CN114635139A - 环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，涉及城市排水技术领域，包括S1腐蚀原因分析、S2缓蚀剂筛选、S3静态缓蚀实验、S4动态缓蚀实验、S5实验数据分析及结论和S6缓蚀剂投加方案确认。该环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，通过对消防水水质检测和消防管道金属检测，能明确判断管道腐蚀原因，以及微生物是否对管道产生影响，而根据腐蚀原因的分析，可有效挑选出符合该管道使用场景的缓蚀剂，而在筛选出缓蚀剂后，可通过静态缓释实验和动态缓蚀实验的细致分析适合管道使用的缓蚀剂，此外在选择出缓蚀剂后，可根据实验数据来判断是否符合实际使用需求，同时也可通过实验数据来细致确认后续的缓蚀剂投加方案。
Description
技术领域
本发明涉及消防系统技术领域，具体为环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺。
背景技术
消防系统是指火灾探测器探测到火灾信号后，能自动切除报警区域内有关的空调器，关闭管道上的防火阀，停止有关换风机，开启有关管道的排烟阀，自动关闭有关部位的电动防火门、防火卷帘门，按顺序切断非消防用电源，接通事故照明及疏散标志灯，停运除消防电梯外的全部电梯，并通过控制中心的控制器，立即启动灭火的系统，而消防系统灭火通常使用泡沫或清水灭火，消防系统的输水管道内壁容易因长期使用产生腐蚀迹象，管道产生腐蚀后，会造成消防系统降级、损坏，以及火灾时因系统不可用，就会使风险扩大到不可控状态，所以，采取合理的防腐措施，就显得尤为必要。
市面上常见的防管道腐蚀方式通常为替换输水管道或使用缓蚀剂，但替换输水管道成本较高，而缓蚀剂的使用目前还缺乏针对消防水系统腐蚀处理统一的规范和标准，导致缓蚀剂的挑选使用较为困难，并且容易与消防系统造成干涉。
发明内容
本发明的目的在于提供环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，包括下述操作步骤：
S1、腐蚀原因分析：
通过对消防水水质检测和消防管道金属检测来判断消防管道的腐蚀原因；
S2、缓蚀剂筛选：
通过《消防水设计规范》、《GB50050－2017工业循环冷却水处理设计规范》以及《GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范》筛选适合消防系统使用的缓蚀剂；
S3、静态缓蚀实验：
确认使用的缓蚀剂后，通过静态缓蚀实验来筛选使用效果较好的缓蚀剂。
S4、动态缓蚀实验：
在静态缓蚀实验实验完成后，利用动态缓蚀实验模拟真实的消防系统使用场景，进一步的筛选所需使用的缓蚀剂；
S5、实验数据分析及结论：
根据筛选的缓蚀剂对消防所使用的泡沫液影响分析、以及根据消防系统的实际使用情况判断筛选的缓蚀剂是否符合实际使用需求；
S6：缓蚀剂投加方案确认：
根据使用的缓蚀剂类型、以及消防系统的具体状态，来确认缓蚀剂的具体投放周期和投放量。
进一步的，所述S1步骤中，使用拉尔森-斯科尔德指数判断水的腐蚀倾向，Larson-Skold指数＝(Cl-mg/l+SO42-mg/l)/(HCO2-mg/l+CO32-mg/l)。
进一步的，所述S2步骤中，消防系统缓蚀剂选择为钼酸盐类缓蚀剂。
进一步的，所述S3步骤中，试验挂片采用A3碳钢、不锈钢、铸铁、镀锌挂片，且挂片面积均为28cm2。
进一步的，所述S3步骤中，试验时间设置为72小时。
进一步的，所述S3步骤中，试验水样采用消防水水样。
进一步的，所述S4步骤中，金属挂片采用304不锈钢、热镀锌钢、碳钢三种材质。
进一步的，所述S4步骤中，试验水源采用消防系统用净水厂产水。
进一步的，所述S4步骤中，加药量依据根据药剂的使用说明书最低加药量乘以安全系数后的最低安全用量。
本发明提供了环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，具备以下有益效果：
