高硬度和碱度循环冷却水处理剂

高硬度和碱度循环冷却水处理剂

SW-606的研究及应用

陕西省石油化工研究设计院

段宝民杨鸿鹰齐永红

摘要叙述了循环冷却水处理剂SW—606的阻垢、缓蚀机理。并通过静态阻垢实验、旋转挂片腐蚀试验和动态模拟综合评价试验等试验数据证明SW—606在高硬度、高碱度、高Cl-及SO42-和高含盐水中的使用性能与国外同类产品的使用性能相当。在陕西省渭河化肥厂年产300kt合成氨、520kt尿素大型装置的循环冷却水系统（循环水量41000m3/h）长达30个月的连续使用，其阻垢和缓蚀性能优良。

关键词循环冷却水阻垢剂缓蚀剂研究应用

淡水资源是人类赖以生存和社会发展的基本条件，而目前人类正以前所未有的规模和速度消耗着陆地上有限的淡水资源。由于地球上的淡水资源是有限的，水在自然循环过程中不会增长，因此，被开发利用或污染的资源愈多，人类可利用的淡水资源就愈少。为了人类自身的生存，也为了子孙后代的繁衍，节约水资源已刻不容缓。我国是一个水资源贫乏的国家，人均淡水占有量仅为2700m3，居世界第84位。随着工农业生产的发展，供水日趋紧张，“水荒”已是工农业生产和人民生活所面临的最严峻的问题。据统计，工业用水以每年6%的速度持续增长，占工业用水量80%~90%的冷却水的重复利用，是节约用水的重要途径。西北地处干旱和半干旱地区，淡水资源十分贫乏，地下水质的普遍特点是“四高”，即高硬度、高碱度、高Cl-及SO42-和高含盐量，该种水源作为工业循环冷却水，其结垢和对设备的腐蚀十分严重。目前，国内的水处理剂无法达到理想的结果，在吸收引进国外水处理剂的基础上，我院研制和生产了新型的含磺酸基聚合单体、丙烯酸-磺酸共聚物阻垢分散剂和复合型工业循环冷却水处理剂SW-606。

1 SW-606的阻垢、缓蚀机理

水处理技术的发展，经历了从无机化合物、天然高分子化合物、均聚物、有机膦酸盐和共聚物等不同阶段逐步由单一技术向多元技术发展，注重研究各组份之间的协同增效作用。水处理方案也由磷系配方、磷系复合配方向磷系碱性处理配方和全有机碱性水处理配方发展。通过对不同阻垢剂、阻垢分散剂、缓蚀剂、缓蚀助剂等组份及不同使用浓度的正交试验，利用静态阻垢试验和旋转挂片腐蚀试验的方法，研制出的阻垢缓蚀剂SW-606适用于高硬度和碱度的循环冷却水处理。

SW-606是以水溶性多元磺酸共聚物、膦酸盐、铜缓蚀剂等为主的复合型阻垢缓蚀剂。其中水溶性多元磺酸共聚物的同一分子链上含有弱酸基团（-COOH）、强酸基团（-SO3H）和非离子基团（-OH、-O-）等，这些功能团在水溶液中引力和斥力不同，如弱酸基团对多价阳离子亲合力强，可吸附到粒子上，强酸基团可增强聚合物的水溶性，使分子链在水中伸展，提高渗透力或静电斥力，而非离子基团与水分子氢键缔合，增强聚合物的水溶性，并提供空间斥力使分子链伸展。对不同粒子、离子、晶体等产生不同的吸附和分散性能，控制晶体生长速度，分散微晶，起到阻止碳酸钙、磷酸钙、锌盐等成垢，从而具有优良的阻垢和分散作用。SW-606中的膦酸盐分解产物正磷酸盐，可在碳钢表面的阴极区形成磷酸钙组成的保护膜，该保护膜阻止了水和水中的溶解氧与碳钢表面接触，阻止了阴极的腐蚀反应。另外，在溶解氧存在的条件下，正磷酸盐在碳钢表面的阳极区可形成由磷酸铁和γ-氧化铁组成的保护膜，该

