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循环冷却水处理
第三章循环冷却水处理
第一节循环冷却水处理概况
一、冷却系统的类型
1、直流系统
早期工厂的冷却水系统采取直流系统。
冷却水从水源流经热交换器后又回流到水源处。
优点是
快速有效:
水源处的水温较低;
灵活性:
可在最小的传热面条件下冷却。
表现为腐蚀、污垢和微生物繁殖,但相对较小;
系统内由水引起的问题主要取决于原水的性质。
由于水在系统内没有浓缩,一般不会发生明显的物理和化学变化,
冷却水系统内水的流量和温度的变化、加上水的性质各不相同(河水、湖水常含有大量悬浮物和沉积物,且随季节变化;水中常含铁和结垢的盐类),使得系统的管理工作更加复杂。
图3-1直流冷却水系统图3-2封闭式循环冷却水系统
2、密闭式循环冷却水系统
1)定义
水密闭循环,并交替冷却和加热,而不与空气接触。
在密闭系统中,冷却水携带的热量通常通过水-水换热器传给敞开式循环水系统中的循环水,热量再从水中散发到大气中去。
2)组成
完全密闭的循环水系统;用于对水冷却或去除水中的热量的冷却器或热交换器。
3)密闭系统在工业上的应用
(1)冷却气体管路的气体来冷却燃汽轮机或变压器冷却用的油冷却器;
(2)柴油发动机和气体发动机;
(3)制冷机;
(4)以控制可靠的工艺过程的温度为目的:
原子反应堆的辅助冷却器;炼铁高炉的炉体、风口等的冷却等。
4)密闭系统的优点
(1)水温易控制;
(2)水质问题的控制简单化:
补充水量少;
(3)补充水仅用于补偿水泵填料的泄露水量或因检修而排放的水量;
(4)水的蒸发很少;
(5)结垢程度较轻:
一般用软化水或去离子水。
(6)腐蚀问题不严重:
氧不是处于饱和状态。
3、敞开式循环冷却水系统
1)定义
冷却水通过热交换器后,水温提高成为热水,热水经冷却塔曝气与空气接触,由于水的蒸发散热和接触散热使水温降低,冷却后的水再循环利用。
又称为冷却塔系统。
图3-3敞开式循环冷却水系统
1-补充水(M);2-冷却塔;3-冷水池;4-循环水泵;
5-渗漏水(F);6-冷却水;7-冷却用换热器;8-热水(R);
9-排污水(B);10-蒸发损失(E);11-风吹损失(D);12-空气
2)水冷却原理
通过水与空气接触,由以下三个过程共同作用的结果。
(1)水的蒸发散热
a.水在冷却设备中形成大小水滴或极薄水膜,扩大其与空气的接触面积和延长接触时间,加强水的蒸发,使水汽从水中带走汽化所需的热量,从而使水冷却。
b.为了加快蒸发散热:
一方面应增加热水与湿空气之间的接触面积,以提供水分字逸出的机会;另一方面提高水气界面上的空气流动速度,以保持蒸发的推动力不变。
(2)水的接触传热
借传导和对流传热,称为接触传热。
水面与较低温度的空气接触,由于温差使热水中的热量传到空气中去,水温得到降低。
温差愈大,传热效果愈好。
(3)水的辐射传热
不需要传热介质的作用,而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。
辐射传热只是在大面积的冷却池内才起作用。
在其它类型的冷却设备中,辐射传热可以忽略不计。
3)冷却设备的种类与结构
在循环冷却水系统中,用来降低水温的构筑物或设备成为冷却构筑物或冷却设备。