本发明中，通过对消防水水质检测和消防管道金属检测，能明确判断管道腐蚀原因，以及微生物是否对管道产生影响，而根据腐蚀原因的分析，可有效挑选出符合该管道使用场景的缓蚀剂，而在筛选出缓蚀剂后，可通过静态缓释实验和动态缓蚀实验的细致分析适合管道使用的缓蚀剂，此外在选择出缓蚀剂后，可根据实验数据来判断是否符合实际使用需求，同时也可通过实验数据来细致确认后续的缓蚀剂投加方案。
附图说明
图1为本发明基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺的第一时间段消防水样检测数据示意图；
图2为本发明基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺的第二时间段消防水样检测数据示意图；
图3为本发明基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺第三时间段消防水样检测数据示意图；
图4为本发明基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺的试验药剂示意图；
图5为本发明基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺的静态缓蚀挂片实验数据示意图；
图6为本发明基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺的动态缓蚀实验水质分析数据示意图；
图7为本发明基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺的动态缓蚀挂片实验数据示意图；
图8为本发明基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺的三种状态下缓蚀效果对比数据示意图。
具体实施方式
本发明提供技术方案：基于环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，包括下述操作步骤：
S1、腐蚀原因分析：
1.1消防水水质检测
消防水基本是常温静止水，对于静止水系统，可用拉尔森-斯科尔德指数判断水的腐蚀倾向，Larson-Skold指数＝(Cl-mg/l+SO42-mg/l)/(HCO2-mg/l+CO32-mg/l)；
若LSK<0.8：氯化物和硫酸盐可能不会干扰水自然成膜；
若0.8<LSK<1.2：氯化物和硫酸盐可能会干扰水自然成膜，实际的腐蚀速率会高于预期的腐蚀速率；
若LSK>1.2：随着指数的增加，产生局部的高腐蚀速率趋势；
为掌握消防水水质对管道腐蚀的影响，选取三个不同间隔较长的时间段对消防系统的各个位置(包括消防水补水、消防水池水、消防主管道水、消防水末端管道水)进行取样分析(见图1-3)；
根据水样分析数据得知，消防系统中的消防水源水样、消防水池水样、消防主管道水样LSK均是＞0.8，三部位LSK平均数约为0.852，三部位水质整体呈现腐蚀倾向；消防水末端LSK平均约为0.592；
从上述LSK数据看，目前消防水源的水质是可以应用到消防系统，腐蚀重点关注部位在消防水源流经管道、消防水池流经管道、消防主管道，因为消防系统为一套整体系统，消防管末端需要兼顾处理。
1.2消防管道金属检测：
通过对现场截取腐蚀金属样本进行金属失效分析，金属样本分别为热镀锌钢管(水管)，A106Cr.B(水管)，失效分析显示由于金属与水接触导致表面氧腐蚀，金属表面有氧化锌、四氧化三铁附着，部分附着物已形成坑蚀，表面附着物会逐步累积，进而加剧坑蚀形成，金属表面与水接触，水中含有溶解氧及各种杂质，由于电位差而产生电化学反应，使金属发生损坏的现象，其反应式如下：
阳极：Fe→Fe2++2e
阴极：1/2O2+H2O+2e→2OH-
而腐蚀会引起缩短设备使用寿命、腐蚀产物造成污垢、腐蚀污垢堵塞管道和喷头，造成消防隐患等问题；
此外消防水管道腐蚀主要集中在水泵进出管线部分以及主管与支管或其它消防设施的连接处，提取消防系统现场相关腐蚀部分的水管及管件进行实验室分析；
此外可对管道内的微生物细菌进行检测，细菌微生物检测数据说明，因为水厂投加次氯酸钠作为杀菌剂，系统内微生物含量：消防水补水＜1X103CFU/ml，消防水池水＜1X103CFU/ml，主管道水＜1X104CFU/ml，符合《GB50050—2017工业循环冷却水处理设计规范》异氧菌总数可控制在<1x105CFU/ml范围，所以系统内细菌微生物不构成腐蚀影响。
