜態(tài)條件下，對(duì)水樣采用碳酸鈣沉積法進(jìn)行試驗(yàn)，采用不同的水處理劑與混配水制成試液。對(duì)試液進(jìn)行加熱，當(dāng)試液中的碳酸鈣達(dá)到平衡后測(cè)定試液中Ca2+濃度，根據(jù)Ca2+濃度大小，計(jì)算各配方的阻垢率。

2.2熱阻試驗(yàn)

熱阻試驗(yàn)選擇在快速動(dòng)態(tài)條件下對(duì)污垢進(jìn)行熱阻試驗(yàn)。在上述試驗(yàn)中我們將得到幾組水質(zhì)穩(wěn)定劑的配方，本文采用DGC-1型動(dòng)態(tài)污垢測(cè)試儀，對(duì)這幾組試液進(jìn)行測(cè)試，通過觀察換熱管結(jié)垢現(xiàn)象并且對(duì)污垢的熱阻進(jìn)行測(cè)算，以此來評(píng)價(jià)各配方的阻垢效果。在測(cè)試水樣中補(bǔ)充Ca2+、Cl-、HCO3-、SO42-等離子，保證試液在單一變量下進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3腐蝕試驗(yàn)

腐蝕試驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)掛片失重法，本文采用的是RCC-2型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀。在溫度為42±1℃、試件轉(zhuǎn)速為70r/min的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，在混配水水樣的PH值用稀硫酸每天調(diào)節(jié)2此，維持在8.5的平均PH值下進(jìn)行連續(xù)4的試驗(yàn)，同樣也保證試液只有單一變量。掛片采用材質(zhì)為HSn70-1A，規(guī)格為直接為20mm，厚度為1mm，高度為30mm的銅管，并且用堿液清洗銅管表面后，不作預(yù)膜處理。

2.4動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)根據(jù)某電廠的實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)中進(jìn)行，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

經(jīng)過動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)可以得出結(jié)論：在循環(huán)水水質(zhì)維持不變的情況下，循環(huán)水的流動(dòng)情況、溫度、設(shè)備的材質(zhì)、傳感強(qiáng)度等實(shí)際環(huán)境對(duì)于腐蝕和結(jié)垢的現(xiàn)象具有很大的影響。所以，在研究循環(huán)水處理系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該采用與實(shí)際運(yùn)行相似的環(huán)境進(jìn)行模擬試驗(yàn)，并在試驗(yàn)過程中對(duì)環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的增強(qiáng)，這有助于考察配方的緩蝕阻垢效果，對(duì)實(shí)際運(yùn)行過程中有可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。由此，經(jīng)過上述試驗(yàn)所得出的試驗(yàn)結(jié)果即可直接用于實(shí)際電廠循環(huán)水處理的試運(yùn)行。

四、總結(jié)

電廠的循環(huán)冷卻水處理技術(shù)在不斷的發(fā)展之中，同時(shí)也受到環(huán)境保護(hù)和節(jié)約水資源的制約，因而通過試驗(yàn)，得出污染小、成本低的配方刻不容緩。本文概述了試驗(yàn)方法，但需要根據(jù)各地水質(zhì)的不同選擇合適的水質(zhì)穩(wěn)定劑配方，以適應(yīng)工業(yè)運(yùn)行。

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