按其热水与空气接触方式的不同,可分为:
(1)水面冷却构筑物
工业上第一种循环冷却方法,又称凉水池。
过程:
需要冷却的水流入池内,通过自然蒸发、辐射和对流传热逐渐将水冷却到适当再用的温度。
靠蒸发散热约占总散热量的55%,因而比冷却塔要小些(蒸发散热占80%)。
冷却过程缓慢,效率低,温差小。
且需要很大的贮水池。
(2)喷水池
池内装有水管、喷嘴或电动喷水组件,由喷嘴把水喷到大气中,从而增加了蒸发量,即使在较小的水池也能加速冷却。
设在建筑场地开阔处的水池的冷却效果要好些。
水的消耗大,约为循环水量的1.0-5.0%。
易带入周围的杂质。
(3)冷却塔
是一个塔型建筑,水气热交换在塔内进行,可以人工控制空气流量来加强空气与水的对流作用来提高冷却效果。
占地面积小、冷却效果好。
包括自然通风式和机械通风式。
冷却塔包括通风筒、配水系统、淋水装置、通风设备、收水器、集水池等部分。
图3-4自然通风冷却塔图3-5机械通风冷却塔
1-配水系统;2-填料;3-百叶窗;1-配水系统;2-填料;3-百叶窗;
4-集水池;5-空气分配区;6-风筒;4-集水池;5-空气分配区;6-风机;
7-热空气和水蒸汽;8-冷水7-风筒;8-热空气和水蒸汽;9-冷水
图3-6玻璃钢冷却塔
1-玻璃钢塔体;2-淋水装置;3-填料;
4-空气;5-接水盘;6-冷却水;7-热水;
8-排风扇;9-热空气和水蒸汽
4)冷却塔效率的衡量指标
(1)冷却幅高(也称湿球温差)
冷却水温和空气湿球温度的差值T2-τ。
τ代表该地热水冷却所能达到的极限值。
T2-τ越小,效能越高。
(2)冷却幅宽
冷却塔的回水和出水温度的差值,T1-T2。
(3)淋水密度
指冷却塔单位面积上的热水喷洒负荷,m3/(m2h)。
淋水密度与冷却幅宽、水的比热的乘积称为冷却构筑物单位面积的热负荷,W/(m2(kcal/(m2h))。
5)敞开式冷却水的水工况
冷却过程中的三种损失:
M=E+D+B
M、E、D、B分别代表补充水量、蒸发损失、风吹损失、排污量(包括泄漏损失)。
由Q=R(tw2-tw1)x=E(I-tm)R
式中:
X--冷却塔中水温降低1℃时因蒸发而散失的热量与总散失热量的比值;
I--为循环水平均温度下蒸汽的热焓值(25℃时饱和蒸汽为608kcal/kg);
tm--为进出口的平均水温。
则有:
E=x△t/(i-tm)=0.17x△t
式中:
X在夏季为1.0,冬季0.5,春秋0.75。
(1)蒸发损失EE=a(R-B),a=e(t2-t1)
(2)风吹损失DD=(0.2%-0.5%)R
(3)排污损失BB+W=E/(K-1)
(4)渗漏损失F不可忽略的因素。
(5)离子浓度的改变
D(Vc)=McMdt–Bcdt
C=MCM/B+(c0–MCM/B)EXP[-B(t-t0)/V]
图3-7降低浓缩倍数时图3-8提高浓缩倍数时
水中离子浓度变化曲线水中离子浓度变化曲线
(6)浓缩倍数
指循环水中某物质的浓度和补充水中某物质的浓度之比。
一般还可以以某种有代表性的可溶性离子或物质。
K=S循/S补
M=EK/(K-1)
(7)循环水中盐类的浓缩
补充水在系统中的停留时间为:
T=V/M
由于M比V要小得多,足以使补充水中任何量的化学组分显示潜在的结垢和腐蚀倾向。
V容积的水循环一次所需的时间为:
