循环水系统腐蚀与其Fe2+和Fe3+总质量浓度的关系

在工业循环水系统中 ,普遍存在着钢铁管线及 冷换设备的腐蚀问题 。为节水减排 ,必须提高循环 水浓缩倍数 ,使系统中离子成倍增加 ,微生物在系统 中存留时间大大延长 ,从而更加剧了系统的腐蚀 。 为使腐蚀速度控制在允许的范围内 ,普遍采用投加 缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂 ,以控制腐蚀离子和生物 黏泥引起的腐蚀 。为监控系统腐蚀倾向 ,现场普遍 采用监测换热器 、挂片 ,同时配合循环水中 Fe2 + 和 Fe3 +总铁质量浓度含量来判断腐蚀的程度 ,但是总 铁质量浓度的高低有时又与腐蚀情况不完全一致 , 需要具体情况具体分析 。
5 结论Biblioteka Baidu
量浓度基本维持在低水平 ,且变化不大 ,此时用总铁 质量浓度判断系统腐蚀趋势已失去意义 。
(2) 循环水系统中总铁质量浓度的高低与补充 水中总铁质量浓度 、循环水浓缩倍数 、碱度控制范围 及水处理剂的分散性能有关 ,应根据不同循环水系 统的具体情况制定合理的总铁质量浓度控制指标 , 不能一概而论 。
4 余氯对总铁质量浓度的影响
为控制微生物引起的生物黏泥 ,各水厂普遍采 用杀菌效果好 、使用方便的优氯净 (二氯异氰尿酸 钠 ) 进行定期冲击投加 ,但其投加方式和投加量对 钢铁的腐蚀至关重要 ,却常被人们忽视 。图 3、图 4 为 2005 年 9 月 21日 —2006 年 1 月 11 日洛阳石化 化纤循环水系统运行的总铁质量浓度和余氯质量浓 度 。此期间每天投加优氯净 200 kg,但投加方式不 同 。余氯大幅波动期间 ,投加方式为每天 1 次冲击 投加 200 kg。余氯在 0. 5 mg /L 以下低位运行期间 , 投加方式为每天 2次投加 ,每次 100 kg。
作者简介 :边家领 (1967 - )男 ,高工 ,洛阳石化金达实业公司化工厂副厂长 。
第 24卷
边家领等 1循环水系统腐蚀与其 Fe2 +和 Fe3 +总质量浓度的关系
·41·
能和碱度控制范围有关 。
2 碱度对总铁质量浓度的影响
路琼华发现 [ 1 ] , pH < 7. 0 时 ,钢铁产生析氢腐 蚀 ,处于离子溶解区 ( Fe2 + 、Fe3 + ) ; pH 在中性或 pH > 8. 0时 ,铁能产生吸氧腐蚀生成 Fe (OH ) 3 ,并 形成铁锈 ; 9. 0 < pH < 13. 0 时 ,钢铁可生成 Fe (OH ) 3 的钝化膜 ,防止金属溶解 ,处于钝化区 ; 当 pH > 13. 6 时 ,钢铁产生苛性脆裂又可转化为 HFeO2- 而溶解 , 又处于离子溶解区 。在加酸处理的循环水系统中 , 由于碱度控制较低 ,铁离子处于溶解与沉积的临界 点 ,系统碱度与总铁质量浓度呈负相关关系 ,见图 1、图 2。图 1 为洛阳石化化纤循环水厂 2005年 4月 27日 —8 月 9 日总碱度与总铁质量浓度的运行数 据 。图 2为 2005年 12月 27日 —2006 年 2 月 8 日 的总碱度与总铁质量浓度的分析数据 。
(1) 在碱度较低时 ,循环水中总铁质量浓度与 碱度呈负相关关系 。碱度低 ,总铁质量浓度高 ;碱度 高 ,总铁质量浓度低 ; 当系统碱度控制范围超过 130 mg /L 以后 ,铁离子大部分形成沉积垢 ,总铁质
参考文献
[ 1 ] 路琼华. 工科无机化学 [M ] . 上海 : 华东化工学院出版 社 , 1992: 775. [原文刊于 2007年第 3期《工业水处理 》]
3号药剂在炼油循环水厂试验期间试管监测腐 蚀结果平均为 0. 106 mm / a, 远高于 指标要 求 ( ≤ 0. 05 mm / a) ,严重超标 ,说明因腐蚀引起的系统总 铁质量浓度升高将大大增加 。试验期间补充水平均
总铁质量浓度质量浓度 0. 2 mg /L , 平均浓缩倍数 4. 07,补 充 水 浓 缩 4. 07 倍 后 总 铁 质 量 浓 度 应 为 0. 814 mg /L ,加上腐蚀产生的总铁 ,系统总铁质量浓 度应远大于 0. 814 mg /L ,而实际炼油循环水系统平 均总铁质量浓度却为 0. 420 mg /L ,相应的碱度被控
