CN102010075A - 一种海水淡化一级反渗透产水中的高效缓蚀剂 - Google Patents

Abstract

一种海水淡化一级反渗透产水中的高效缓蚀剂，其配方为硅酸钠(以SiO₂计)含量为3-20mg/L，六偏磷酸钠含量为30-50mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)含量为2-4mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)含量为4-10mg/L，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑含量为2-5mg/L。本发明能使碳钢、紫铜等火电厂常用的金属材质在动态海水淡化一级反渗透产水中的腐蚀速率分别由1.14007mm/a以及0.06173mm/a下降至小于0.04282mm/a以及0.00606mm/a，对两种材质的缓蚀率分别大于96.24%、90.18%，极大的缓解了一级反渗透产水对其的腐蚀作用，且降低了金属表面形成点蚀的趋势，从而大大延长了金属管道、设备的使用寿命。

Description

一种海水淡化一级反渗透产水中的高效缓蚀剂

技术领域

本发明涉及一种海水淡化一级反渗透产水中的高效缓蚀剂，属于海水淡化技术领域。

背景技术

随着水资源的日益紧张和天然水体的普遍污染，利用海水淡化技术从海水中获取淡水已越来越受到世界各国的重视。由于采用一级反渗透即能除去海水中99％的盐分，从而获得具有使用价值的淡水，较其他海水淡化技术更为经济可靠，因此，一级反渗透技术已经成为了解决沿海地区供水问题的主要途径。火力发电厂作为用水大户，每年因设备冷却、冲洗等用途需耗费大量的淡水。随着水资源紧缺问题的日益突出，国家对火电厂用水的限制也愈加严格，对于沿海地区新建电厂，均要求利用海水淡化技术从海水中制取生产用水。因此，现阶段，新建的沿海地区电厂均建有反渗透设备，而一些已建成而未有反渗透的电厂也在逐渐的增加反渗透除盐设备。

同时，海水淡化一级反渗透产水的腐蚀性问题也日益突出，许多火电厂海水淡化一级反渗透工程的配水管网中碳钢、紫铜等材质有严重的腐蚀现象，管内有大量腐蚀产物，若管内的淡水不及时用掉，所排放的水呈棕黄色，这不仅严重影响供水水质，而且将直接威胁着配水管网的安全，甚至将威胁着整个电厂的正常高效运行。

目前，国内外主要采用投加氢氧化钠等碱化剂调节pH值或者投加钙、镁、碳酸根离子等方法来减缓海水淡化一级反渗透产水对金属材质的腐蚀作用，不仅基建、运行费用高，效果不佳，而且大大增大了水中的含盐量，特别是向海水淡化一级反渗透产水中引入了大量的硬度离子后，使后续管路中存在着结垢趋势，不适宜在火电厂中推广应用。目前，也有学者(刘光洲，王海涛，等，一种海水淡化一级反渗透水的缓蚀剂，公布号：CN101705489.A)利用高磷酸盐的缓蚀剂配方来缓解海水淡化一级反渗透产水对碳钢的腐蚀作用，取得了一定的效果，但也存在着如下问题：(1)磷酸盐对铜及铜合金具有侵蚀性，而对于与碳钢共存于管道之中的紫铜等铜合金，将会受到腐蚀；(2)单纯的磷酸盐、锌盐等药剂复配的缓蚀剂容易变色，挂片实验表明经24h挂片后加入缓蚀剂的溶液即呈淡黄色，视觉效果不佳；(3)该配方抑制碳钢表面点蚀的效果不明显，动态模拟挂片后发现碳钢表面存在着明显的点蚀现象。上述三点也限制了该类高磷酸盐的碳钢缓蚀剂的应用范围。因此，探索一种高效、环保、无色、稳定的缓蚀方法，对火电厂配水管路中碳钢、紫铜等材质均能进行有效的保护，具有重大的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高效、环保、无色且对碳钢、紫铜等火电厂常用金属材质均具有很好缓蚀效果的缓蚀剂。

为解决上述技术问题，本发明采用常用、无毒的缓蚀剂作为配比成分，根据药剂之间的协调作用，进行复配实验，以降低缓蚀剂用量及增加缓蚀效果。考虑一级反渗透产水不仅含有大量的氯离子，而且在现场运行条件下一般有一定流速并溶有大量的溶解氧，故采用对氯离子、溶氧、流速等具有良好适应性的硅酸钠、六偏磷酸钠、硫酸锌等缓蚀剂参与复配；为扩大缓蚀剂的保护范围并解决缓蚀剂变色问题，选择在缓蚀剂配方中加入苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑，从而对铜合金、不锈钢等均有保护作用；因钨酸钠对防止氯离子对碳钢的腐蚀及对不锈钢的应力腐蚀均有很好的效果，为进一步提高缓蚀效果、抑制点蚀，除单纯的采用上述阴极型缓蚀剂外，向缓蚀剂配方中加入了高效阳极钝化膜型缓蚀剂钨酸钠。因此选择进行复配的缓蚀剂成分包括：硅酸钠、六偏磷酸钠、硫酸锌、钨酸钠、苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑。经实验优化选择后得到的一种海水淡化一级反渗透产水中的高效缓蚀剂，配方如下：