a=V/R
则补充水在系统中逗留时间内循环的次数为:
N=T/a=(V/M)/(V/R)=R/M
第二节冷却水的腐蚀控制
一、冷却水中金属腐蚀的机理
由以上的金属腐蚀机理可知,造成金属腐蚀的是金属的阳极溶解反应。
因此,金属的腐蚀破坏仅出现在腐蚀电池中的阳极区,而阴极区是不腐蚀的。
孤立的金属腐蚀时,在金属表面上同时以相等速度进行着一个阳极反应和一个阴极反应的现象,称为电极反应的耦合。
互相耦合的反应称为共轭反应,而相应的腐蚀体系则称为共轭体系。
在共扼体系中,总的阳极反应速度与总的阴极反应速度相等。
此时,阳极反应释放出的电子恰好为阴极反应所消耗,金属表面没有电荷的积累,故其电极电位也不随时间而变化。
从以上的讨论中可以看到,在腐蚀控制中,只要控制腐蚀过程中的阳极反应和阴极反应两者中的任意—个电极反应的速度,则另一个电极反应的速度也会随之而受到控制,从面使整个腐蚀过程的速度受到控制。
二、影响腐蚀的因素
(一)化学因素
1.pH值
当pH值降低时腐蚀就增强。
当低于4.3时(游离无机酸度区),影响腐蚀的最有效因素是pH值,即增加氢离子浓度能加剧腐蚀。
当pH增加到4.0时,其特点与溶于酸的金属相同;界于4.3~10.0,腐蚀率受到影响要小些(氧去极化是主要因素);pH增加到12以前,腐蚀速率不断下降,达到12时腐蚀率最小。
再继续增大,腐蚀率又开始增大。
2.溶解盐
溶液电导率的升高使初期腐蚀速度也升高;像Cl-、SO42-等腐蚀性离子,可以破坏金属的阳极氧化保护膜,从而进一步加速腐蚀;构成硬度和碱度的离子对腐蚀却有抑制作用;在电解质浓度高的水中,氧的溶解度下降,所以含盐量高时腐蚀速度降低。
图3-9pH值对腐蚀速度的影响图3-10溶解固体对腐蚀速率的影响
3.溶解气体
(1)溶解氧
溶解氧的数量与水温、水压、暴露于大气的水面积直接有关。
起去极化作用,会促进腐蚀。
当水中含氧不一致时(金属表面疏松的沉积物、盐类的沉淀或悬浮物、微生物造成的沉积物),会形成一个氧浓差充气电池,表现形式为垢下腐蚀。
引起点蚀或凹陷腐蚀。
发生点蚀时,其后果要比在在面积上产生同样的金属失重更为有害。
强烈的点蚀可以使金属产生较深的穿透,并在这些穿透点处迅速破坏。
图3-11不同温度时氧含量对腐蚀的影响
(2)二氧化碳
溶于水后形成碳酸,增大水的酸性,有利于氢的逸出。
(3)氨
会选择性地腐蚀铜:
NH3+H2O=NH4OHNH4OH+Cu2+=Cu(NH3)2++H2O
(4)硫化氢
导致pH降低;与铁形成硫化铁(阴极),与铁形成电偶腐蚀。
4.悬浮物
主要是易沉积在换热器表面引起垢下腐蚀。
当冷却水流速过高时,颗粒容易对硬度较低的金属或合金产生磨损腐蚀。
(二)物理因素
1.温度
温度升高,腐蚀的化学反应速度就提高。
温度与扩散速度成正比,与过电压、粘度成反比。
增加扩散量能使更多的氧到达金属表面,导致腐蚀电池去极化;过电压下降时,因析氧而导致去极化;粘度下降有利于阴阳极去极化,即有利与大气中氧的溶解和加速氢气的逸出。
在金属相邻的区域内,温度不同,就会加剧点蚀,热的部位为阳极,冷的部位为阴极。
因素之间也是相互影响的。
温度升高,氧含量降低,使腐蚀速度降低。
图3-12温度对腐蚀速率的影响图3-13温差产生的自发电池
A-敞开系统;B-密闭系统
2.金属相对面积
