随着水资源的日益短缺，节水已成为世界性的问题。近年来随着反渗透等先进水处理技术和设备的广泛应用，使用软化水或纯水作为工业循环冷却水得到了推广，特别是一些高温装置需要使用软化水才能满足工业生产对冷却换热的要求。以上用途的软化循环水中硬度一般在0～15mg/L左右，这类水的显著特点是不结垢，但腐蚀性极强，因此解决金属的腐蚀特别是碳钢设备的腐蚀问题成为使用软化水工作的关键。由于成本和环境保护等问题的制约，通常的碳钢缓蚀剂如亚硝酸盐、铬酸盐和钼酸盐无法采用[1]，因此枣庄市泰和化工厂研发部门将开发使用性价比高，对环境友好的缓蚀剂为我们工作的重点。
下面以我单位所设计处理的西部某大型石化厂循环冷却水系统实例来说明。
1循环冷却水系统介绍
设备材质：A3钢，少量不锈钢；平均水温：30～40℃；水质分析结果见表1通过计算，该水质的Ryznar指数为10左右，属于强腐蚀性水质。
表1 石化厂循环冷却水水质分析结果
Ca2+
/(mg/L)
Mg2+
/(mg/L)
总硬/(mg/L)
总碱
/(mg/L)
Cl—
/(mg/L)
SO42—
/(mg/L)
pH
电导率
/(us/cm)
外观
0
0.41
1.69
157.25
39.94
67.70
8.43
558.00
无色透明液体
2配方筛选
下面我们模仿现场运行实况，采用旋转挂片腐蚀试验仪进行药剂筛选试验，试验结果见表2。
2.1实验条件
⑴ 试片材料：A3钢 规格：I型50mm×25 mm×2 mm，表面积28.0cm2，未预膜
⑵ 水温：40℃
⑶ 转速：96r/min
⑷ 试验用水：按分析指标配制（配后测pH=8.26）
⑸ 方法：参照HG/T 2159-91（水处理剂缓蚀性能的测定—旋转挂片法）
表2 挂片试验结果
序号
药剂名称
投药量
/(mg/L)
试验时间
/(h)
腐蚀速率
/(mm/a)
现象
1
空白
0
72
4.0570
深棕黄色,絮状物悬浮,
底部有片状锈蚀物
2
TH-681
60
72
3.0035
棕黄,絮状物悬浮
4
TH-681＋BTA
60
72
2.8384
棕黄,絮状物悬浮
5
羧酸酰胺
60
72
2.0136
棕黄,絮状物悬浮
6
HPA+Zn2+＋含磺酸盐共聚物
60
72
0.2338
棕黄,少量絮状物悬浮
7
HPMA＋Zn2+
60
72
0.1995
浅黄,少量絮状物悬浮
8
TH-681＋Zn2+
60
72
0.0122
无色透明,无悬浮物,
试片无点蚀,光亮如新
9
TH-681＋HPMA＋Zn2+
60
72
1.1533
棕黄,絮状物悬浮
表3 不同锌离子浓度的缓蚀试验结果
序号
药剂名称
投药量/(mg/L)
腐蚀速率/(mm/a)
试验后现象
1
TH-681/Zn2+
60/2
1.1083
水呈棕黄色,絮状物悬浮
2
TH-681/Zn2+
60/4
0.7124
水呈棕黄色,絮状物悬浮
3
TH-681/Zn2+
60/5
0.6178
水呈棕黄色,絮状物悬浮
4
TH-681/Zn2+
60/6
0.0122
水无色透明,无悬浮物,试片无点蚀,光亮如新
5
TH-681/Zn2+
60/7
0.0116
水无色透明,无悬浮物,试片无点蚀,光亮如新
通过表2试验数据可以看出，软化水对碳钢的腐蚀速率远远超过国家标准，而通常的水稳剂如HPA/Zn2+的缓蚀效果也并不理想，加之HPA溶锌能力有限，在使用上受限制。通过试验筛选出了具有良好缓蚀效果的TH-681和锌盐的复配物。并通过进一步的试验确定了锌离子最佳投放比例，见表3和图1。
通过以上试验看出，TH-681和锌复配，在锌离子达到6mg/L以上时腐蚀速率远低于国家标准。
3现场应用试验
该石化厂系统循环水量为2000m3/h，采用TH-681－Zn2+为缓蚀药剂，以软化水为补充水的系统进行现场应用试验（水质分析结果见表1），药剂投加量为60～70mg/L，连续运行4个月，现场挂片腐蚀速率检测结果见表4。
表4 现场应用缓蚀效果
试片号
起止日期
运行时间/(d)
腐蚀速率/(mm/a)
1209
2004.11.20～2005.3.10
110
0.0195
1210
2004.11.20～2005.3.10
110
0.0118
1270
2004.11.20～2005.3.10
110
0.0110
运行时监测循环水中铁离子始终小于0.5mg/L，水体呈无色。该药剂性能优良，能有效控制软化水系统中碳钢设备的腐蚀问题。
4机理探讨
在冷却水中，TH-681是一种阳极型缓蚀剂，可以螯合钙、锌等二价金属离子，在TH-681－锌体系中，形成的膦酸锌络合物在金属表面形成了一层致密的化学吸附膜，阻止了腐蚀介质向金属扩散，使金属得到保护。另外部分锌盐投入水中后会以氢氧化锌的形式沉积在金属表面，形成了阴极缓蚀膜，抑制了溶解氧的腐蚀[2]。TH-681和锌盐两者配合使用表现出良好的协同增效作用。
5结束语
针对软化水系统水质腐蚀性极强的特点，采用TH-681－锌复合缓蚀剂，在锌离子浓度达到6mg/L时，缓蚀效果优良（碳钢腐蚀速率＜0.02mm/a），并在具体实践中得到了验证。本品使用安全，性价比高，不含亚硝酸盐和铬酸盐等有毒物质。