一种适用于海水淡化水用作循环冷却系统补充水的阻垢缓蚀剂及其应用的制作方法

1.本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种适用于海水淡化水用作循环冷却系统补充水的阻垢缓蚀剂及其应用。


背景技术：

2.海水淡化作为解决淡水资源匮乏的战略选择，是确保国家安全和可持续发展的必然要求，也是沿海地区未来生存和发展的必然要求。然而海水淡化产品水具有强腐蚀性，将其用作循环冷却补充水，会造成大面积碳钢管道和设备的腐蚀，直接威胁电厂等工业企业的安全运行。而添加阻垢缓蚀剂是一种经济且行之有效的解决方法。
3.目前，国内公开的海水淡化水缓蚀剂专利配方多由稀土盐、硅酸盐、磷酸盐、锌盐等组成，有效抑制了海水淡化水对碳钢、铜合金的腐蚀，但大部分研究成果均处在实验室或中试实验研究阶段，并没有工业化应用实例。同时，实验用水均为单一海水淡化水，未考虑企业采用多元供水的实际情况，其补水水质复杂多变，与海水淡化水存在不小的差距。另外，循环冷却水系统含有热交换装置，如果不添加阻垢剂成分，仍然有一定的结垢风险。
4.cn103319008a公开了一种将海水淡化水作为补水应用于循环冷却系统的缓蚀剂，该缓蚀剂包含两种组分，组分一由钒酸盐或/和钨酸盐或/和钼酸盐组成，组分二由乌洛托品或/和硫脲组成。该发明能够减缓海水淡化水对循环水设备的腐蚀，但其包含稀有金属盐，价格较高。而且该配方不含阻垢成分，用作循环水处理药剂存在很高的结垢风险。
5.cn102303926 a公开了一种海水淡化一级反渗透产水中的缓蚀剂，其由葡萄糖酸钠和硅酸钠组成。而且实验采用旋转挂片法，评价了上述缓蚀剂的缓蚀效果，实验结果显示，碳钢腐蚀速率≤0.1060mm/a，高于《工业循环冷却水处理设计规范》(gb50050-2007)中规定碳钢腐蚀速率应≤0.075mm/a的指标要求。
6.cn105063625a公开了一种用于海水淡化一级反渗透产水介质中的三元复配缓蚀剂，其由2-十一烷基-n-羧甲基-n-羟乙基咪唑啉(uhci)、聚天冬氨酸(pasp)和硫酸锌组成，电化学实验结果表明，当uhci、pasp与硫酸锌复配比为80mg/l:10mg/l:10mg/l时，缓蚀率为90.4％。该配方中uhci仍处于实验室研究阶段，原料不易得，且药剂投加浓度较高。
7.cn101705489a公开了一种适用于海水淡化一级反渗透产品水中碳钢的高效缓蚀剂，其缓蚀剂配方为：聚磷酸钠25-75mg/l，硫酸锌5-10mg/l，偏硅酸钠5-15mg/l，在流速为2m/s的动态水中该缓蚀剂可使碳钢的腐蚀速率降至0.027mm/a以下，但该配方中聚磷酸钠含量≥25mg/l，含磷量过高。
8.目前，污水处理厂进水水质没有国家标准，其进水水质由污水处理工艺、区域进水情况而定，一般污水处理厂进水总磷(以磷酸根计)限值约为4-6mg/l，锌离子等达到《污水综合排放标准》三级标准即可。因此，有必要研究一种低磷锌含量、对碳钢和不锈钢材料的腐蚀性小、药剂投加浓度低的阻垢缓蚀剂。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种适用于海水淡化水用作循环冷却系统补充水的阻垢缓蚀剂及其应用，该阻垢缓蚀剂含磷和锌的组分含量低，总有效药剂投加浓度低，药剂用量少；同时对碳钢和不锈钢材料的腐蚀性小，还具有低毒、高效、环保等特点，适用于海水淡化水用作循环冷却补充水的循环冷却系统补充水体系。
10.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
11.提供一种适用于海水淡化水用作循环冷却补充水的缓蚀阻垢剂，包含组分a和组分b，其中：
12.组分a和组分b的质量比为2.5:1-7:1；
13.按质量百分比计，所述组分a由以下原料组成：27％-45％聚马来酸，19％-41％丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物，14％-23％2-羟基膦酰基乙酸，0％-14％2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷，余量为纯水；
14.按质量百分比计，所述组分b由以下原料组成：30％-40％氯化锌，2％-5％锌稳定剂，余量为纯水。
15.按上述方案，组分a和组分b的质量比为3:1-5:1。
16.按上述方案，所述组分b中的稳定剂为盐酸、氨基磺酸、edta钠盐中的至少一种。所述组分b中，通过加入稳定剂防止锌离子析出。
17.按上述方案，丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物分子量为4000-6000。
18.提供一种上述阻垢缓蚀剂在循环冷却系统中的应用，包括以下步骤：