腐蚀速率与阴极和阳极面积的比例成正比关系。
不同金属:
镍-钢结合时,镍为阴极。
采用管-管板连接,钢-镍则腐蚀加剧;镍-钢增腐蚀小得多。
同一金属:
钝化膜破坏。
3.流速
流速增加使腐蚀速度增加。
在高流速区域,层流区的厚度减少,氧容易达到金属表面,氧的去极化作用导致腐蚀加速进行。
高速流水会冲走可能成为钝化层的腐蚀产物,从而加剧腐蚀。
图3-14流速对腐蚀速率的影响
图3-
15湍流和携带空气对凝汽器内管线腐蚀的影响
4.不同金属
不同金属的接触而引起的腐蚀称为电偶腐蚀。
金属溶解并以离子形式进入水中的趋势取决于金属及其离子间的电极电位。
不同金属的电极电位随离子浓度、温度、腐蚀环境而变化。
5.冶金学方面
金属的均匀性:
非均相金属的夹杂区、晶粒结构的金属化合物上的夹杂区
金属表面状况:
表面总有缺陷,如划痕、裂纹等;
静态应力:
交变应力:
(三)微生物
使得氢新陈代谢,导致腐蚀电池去极化。
厌氧菌会形成浓差电池,加快局部腐蚀;某些种类的细菌还会产生酸性化合物;去磺弧菌属是硫酸盐还原菌,可使硫酸盐生成硫化氢;硫杆菌属把硫酸盐氧化成硫酸。
三、腐蚀形态
腐蚀常见的形态有均匀腐蚀、点蚀、侵蚀、选择性腐蚀、垢下腐蚀、缝隙腐蚀、水线腐蚀、开裂腐蚀(应力腐蚀开裂)。
其中均匀腐蚀是在金属正常的腐蚀允许范围内,一般在设计时纳入设计寿命之中。
1.点蚀
最常见的一种腐蚀形态。
图3-16疏松垢下的点蚀
由于形成高度活化的局部阳极区造成的。
阳极区:
离子的浓度差、氧浓差,在金属高温区、表面的冶金缺陷部位(切痕、划伤或裂缝处)。
点蚀深度与大阴极和小阳极的面积比率成正比关系。
点蚀系数:
点蚀深度对平均腐蚀深度的比率值。
点蚀常发生在腐蚀产物的下面。
2.侵蚀
是在高流速条件下形成的。
分为冲击腐蚀和气蚀两种。
(1)冲击腐蚀
在湍流水中,含溶解固形物和悬浮物或所携带的气体含量较高的水中,氧化物的钝化膜常遭受破坏,使金属设备产生严重的局部腐蚀。
如换热器管束的入口、节流区、直角弯管及弯头处受水侵蚀最严重。
铜及其合金。
海军黄铜、铝黄铜和铜镍合金较能抗冲击腐蚀。
图3-17受冲击腐蚀的金属断面
(2)气蚀
在流速高、压力变化大,且含溶解气体或渗入气体的水中易发生。
当水流到较高压力时,低压区形成的气袋发生破裂,产生很高的冲击压力,破坏氧化保护膜.
气蚀外表往往是又深又圆的麻坑,但无锈瘤。
如泵叶轮的吸水侧、管网系统的直角弯管、球阀或闸阀的出水侧。
溶解氮含量高时会加剧气蚀。
3.选择性腐蚀
合金中的某一种元素首先被侵蚀,从合金主体中被浸提出。
(1)脱锌腐蚀
锌从黄铜中侵蚀下来,使铜的结构变成脆弱的孔状体,表面呈淡红色,而不是黄色。
当存在氧的浓度差、低流速、高温、酸性和碱性介质和曝气的水,会加剧这种侵蚀。
脱锌有两种:
塞式(在高盐水中,涉及面积小,但穿透很深)和层式(面积大且均匀,沿整个金属表面发生)
(2)石墨化作用
铸铁会选择性地失铁,金属保持一个弱石墨和氧化铁结构。
石墨的过电压很低,会由于氧的放出而导致侵蚀蔓延。
通常情况下,晶粒边界首先受到侵蚀,然后逐步蔓延。
在低pH值、高含量溶解固体、硫化氢气体之类的酸性污染物会加速石墨化作用。
(3)脱铝腐蚀
通常在海水环境中发生。
4.垢下腐蚀
沉积物控制不善,会引起垢下腐蚀。
一旦发生,腐蚀会循环加剧,药剂也无济于事。