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保护膜使碳钢的电势提高，达到钝化作用，抑制了阳极的腐蚀反应。SW-606中的铜缓蚀剂可在铜和铜合金表面形成由铜的复盐组成的保护膜，抑制了铜和铜合金的腐蚀反应。此外，由于水溶性共聚物可吸附在保护膜上，使之致密，所以SW-606具有优良的缓蚀性能。

2 SW-606的研究试验

2.1SW-606对阻碳酸钙垢的影响

在其它条件相同，只改变使用浓度的条件下，研究了SW-606对阻碳酸钙垢的影响，同时与S-1050进行了对比评定试验，见表1。

表1 SW-606和S-1050在不同使用浓度下

使用浓度/mg·L-1SW-606阻垢率/% S-1050阻垢率/%

20 69.9 60.3

40 85.4 73.8

60 95.5 80.4

80 98.5 82.5

（1）评定条件：水质Ca2+ 260mg/L, -

3

HCO850mg/L,pH～8.5。

（2）S-1050为日本栗田公司的水处理剂。

表1表明，SW-606的阻垢率随使用浓度的增加而增加，当使用浓度在60mg/L时，阻垢率为95.5%，大于60mg/L以后，随着使用浓度的增加而阻垢率的增加较缓慢，SW-606的阻垢碳酸性能（从静态评定试验看）要优于S-1050。

2.2SW-606不同使用浓度对阻磷酸钙垢的影响表2 SW-606与S-1050在不同浓度下对碳酸钙垢的阻垢率

使用浓度/mg·L-1SW-606阻垢率/% S-1050阻垢率/%

20 40.9 7.4

40 84.7 66.2

60 97.9 78.1

80 100 100

评定条件：水质Ca2+ 260mg/L,-3

4

PO5mg/L，pH～8.5。

由表2可知，SW-606对磷酸钙的阻垢率，随使用浓度的增加而呈上升趋势，在60mg/L 时阻垢率已达97.9%,而在60mg/L以后,阻垢率上升较慢,使用浓度在80mg/L以下时,SW-606的性能优于S-1050,在80mg/L时，两者性能相当。

2.3SW-606在不同使用浓度时对稳定锌离子的影响

由表3可知,SW-606对锌离子的稳定率,随使用浓度的增加而呈上升趋势, 在80mg/L时, 其性能与S-1050相当,对锌离子的稳定率达90.5%,具有优越的稳定锌离子性能。

表3 SW-606在不同使用浓度时对稳定锌离子的影响

使用浓度/ mg·L-1SW-606阻垢率/% S-1050阻垢率/%

20 53.2 52.3

40 79.6 85.7

60 83.6 91.0

80 90.5 90.7

评定条件：水质Ca2+260mg/L,HCO-3350mg/L,pH～8.5,Zn2+3.0mg/L,80±1℃恒温。

2.4SW-606对碳钢(A3)的缓蚀性能

表4 SW-606对碳钢(A3)的缓蚀性能并与S-1050对比试验牌号

浓度

/ mg·L-1

腐蚀浓度

/ mm·a-1

表面状

况

缓蚀率

/% SW-606 60 0.0316

光滑无

点蚀

95.1

SW-606 80 0.0225

光滑无

点蚀

96.5

S-1050 60 0.0356

光滑无

点蚀

94.5

S-1050 80 0.0301

光滑无

点蚀

95.3

空白/ 0.6461

严重腐

蚀

0 评定条件：水质Ca2+260mg/L,Cl-450mg/L,SO42-1100mg/L,HCO3- 850mg/L,pH～8.5,电导率～5000μs/㎝,

50±1℃恒温。

由表4可知，SW-606具有优良的缓蚀性能，且缓蚀性能随使用浓度的增加而增加。2.5SW-606的动态模拟综合性能评价

根据SW-606的特点,用西北地区最具代表性的水质──陕西渭河化肥厂水质,在化工部光明化工研究院生产的WDM-B型循环冷却水动态模拟装置上,按照《冷却水动态模拟实验方法》（HG/T2160-91）的要求,进行多次综合评价实验，试验条件见表5，动态模拟试验结果见表6。

参照中国石油化工总公司《冷却水分析和

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