19.在循环冷却系统的循环水中根据需要加入ph调节剂使循环水ph值为7.5-8.5，同时当循环水中钙离子浓度《15mg/l时，加入钙盐使钙离子浓度维持在15-25mg/l之间，当钙离子浓度≥25mg/l，无需补加钙盐；将上述阻垢缓蚀剂投入循环水中，其中组分a在循环水中的投加浓度为50-70mg/l，组分b投加浓度为10-20mg/l；所述循环冷却系统以海水淡化水或包括海水淡化水的混合水作为补充水。
20.按上述方案，所述ph调节剂为碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠中的至少一种。
21.按上述方案，所述钙盐为氯化钙、碳酸氢钙中的至少一种。
22.按上述方案，所述海水淡化水为反渗透海水淡化水。
23.本发明的有益效果是：
24.1.本发明提供的阻垢缓蚀剂，含磷和锌的组分含量低，并通过药剂间的优化组合，有效降低了总有效药剂投加浓度(约为24mg/l-32mg/l)，药剂用量少；同时对碳钢和不锈钢材料的腐蚀性小，q235碳钢试片腐蚀速率≤0.03mm/a、不锈钢试片腐蚀速率≤
25.0.001mm/a，低于《工业循环冷却水处理设计规范》(gb50050-2007)中规定碳钢腐蚀速率应≤0.075mm/a、不锈钢腐蚀速率应≤0.005mm/a的指标要求；而且在药剂使用期间，循环系统水质控制也较为稳定，在30天的实验周期内，总磷含量低于5mg/l，含磷量低；锌离子低于2mg/l，符合《污水综合排放标准》(gb8978-1996)一级标准；此外阻垢缓蚀剂原料易得，还具有低毒、高效、环保等特点，适用于海水淡化水用作循环冷却补充水的循环冷却系统补充水体系。
26.2.本发明提供的阻垢缓蚀剂，使用时，事先根据需要加入ph调节剂或钙盐对循环水ph和钙离子浓度进行调控，再加入所述阻垢缓蚀剂，在药剂用量较小的情况下，具有良好
的阻垢缓蚀效果，循环系统水质控制稳定，循环水中磷锌含量低。
具体实施方式
27.以下通过实施例进一步对本发明进行解释说明。
28.实施例1
29.本发明提供一种适用于海水淡化水用作循环冷却系统补充水的阻垢缓蚀剂，包含组分a和组分b；所述组分a由质量百分比为45％聚马来酸、20％丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(分子量为4000-6000)、23％2-羟基膦酰基乙酸和12％纯水组成。所述组分b由质量百分比为35％氯化锌、2％盐酸和63％纯水组成。
30.所述阻垢缓蚀剂应用于河北某发电厂，循环冷却系统管道材质为q235碳钢，换热器材质为316l不锈钢材质，循环水量2000m3/h，保有水量为1500m3/h；该厂污水处理设备总磷限值为5mg/l。
31.药剂使用期间，循环冷却系统补充水几乎全部采用反渗透海水淡化水。
32.表1为药剂使用期间部分补充水水质检测结果。
33.表1
34.检测项目单位第1天第15天第30天电导率μs/cm280.0321.8235.8ph/6.506.436.81氯离子mg/l80.7790.9968.24总碱度mg/l3.743.404.93钙离子mg/l0.730.971.40镁离子mg/l1.231.471.44
35.本发明所述的阻垢缓蚀剂的使用方法为：先分别在循环水中加入碳酸钠和氯化钙，使系统水ph值为7.5-8.5，钙离子浓度维持在15-25mg/l之间；然后根据排污量计算药剂投加量，其中组分a在循环水中的投加浓度为60-68mg/l，组分b投加浓度为15-17mg/l。
36.表2为药剂使用期间部分循环水水质检测结果。
37.表2
[0038][0039]
表3为药剂使用期间月度腐蚀速率监测结果。
[0040][0041]
由表1至表3可知，当循环冷却系统补充水全部为海水淡化产品水时，采用“调节水质+缓蚀阻垢剂”的联合使用方案，能有效抑制q235碳钢、316l不锈钢的腐蚀。在667h的实验周期内，q235碳钢的平均腐蚀速率＜0.007mm/a，316l不锈钢平均腐蚀速率约为0.001mm/a，均远低于《工业循环冷却水处理设计规范》(gb50050-2007)中规定碳钢腐蚀速率应≤0.075mm/a、不锈钢腐蚀速率应≤0.005mm/a的指标要求。而且循环系统水质控制也较为稳定，在30天的实验周期内，总磷为2.53-4.52mg/l，符合该厂污水处理设备进水设计指标；锌离子1.51-1.70mg/l，符合《污水综合排放标准》(gb8978-1996)一级标准。
[0042]
实施例2
[0043]
本发明提供一种将海水淡化水用作循环冷却系统补充水的阻垢缓蚀剂，包含组分a和组分b；所述组分a由质量百分比为45％聚马来酸、20％丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(分子量为4000-6000)、23％2-羟基膦酰基乙酸和12％纯水组成。所述组分b由质量百分比为35％氯化锌、2％盐酸和63％纯水组成。