低流速区域易发生。
5.缝隙腐蚀
缝隙处会聚集侵蚀性离子,产生氧浓差,因而难以达到钝态。
侵蚀程度与阳极缝隙的面积和周围的阴极面积的比率成正比关系。
要钝化这些区域,要加大腐蚀抑制剂的剂量。
6.水线侵蚀
在未充满水的配水系统或热交换器以及各种容器内都有一个三相区:
上部是空气,下部是冷却水和金属本身。
三相的存在会同时产生充气浓差电池和缝隙腐蚀。
在金属和交界的弯月面部分容易发生氧的去极化,这一充满气体的部分成为阴极,而紧挨着它的金属区则为阳极。
一般用阴极抑制剂来克服水线侵蚀,但剂量要适当。
7.应力腐蚀开裂
图3-18应力腐蚀破裂的方向与拉应力的方向垂直
应力腐蚀开裂通常有两种形式:
(1)晶间开裂腐蚀
晶间开裂腐蚀产生于晶粒边界之间;一般出现在阳极晶粒的边界。
如奥氏体和马氏体不锈钢的应力腐蚀。
金属在制造过程中常处于应力状态,会在垂直于应力方向上开裂。
在高温、高氯化物浓度或腐蚀条件的存在,都会促使晶间腐蚀开裂。
(2)穿晶开裂腐蚀
穿晶开裂腐蚀表现为穿过晶粒。
发生在反复承受应力的条件下发生。
纯金属抵抗穿晶开裂的能力较强。
图3-19晶间应力腐蚀开裂(×200)图3-20穿晶应力腐蚀开裂(×200)
四、腐蚀的控制
(一)提高pH值
1.碳钢的腐蚀速度与PH值的关系
由金属腐蚀的理论可知,随着水pH值的增加,水中氢离子的浓度降低,金属腐蚀过程中氢离子去极化的阴极反应受到抑制,碳钢表面生成氧化性保护膜的倾向增大,故冷却水对碳钢的腐蚀性随其PH值的增加而降低。
这种情况可以用图中碳钢腐蚀速度与水pH值的关系曲线(实线)来说明。
图3-21冷却水的pH值对碳钢腐蚀速度的影响
—未保护碳钢的腐蚀速度;--碳钢管壁腐蚀速度容许值的上限
由图中可见,碳钢在冷却水中的腐蚀速度随水pH值的升高而降低。
当冷却水的pH位升高到8.0~9.5时,碳钢的腐蚀速度将降低到0.200~0.125mm/a(8~5mpy),接近于循环冷却水腐蚀控制的指标:
腐蚀速度<0.125mm/a(5mpy)(图3-21中的虚线)。
2.提高pH值控制碳钢腐蚀的原理
提高pH值到8.0~9.5有利于碳钢换热器管壁的腐蚀控制,还可以用Fe-H2O体系的腐蚀行为估计图(图3-22)来讨论。
图3-22中示出了无溶解氧存在时铁的自然腐蚀电位与pH值的关系(实线)和有溶解氧存在时铁的自然腐蚀电位与PH值的关系(虚折线)。
图中斜线覆盖的区域(阴影区)是铁的腐蚀区,阴影区的上面是铁的钝化区,阴影区的下面则是铁的稳定区(免蚀区)。
由图3-22中可以看到,在没有溶解氧的溶液中,铁的腐蚀电位(实线)总是在a线(它代表H+与H2的平衡电位与pH的关系)以下。
与此同时,在pH<9.5时,铁的自然腐蚀电位处子腐蚀区内,这意味着此时铁(或碳钢)将发生折氢的腐蚀。
随着水pH值的增大,铁的腐蚀电位逐渐接近铁的稳定区,故铁的腐蚀速度将随pH位的增大而降低。
在pH=9.5~12.5时,铁的自然腐蚀电位靠近稳定区的边界。
此时,铁的电位实际处于Fe-Fe3O4体系的平衡电位,Fe变为Fe3O4,腐蚀速度变得很小。
在有消解氧存在的溶液中,铁的腐蚀电位与无溶解氧存在时相比明显升高(见图3-22中的虚折线)。
在pH<8.0时,氧虽能使铁的腐蚀电位升高,但还不足以进入钝化区,铁的自然腐蚀电位仍处于腐蚀区内,此时,氧将使铁的腐蚀速度增加。