S2：缓蚀剂筛选
消防系统除每周进行系统测试时启动水泵补排水外，基本处于静置密闭状态，《消防水设计规范》要求如下：
A、pH值控制在6-9之间；
B、消防水排放时直接通过雨水沟不经废水处理系统处理外排；
C、添加化学药剂后不能对环境产生影响，加药后的消防水不能对人身、设备产生安全、环保产生影响；
因此，需要结合《GB50050－2017工业循环冷却水处理设计规范》以及《GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范》中关于水质要求和处理要求求筛选实验药剂；
根据目前市场上广泛使用的缓蚀剂种类分为：无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，对缓蚀剂的筛查分析如下：
1、有机缓蚀剂添加后会导致消防水中COD超标，且部分有机缓蚀剂排放时引起总磷超标问题，因此主要考虑选择无机缓蚀剂；
2、常用无机缓蚀剂有锌盐、钼酸盐、硅酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐，盐具有刺激性和毒性，且排放时对总锌有环保要求，总锌不超过1mg/L；
亚硝酸盐属于剧毒类产品；
磷酸盐具有刺激性和毒性，排放也受到环保限制,总磷<0.5mg/L；
硅酸盐属于低毒产品，但会刺激与烧伤皮肤与黏膜，接触硅酸盐时需穿戴防护用具，且单独使用硅酸盐的缓蚀性能较差，常与聚磷、有机膦酸、钼酸盐、锌盐等缓蚀剂复配起增效作用；
综上所述，闭路消防水系统缓蚀剂推荐最佳选择为钼酸盐类缓蚀剂，该类型缓蚀剂不存在上述其它缓蚀剂使用过程中存在的问题；
实验过程中，先开展静态实验，通过静态实验评估后再选择动态实验所需药剂，静态实验将选取四种不同配方的钼酸盐产品进行实验(见图4)。
S3：静态缓蚀实验
3.1实验目的：
筛选缓蚀剂配方和药剂指导用量，分析在消防水运行工况条件下的缓蚀处理效果；
3.2参考标准：
《GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范》(3.1.5条款规定：碳钢腐蚀速率≤0.075mm/a，不锈钢腐蚀速率≤0.005mm/a)
《DL/T1151-2012火力发电厂垢和腐蚀产物分析方法》
《GB/T6903-2005锅炉用水和冷却水分析方法》
3.3实验条件：
试验水样：消防水水样；
试验时间：72小时；
试验温度：常温；
试验挂片：A3碳钢、不锈钢、铸铁、镀锌挂片，面积均为28cm2；
药剂配方：JH425、JH425+N280、JH427、JH427+N280。
3.4实验过程：
分别在6个1000ml的烧杯中，根据药剂配方中药剂投加量配置了不同浓度的缓蚀剂，分别将三种不同材质的消防管道挂片，静置悬挂于缓蚀剂溶液中，在24h、48h、72h时分别拍照，在72h后，参照国标要求方式进行称重、记录(见图5)。
3.5实验结论：
4种缓蚀剂对碳钢、不锈钢、镀锌钢的腐蚀率控制均能达到国标要求，碳钢腐蚀速率≤0.075mm/a，不锈钢腐蚀速率≤0.005mm/a；
根据实验数据的缓蚀控制效果以及考虑现场实际操作的便利性，当使用有机无磷缓蚀剂时，pH值波动较大，且PH值整体较低，因此，动水实验时推荐选择JH425和JH427两种缓蚀剂；
S4：动态缓蚀实验
4.1实验装置：
使用动态模拟实验设备模拟真实使用场景；
4.2实验温度：
室温；
4.3试验水源：
消防系统用净水厂产水；
4.4金属挂片：
304不锈钢、热镀锌钢、碳钢三种材质；
4.5药剂种类：
JH-425和JH-427；
4.6:加药量依据：
根据药剂的使用说明书最低加药量乘以安全系数后的最低安全用量，计算得出JH-425投加量1100ppm，JH-427投加量2500ppm；
4.7循环流速：
根据GB/T50050-2017，实验流速控制在1.0m/s左右；
4.8试验周期：
14天；
4.9实验目的：
综合评估缓蚀性能、pH控制范围、经济性等；
4.10具体方案:
实验装置在加药剂时2小时循环，之后静置7天，7天后再次循环2小时并取水样检测，之后继续静置7天，然后停止试验，取水样检测并检测挂片腐蚀速率，根据模拟现场消防水系统实际情况，静态缓蚀实验及系统运行时静置停留时间以及药剂的扩散性尽可能与真实现场一致(实验数据见图6-8)。
S5：实验数据分析及结论
5.1缓蚀剂对泡沫液的影响分析：
消防系统通常包含消防水系统和移动泡沫灭火系统，一旦发生火灾时，消防水和泡沫灭火系统会同时投入使用因此，加入缓蚀剂后的消防水喷洒时不能对泡沫灭火产生不良影响，即消防水中加入缓蚀剂后不得影响泡沫液的性能；
为证明筛查出来的JH425缓蚀剂对泡沫液的影响，分析取加入缓蚀剂和没有加缓蚀剂的泡沫液送化验，检测数据显示加入缓蚀剂的泡沫液发泡倍数和灭火性能均合格，与未加入缓蚀剂的泡沫液性能无差异。
5.2数据分析：
1、两种药剂处理效果都满足控制要求，JH425对碳钢和镀锌钢的缓蚀性能优于JH427，两种缓蚀剂对不锈钢的缓蚀性能接近，消防水中加入两种产品后pH均在7—9范围内，而JH425加药量少，便于现场操作，加入JH425的系统水COD小于10mg/L，而加入JH427的系统水COD达到205mg/L，排放会受到限制，因此，实际操作时推荐使用JH425缓蚀剂；
2、通过3组实验挂片腐蚀速率数据分析，加药处理和未加药处理的条件下，不锈钢的腐蚀率均满足国标要求，添加缓蚀剂的碳钢和镀锌钢的腐蚀率是未添加缓蚀剂的碳钢和镀锌钢腐蚀率的10％左右，添加缓蚀剂将极大延长金属管道的使用寿命；
3、实验选择的缓蚀剂主成份为钼酸盐，钼酸盐为氧化型保护膜，因此需要水中的溶解氧与钼酸盐反应生成氧化保护膜，水中溶解氧需要4-5mg/L，而消防水现场检测溶氧均可达到此范围，氧化成膜为及时反应，因而能有效保护消防水系统中的金属表面；
4、实验采用的加药浓度为最低限要求，实际操作时，可检测末端的药剂浓度或通过自动加药监控系统确认系统中药剂浓度；
5、实验采用加药浓度为最低限要求，JH425单价是JH427的1.6-2倍，但是JH427用量是JH425用量的2.27倍，从总费用考虑JH425更具有优势；
6、如果系统中已有腐蚀产物存在，建议对系统进行清洗预膜后再加药处理，如果需要清洗建议缓慢降低PH值，进行溶解式清洗，避免快速清洗造成锈块脱落堵塞消防设施。
5.3试验结论
通过对消防水进行静态缓蚀实验筛选缓蚀药剂，进行消防泡沫兼容性实验确定应用的可实施性，最后进行动态模拟装置的336小时动水模拟缓蚀实验，对挂片和水质进行分析，报告覆盖了技术规范的要求，完成了技术要求的全部内容；通过结合加药量、排放环保要求和处理经济性考虑，推荐使用钼酸盐系列产品解决消防水系统腐蚀问题，缓蚀剂不含磷、亚硝酸盐等排放限制成份，无需特别调整pH值，操作方便实用。
5.4动水实验数据对比：
在都满足国标处理效果的前提下，JH425具有加药浓度低、性价比高、便于现场操作的优势；加药后pH在7.0—9.0之间，对碳钢、不锈钢、镀锌钢均有比JH427更好的缓蚀效果，同时JH425符合环保排放标准，对泡沫灭火剂无明显影响。
S6：缓蚀剂投加方案确认
将电厂每一个单元消防系统单独隔离，在施工期间不影响其他系统的消防保障。
排空隔离好的单个系统内消防水，如果条件允许对已运行管道进行化学清洗，在清洁的金属表面进行后续处理则效果更佳。
缓蚀剂首次投加：根据保有水量11200m3，药剂投加浓度根据实验报告确定为1300ppm首次投加量：11200x0.13％＝14560KG(约占系统水总质量的0.13％)，考虑现场损耗和预留，预计首次备货量20000KG。
现场设置1立方加药储罐，药剂原液注入储罐，通过计量泵注入到消防水池和水泵联结处，在消防水系统尾端检测药剂浓度，直至尾端药剂浓度达到设计值则停止加药。
消防系统注满缓蚀剂后，安装腐蚀挂片架及腐蚀挂片，定期人工监测系统金属腐蚀率；并安装在线监测设备，在线监测药剂浓度及金属腐蚀率。
由于系统每周会进行1次补排水试压，因此，在补排水时根据补充水量按加药量同步补充药剂；每半个月检测系统pH、细菌总数、Fe离子、药剂含量，如有变化则需查找原因并及时补充药剂达到有效浓度。要启泵运行并排放10-15％水量以使缓蚀剂形成流动，让有效成分及时补充到消耗的部位，后期每月排放10-15％的系统水即可，排放的含有缓蚀剂的水可以通过容器接纳返回系统，也可以直接排放。消防系统的前端可以形成循环的系统建议一周循环一次，每次30-60分钟。末端消防水的药剂含量低于1100ppm时需要补充新的药剂。