1 循环水系统总铁质量浓度来源
总铁主要来源于补充水 、系统残留铁锈垢和系 统钢铁腐蚀产物 。当补充水总铁质量浓度升高 、铁 锈沉积物重新溶解 、系统钢铁表面腐蚀速度升高 、浓 缩倍数提高时 ,均会造成循环水系统总铁质量浓度 升高 。其中 ,补充水总铁质量浓度的高低由水源决 定 ; 腐蚀产生的总铁质量浓度高低与水处理剂的缓 蚀性能有关 ,可通过改善水处理剂性能控制 ; 系统 中残留铁锈垢的溶解和铁离子的重新沉积所引起的 总铁质量浓度升高与降低 ,又与水处理剂的分散性
表 1 不同碱度时总铁质量浓度的影响
试样编号
1
2
3
4
5
总碱度 / (mg·L - 1 ) 88. 2 111. 0 129. 5 132. 3 137. 7
总铁质量浓度 / (mg·L - 1 ) 1. 43 0. 49 0. 11 0. 13 0. 10
根据上述分析 ,针对洛阳石化化纤循环水厂试 验期间总铁质量浓度超标 (浓度指标要求 ≤0. 5 mg / L ) 的问题 ,将现场总碱度由平均 100 mg /L ( 80 ～ 120 mg /L ) 提高至 110 mg /L ( 90 ～130 mg /L ) ,总 铁质量浓度由 0. 710 mg /L 降至 0. 429 mg /L ,之后的 总铁质量浓度均未超标 。
他山之石
清洗世界
C lean ing W orld
第 2 4卷第 8期 2 0 0 8年 8月
文章编号 : 1671 - 8909 (2008) 08 - 0040 - 04
循环水系统腐蚀与其 Fe2 + 和 Fe3 + 总质量浓度的关系
边家领 刘永明 杨世昌 陶玉红
(洛阳石化金达实业公司化工厂 ,河南洛阳 471012) 摘 要 : 论述了循环水系统 Fe2 +和 Fe3 + (总铁质量浓度 )来源 ,碱度对总铁质量浓度的影响 ,现 场监测结果与总铁质量浓度的平衡及余氯对总铁质量浓度的影响 。结果表明 ,循环水系统总铁 质量浓度的高低与补充水中总铁质量浓度 、浓缩倍数 、碱度控制范围有关 。在碱度较低时 ,循环 水中总铁质量浓度与碱度呈负相关关系 。当系统碱度超过一定范围 ( 130 mg /L ) 以后 ,大部分 铁离子形成沉积垢 ,总铁质量浓度基本维持在低位且变化不大 ,此时用总铁质量浓度判断系统 腐蚀趋势已失去意义 ,应以现场监测结果为准 。如果总铁质量浓度稳定在一定范围内 ,并不持 续升高 ,应属正常 ,否则就要细查原因 ,尤其要查氧化性杀菌剂的投加方式和投加量引起的系统 腐蚀问题 。 关键词 :循环水系统 ; 总铁质量浓度 ; 腐蚀 ; 碱度 ; 余氯 中图分类号 : TQ 085 文献标识码 : B
(3) 由于干扰总铁质量浓度高低的因素较多 , 判断系统腐蚀趋势时要将总铁质量浓度与现场监测 结果结合考虑 ,如果监测结果在控制的范围内 ,应以 监测结果为准 。
(4) 在一定的碱度范围内 ( 小于 130 mg /L ) , 如果总铁质量浓度稳定在一定范围之内 ,并不持续 升高 ,应属正常 ,否则就要细查原因 ,尤其要查氧化性 杀菌剂的投加方式和投加量引起的系统腐蚀问题。
3 现场监测结果与系统总铁平衡分析
碱度高 ,总铁质量浓度易形成氢氧化铁 ( 失水 后又形成三氧化二铁 ) 沉积于塔池或管线内 ,形成 锈垢 ,导致系统总铁质量浓度分析结果偏低 。碱度 低 ,系统总铁质量浓度不易形成氢氧化物沉积 ,同时 铁锈垢被溶解又会使系统总铁质量浓度升高 。
洛 阳 石 化 现 场 监 测 要 求 : 试 管 腐 蚀 速 率 ≤ 0. 05 mm / a,粘附速率 ≤15 mcm ,系统总铁质量浓度 ≤0. 5 mg /L。1 号 (有机磷 、磺酸盐共聚物 、羧酸共 聚物 ) 、2 号 ( 有机磷 、无机磷 、磺酸盐共聚物 、聚环 氧琥珀酸类共聚物 ) 、3号 (有机磷 、无机磷 、磺酸盐 共聚物 、聚环氧琥珀酸类共聚物 ) 药剂在洛阳石化 循环水厂试验期间的运行结果见表 2。