当pH>8.0时,氧使铁的表面生成一层钝化膜(主要成分为γ-Fe2O3),铁的腐蚀电位升高而进人钝化区内。
在水中没有氯离子的情况下,铁将得到保护。
因此,在pH=8.0附近,铁的自然腐蚀电位-pH曲线(虚折线)上有一个电位突跃,形成一条折线。
从这里可以看到,当冷却水中有溶解氧存在时,例如在敞开式循环冷却水系统中.把冷却水的pH值提高到大于8.0的碱性区域,例如提高到其自然平衡pH值(pH=8.0~9.5),对于控制碳钢的腐蚀十分有利。
此时,碳钢将易于钝化。
3.碱性冷却水处理
碱性冷却水处理有以下两种概念。
第一种是广义的碱性冷却水处理,是指将循环冷却水的运行pH值控制在大于7.0的冷却水处理。
这种处理实际上包括了两大类:
(1)不加酸调节pH值的碱性冷却水处理在循环冷却水运行过程中,人们不再向冷却水中加酸以调节pH值,而是让冷却水在冷却塔内爆气过程中达到其自然平衡pH值,采用这种处理方式,冷却水的pH值大致为8.0~9.5;
(2)加酸调节pH值的碱性冷却水处理这是指在循环冷却水的运行过程中,向冷却水中加入酸(一般是浓硫酸)以控制其pH值,使之保持在7.0~8.0之间的处理。
由于pH=7.0~8.0的水已偏于碱性—侧,故也把它归入碱性冷却水处理。
第二种是狭义的碱性冷却水处理。
它仅是指那些不加酸调节pH值的碱性冷却水处理。
不加酸调节pH值的碱性冷却水处理有以下几个优点:
(1)可以不再向冷却水系统中加入浓硫酸,从而在很大程度上简化了冷却水处理的加药系统、操作手续和监测工作;
(2)可以消除—旦加酸失控、pH值过低时带来的严重腐蚀的后果;
(3)可以节约大量的硫酸;
(4)可以降低水的腐蚀性,降低冷却水系统中腐蚀控制的难度和缓蚀剂的用量。
由于不加酸调节pH值的碱性冷却水处理具有这些优点,所以受到人们的重视并得到广泛的应用。
因此,以下仅讨论这种不加酸调节pH值的碱性冷却水处理对金属腐蚀的控制,并把它简称为碱性冷却水处理。
4.提高冷却水pH值的方法
敞开式循环冷却水系统是通过水在冷却塔内的曝气过程而提高其pH值的。
敞开式循环冷却水在换器中换热后,回到冷却顶部,在布水器中喷淋下来进入集水池。
空气则在风扇或自然对流作用的驱动下,由冷却塔底部逆流而上,冷却水与空气两者在塔内相遇进行换热(热交换)。
这一个换热过程同时也是一个冷却水放出其中游离的CO2的过程。
这个过程将一直进行下去,直到水中的CO2与空气中的CO2达到平衡为止。
当水中有游离CO2存在时,水的pH值在4.5~8.5之间。
随着水中游离CO2浓度的逐步降低,水的pH值将逐步升高。
当水中游离CO2浓度降到很低,水中的CO2不再逸入大气,达到其自然平衡pH值时,水的pH值大约升高到8.5左右。
因此,循环冷却水在冷却塔内的喷淋曝气过程,既是一个冷却水与个空气间的换热过程,又是一个提高其pH值的过程。
这种通过曝气去提高冷却水pH值的途径有两个优点:
(])它不需要添加药剂或增加设备;
(2)它不需要人工去控制冷却水的pH值,而是通过化学平衡的规律而自动去控制,故在充分曝气的条件下,循环冷却水的pH值能较可靠地保持在8.0~9.5的范围内。
5.提高PH值后遇到的问题
碱性冷却水处理的pH值通常在8.0~9.5之间,这样就带来了以下一些新的问题。