人工检测：取水样通过笔试荧光剂进行药剂浓度检测。
在线监测：在线监测设备可实时监测pH、电导率、水温、浊度、ORP、药剂浓度、碳钢、不锈钢腐蚀率；
承诺处理效果：碳钢腐蚀率小于0.075mm/a、镀锌钢腐蚀率小于0.005mm/a、不锈钢腐蚀率小于0.005mm/a。
该环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，通过对消防水水质检测和消防管道金属检测，能明确判断管道腐蚀原因，以及微生物是否对管道产生影响，而根据腐蚀原因的分析，可有效挑选出符合该管道使用场景的缓蚀剂，而在筛选出缓蚀剂后，可通过静态缓释实验和动态缓蚀实验的细致分析适合管道使用的缓蚀剂，此外在选择出缓蚀剂后，可根据实验数据来判断是否符合实际使用需求，同时也可通过实验数据来细致确认后续的缓蚀剂投加方案。
Claims (9)
1.环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，包括下述操作步骤：
S1、腐蚀原因分析：
通过对消防水水质检测和消防管道金属检测来判断消防管道的腐蚀原因；
S2、缓蚀剂筛选：
通过《消防水设计规范》、《GB50050－2017工业循环冷却水处理设计规范》以及《GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范》筛选适合消防系统使用的缓蚀剂；
S3、静态缓蚀实验：
确认使用的缓蚀剂后，通过静态缓蚀实验来筛选使用效果较好的缓蚀剂。
S4、动态缓蚀实验：
在静态缓蚀实验实验完成后，利用动态缓蚀实验模拟真实的消防系统使用场景，进一步的筛选所需使用的缓蚀剂；
S5、实验数据分析及结论：
根据筛选的缓蚀剂对消防所使用的泡沫液影响分析、以及根据消防系统的实际使用情况判断筛选的缓蚀剂是否符合实际使用需求；
S6：缓蚀剂投加方案确认：
根据使用的缓蚀剂类型、以及消防系统的具体状态，来确认缓蚀剂的具体投放周期和投放量。
2.根据权利要求1所述的环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，所述S1步骤中，使用拉尔森-斯科尔德指数判断水的腐蚀倾向，Larson-Skold指数＝(Cl-mg/l+SO42-mg/l)/(HCO2-mg/l+CO32-mg/l)。
3.根据权利要求1所述的环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，所述S2步骤中，消防系统缓蚀剂选择为钼酸盐类缓蚀剂。
4.根据权利要求1所述的环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，所述S3步骤中，试验挂片采用A3碳钢、不锈钢、铸铁、镀锌挂片，且挂片面积均为28cm2。
5.根据权利要求1所述的环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，所述S3步骤中，试验时间设置为72小时。
6.根据权利要求1所述的环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，所述S3步骤中，试验水样采用消防水水样。
7.根据权利要求1所述的环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，所述S4步骤中，金属挂片采用304不锈钢、热镀锌钢、碳钢三种材质。
8.根据权利要求1所述的环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，所述S4步骤中，试验水源采用消防系统用净水厂产水。
9.根据权利要求1所述的环保型缓蚀剂在消防系统的应用工艺，其特征在于，所述S4步骤中，加药量依据根据药剂的使用说明书最低加药量乘以安全系数后的最低安全用量。
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