图 3 循环水系统 2005 - 09 - 21日 — 2006年 01 - 11日总铁质量浓度支行记录
第 24卷
边家领等 1循环水系统腐蚀与其 Fe2 +和 Fe3 +总质量浓度的关系
·43·
图 4 循环水系统 2005 - 09 - 21日 — 2006年 01 - 11日运行余氯质量浓度记录 通过图 3 与图 4 对照可以明显看出 ,余氯质量 浓度高的区间 ,总铁质量浓度高 。余氯质量浓度低 的区间 ,总铁质量浓度低 。可见冲击式投加氧化性 杀菌剂时应特别注意每次优氯净投加量要 ≤ 10 mg /L , 2 h后余氯质量浓度不能超过 0. 5 mg /L。 否则将会引起系统钢铁腐蚀 ,总铁质量浓度持续升高。
制在 146 mg /L。可见系统总铁质量浓度也形成了氢 氧化铁垢沉积 ,导致系统总铁质量浓度分析数据偏 低 ,而实际系统生成的总铁质量浓度并不低 ,腐蚀相 当严重 。
从表 3 数据可知 ,循环水总铁质量浓度的高低 与现场监测结果并不完全一致 ,此时用总铁质量浓 度高低来研判系统腐蚀趋势已失去意义 。对于不同 的补充水 、不同的浓缩倍数 、不同药剂处理的循环水 系统 ,由于其碱度控制范围及药剂分散铁垢的能力 不同 ,系统的总铁质量浓度高低也不同 。因此 ,不能 从总铁质量浓度的高低片面地断定药剂缓蚀性能的 优劣 ,而应结合现场监测的综合效果来研判 。同时 也不能用同一总铁质量浓度控制指标来规定所有循 环水系统 ,而应根据补充水总铁质量浓度 、浓缩倍 数 、碱度高低等具体情况 ,制定合理的总铁质量浓度 控制指标 。
为了进一步分析循环水系统碱度对总铁质量浓 度的影响 ,于 2006 年 3 月 7 日用洛阳石化化纤循环 水厂的循环水回水 ( pH 7. 71,总碱度 93. 7 mg /L ,总 铁质量浓度 0. 42 mg /L ,含阻垢缓蚀剂约 90 mg /L , 余氯 0. 3 mg /L ,钙硬 960 mg /L ) 调配成含总铁质量 浓度 1. 92 mg /L、不同碱度的试样 。在模拟现场换热 的过程中 ,将各试样在 80℃下恒温 0. 5 h,然后自然 冷却至室温 ,分析总铁质量浓度和碱度 ,结果见表 1。
100 3. 78 0. 11
0. 420 100～200
146 4. 07 0. 20
由表 2 可见 , 1 号药剂在化纤循环水厂的处理 效果比 2 号药剂差 ,腐蚀和结垢速率较高 。说明 1 号药剂因腐蚀而引起的系统总铁质量浓度升高要大
于 2号药剂 。从化纤循环水厂平均浓缩倍数和补水 总铁质量浓度含量看 ,试验期间 , 1号 、2号药剂理论 系统总铁质量浓度为 0. 41 mg /L 左右 ,但实际上 , 1 号药剂系统总铁质量浓度只有 0. 242 mg /L , 2 号药 剂反而高达 0. 659 mg /L ,其可能原因是 1号药剂碱 度控制范围 (平均 113 mg /L ) 比 2号药剂的碱度控 制范围 (平均 100 mg /L ) 高所致 。在 1号药剂试验 期间 ,一部分系统总铁质量浓度转变为氢氧化铁垢 沉积 ,导致循环水总铁质量浓度分析结果偏低 ;而 2 号药剂的碱度范围控制低 ,系统总铁不易形成氢氧 化铁垢沉积 ,同时部分老铁垢可能被溶解或再分散 进入循环水 ,从而使分析所得的循环水系统总铁质 量浓度较高 。
循环水平均总铁质量浓度 /
(m g·L - 1 )
0. 242
循环水碱度控制范围 / (mg 80～150
·L - 1 )
循环 水 平 均 碱 度 / (mg · 113
L-1)
循环水平均农缩倍数 /倍
3. 75
补充水平均总铁质量浓度 / (m g·L - 1 )
0. 11
0. 659 70～120
表 2 三药剂在试验期间部分运行结果
试验药剂
1号
循环水厂
化纤循 环水厂
试管平均腐蚀速率 / (mm ·
a- 1 )
0. 059
试管平均粘附速率 /mcm
13. 75
2号 化纤循 环水厂
0. 037
11. 76
3号 化纤循 环水厂
0. 106
13. 73
·42·
清洗世界
第 8期
续表
试验药剂
1号
2号
3号