(1)使冷却水的Langelier指数(pH-pHs)增大,Ryznar指数(2pHs-pH)减小,故冷却水中碳酸钙的沉积倾向大大增加,易于引起结垢和垢下腐蚀:
(2)循环冷却水在pH=8.0~9.5时运行,碳钢的腐蚀速度虽有所下降,但仍然偏高不一定能达到设计规范要求的0.125mm/a(5mpy)以下。
因此,冷却水系统在pH=8.0~9.5运行时,除了进行结垢控制利微生物生长控制外,还需要进行腐蚀控制。
当然,这时的腐蚀控制要容易得多,一般可以通过添加少量的缓蚀剂来解决。
(3)给两种常用的冷却水缓蚀剂——聚磷酸盐和锌盐的使用带来了困难。
冷却水pH值的升高使聚磷酸盐水解生成磷酸钙垢的倾向增大,也使锌离子易于生成氢氧化锌析出。
图3-24是水中锌离子浓度随水的pH值变化的情况。
随着pH值的增加,水中锌离子浓度急剧下降。
当pH=8.0~9.5时,锌离子浓度只能保持在1.0~0.2mg/L左右。
在这样低的锌离子浓度下很难使碳钢的腐蚀速度控制在0.125mm/a以下。
图3-
23水中溶解锌的浓度与pH的关系
这些问题,可以通过添加一些专门为碱性冷却水处理而开发的复合缓蚀剂来解决。
6.碱性冷却水处理用的复合缓蚀剂
碱性冷却水处理中使用的复合缓蚀剂或水处理剂除了应具备一般冷却水缓蚀剂的条件外,还应能控制冷却水中生成水垢或污垢。
当使用聚磷酸盐、磷酸盐或锌盐作缓蚀剂时,应该能使这些缓蚀剂保持在水中而不析出。
因此,这些复合缓蚀剂或水处理剂中,除了含有缓蚀剂外,通常还含有阻垢缓蚀剂[例如HEDP(羟基亚乙基二膦酸)、ATMP(氨基三亚甲基膦酸)、EDTMP(乙二胺四亚甲基膦酸)、POE(多元醇磷酸酯)、PBTCA(2—磷酸丁烷—1,2,4三羧酸)、HPA(羟基膦酰基乙酸)等]、阻垢分散剂和缓蚀剂的稳定剂(例如聚丙烯酸、水解聚马来酸酐、丙烯酸—丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸—磺酸共聚物)等药剂。
(二)添加缓蚀剂
腐蚀抑制剂按其控制的腐蚀反应分为阳极型、阴极型和混合型三种类型。
阳极抑制剂经化学吸附过程被吸附在金属表面,本身形成一层膜,或与金属离子反应后形成膜。
阴极抑制剂使金属形成它本身的金属氧化物保护膜。
阴阳抑制剂与水中可能变成腐蚀产物的成分发生反应。
抑制剂的选用与冷却水系统的设计参数、水的成分、金属的类型、应力、清洁程度、水流速度以及水处理所要达到的程度、pH值、溶解氧含量、盐、悬浮物成分等。
Ⅰ单一冷却水缓蚀剂
1.铬酸盐
最常用作冷却水缓蚀剂的铬酸盐是铬酸钠(Na2CrO4·4H2O)。
铬酸盐是目前可用于循环冷却水系统中最有效的一种缓蚀剂。
它是一种氧化性缓蚀剂。
铬酸盐能使钢铁表面生成一层连续而致密的含有γ-Fe2O3和Cr2O3的钝化膜(其中主要是γ-Fe2O3),膜的外层主要是高价铁的氧化物,内层是高价铁和低价铁的氧化物。
在钝化膜的生长过程中,铬酸盐被还原为Cr2O3。
铬酸盐有—个临界浓度。
当冷却水中铬酸盐的使用浓度高于其临界浓度时,碳钢得到保护;当使用浓度低于其临界浓度时,则碳钢发生腐蚀,主要表现为点蚀。
这是使用铬酸盐时遇到
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