硅酸钠(以SiO₂计)3-20mg/L，六偏磷酸钠30-50mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)2-4mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)4-10mg/L，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑2-5mg/L。

实验采用旋转挂片仪进行挂片，以失重法衡量缓蚀效果。模拟流速为1m/s，经96h旋转挂片仪挂片后，以失重法分别测量出加入缓蚀剂前后的一级反渗透产水中碳钢、紫铜的腐蚀速度，并由此计算出缓蚀率。本发明从上述配方中，选择十二组具体组成做实验，结果见表1。

腐蚀速率计算公式见式(1)，缓蚀速率计算公式见式(2)。

$V=\frac{8.76*(W_0-W_1)}{\mathrm{\ρ}*S*t}---\left(1\right)$

式中，V表示采用平均厚度变化指标表示的金属的平均腐蚀速度，单位mm/a；W₀表示试样原始质量，单位g；W₁表示试样清除腐蚀产物后的质量，单位g；ρ表示金属材料的密度，单位g/cm³；S表示试样的表面积，单位m²；t表示腐蚀时间，单位h。

$\mathrm{\η}=\frac{V_0-V}{V_0}---\left(2\right)$

式中，V和V₀分别表示金属在有缓蚀剂和无缓蚀剂条件下的腐蚀速率，单位mm/a。

表1加入缓蚀剂前后碳钢、紫铜的腐蚀速度及缓蚀率

本发明能够使碳钢、紫铜等火电厂常用的金属材质在动态海水淡化一级反渗透产水中的腐蚀速率分别由1.14007mm/a以及0.06173mm/a下降至小于0.04282mm/a以及0.00606mm/a，对两种材质的缓蚀率分别大于96.24％、90.18％。由于钨酸钠的加入，使缓蚀效率大大提高，并且碳钢试片表面的点蚀现象得到了很大程度的缓解；同时由于苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑的加入，使紫铜也得到了很好的保护，从而极大的缓解了海水淡化一级反渗透产水对管材的腐蚀作用，大大延长了金属管道、设备的使用寿命；同时，由于苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑的加入，加有缓蚀剂的溶液一直保持清澈，无变色现象。

具体实施方法

该药剂的现场使用方法为：将硅酸钠、六偏磷酸钠、钨酸钠、苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑分别配制为1wt％-10wt％的浓溶液，用一加药泵按照一级反渗透水流量及药剂含量进行添加；将硫酸锌配成10wt％左右的浓溶液，用另一加药泵按照一级反渗透水流量及药剂含量进行添加，以避免过高pH条件下锌离子沉淀。

下面通过实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)3mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，苯并三氮唑3mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例2：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)20mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，苯并三氮唑3mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例3：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠30mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，苯并三氮唑3mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例4：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠50mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，苯并三氮唑3mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例5：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)2mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，苯并三氮唑3mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例6：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)4mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，苯并三氮唑3mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例7：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)4mg/L，苯并三氮唑3mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例8：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)10mg/L，苯并三氮唑3mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例9：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，苯并三氮唑2mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例10：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，苯并三氮唑5mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例11：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，甲基苯并三氮唑2mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

实施例12：

本实施例涉及一种海水淡化一级反渗透产水中金属缓蚀剂，缓蚀剂的配比如下：硅酸钠(以SiO₂计)10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌(以Zn²⁺计)3mg/L，钨酸钠(以WO₄ ^2-计)6mg/L，甲基苯并三氮唑5mg/L。采用旋转挂片法，以碳钢、紫铜试片在96h后的失重量计算腐蚀速度及缓蚀率，结果见表2。

表2碳钢、紫铜在上述12个实施例中腐蚀速度及缓蚀率

Claims (2)

1.一种海水淡化一级反渗透产水中的高效缓蚀剂，其特征在于，配方如下：

硅酸钠（以SiO₂计）3-20mg/L，六偏磷酸钠30-50 mg/L，硫酸锌（以Zn²⁺计）2-4mg/L，钨酸钠（以WO₄ ^2-计）4-10 mg/L，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑2-5 mg/L。

2.如权利要求1所述的缓蚀剂，其特征在于，配方如下：硅酸钠（以SiO₂计）10mg/L，六偏磷酸钠40mg/L，硫酸锌（以Zn²⁺计）3mg/L，钨酸钠（以WO₄ ^2-计）6mg/L，苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑2 mg/L。