[0044]
所述阻垢缓蚀剂应用于河北某发电厂，设备材质包括碳钢、316l不锈钢、304不锈钢等，循环水量26000m3/h，保有水量为13000m3/h；该厂污水处理设备总磷限值为5mg/l。
[0045]
药剂使用期间，循环冷却系统补充水几乎全部采用反渗透海水淡化水。
[0046]
表4为药剂使用期间部分补充水水质检测结果。
[0047]
表4
[0048][0049][0050]
本发明所述的阻垢缓蚀剂的使用方法为：由于该循环冷却系统前期采用入海口河水作为补充水，致使系统水中总碱度、钙离子含量均较高，所以不需要额外调节水质。药剂投加量根据排污水量计算即可，其中组分a在循环水中的投加浓度为60-68mg/l，组分b投加浓度为15-17mg/l。
[0051]
表5为药剂使用期间部分循环水水质检测结果。
[0052]
表5
[0053][0054]
表6为药剂使用期间月度腐蚀速率监测结果。
[0055]
表6
[0056][0057]
由表4至表6可知，当循环冷却系统补充水几乎全部为海水淡化产品水时，采用“调节水质+缓蚀阻垢剂”的联合使用方案，能有效抑制q235碳钢、316l不锈钢的腐蚀。在667h的实验周期内，q235碳钢的平均腐蚀速率＜0.03mm/a，316l不锈钢平均腐蚀速率约为0.001mm/a，均远低于《工业循环冷却水处理设计规范》(gb50050-2007)中规定碳钢腐蚀速率应≤0.075mm/a、不锈钢腐蚀速率应≤0.005mm/a的指标要求。另外，循环系统水质控制也较为稳定，在30天的实验周期内，总磷为4.50-4.96mg/l，符合该厂污水处理设备进水设计指标；锌离子1.70-1.90mg/l，符合《污水综合排放标准》(gb8978-1996)一级标准。
[0058]
实施例3
[0059]
本发明所述的一种将海水淡化水用作循环冷却系统补充水的阻垢缓蚀剂包含组分a和组分b。所述组分a由质量百分比为27％聚马来酸、37％丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(分子量为4000-6000)、14％2-羟基膦酰基乙酸、14％2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和8％纯水组成。所述组分b由质量百分比为35％氯化锌、5％氨基磺酸和60％纯水组成。
[0060]
所述阻垢缓蚀剂应用于河北某发电厂，设备材质包括碳钢、316l不锈钢、304不锈钢等，循环水量21000m3/h，保有水量为13000m3/h；该厂污水处理设备总磷限值为5mg/l。
[0061]
药剂使用期间，循环冷却系统补充水采用以反渗透海水淡化水与入海口河水为主的多元混合水。
[0062]
表7为药剂使用期间部分补充水水质检测结果。
[0063]
表7
[0064]
检测项目单位第1天第16天第32天电导率μs/cm682.6687.5809.1ph/7.197.868.21氯离子mg/l176.68138.81157.32总碱度mg/l13.9551.0559.90钙离子mg/l7.5423.2024.94镁离子mg/l10.2014.3120.87
[0065]
本发明所述的阻垢缓蚀剂的使用方法为：由于该循环冷却系统补充水采用以反渗透海水淡化水与入海口河水为主的多元混合水，系统水中总碱度、钙离子含量均较高，所以也不需要额外调节水质。药剂投加量根据排污水量计算即可，其中组分a在循环水中的投加浓度为50-60mg/l，组分b投加浓度为12-15mg/l。
[0066]
表8为药剂使用期间部分循环水水质检测结果。
[0067]
表8
[0068][0069]
表9为药剂使用期间月度腐蚀速率监测结果。
[0070]
表9
[0071][0072]
由表7至表9可知，当循环冷却系统中钙离子、总碱度含量较高时，不需要调节水质，仅添加阻垢缓蚀剂即能有效抑制q235碳钢、316l不锈钢、304不锈钢等金属材料的腐蚀。在744h的实验周期内，q235碳钢的平均腐蚀速率＜0.013mm/a，316l不锈钢平均腐蚀速率约为0.0004mm/a，304不锈钢平均腐蚀速率约为0.0003mm/a，均远低于《工业循环冷却水处理设计规范》(gb50050-2007)中规定碳钢腐蚀速率应≤0.075mm/a、不锈钢腐蚀速率应≤0.005mm/a的指标要求。同时，循环系统水质控制也较为稳定，在32天的实验周期内，总磷为3.35-3.95mg/l，符合该厂污水处理设备进水设计指标；锌离子1.40-1.70mg/l，符合《污水综合排放标准》(gb8978-1996)一级标准。
[0073]
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。