CN1150181A - 用于软水密闭循环冷却系统的硅系缓蚀剂 - Google Patents

用于软水密闭循环冷却系统的硅系缓蚀剂 Download PDF

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Abstract

一种用于软水密闭循环冷却系统水处理的硅系缓蚀剂，该缓蚀剂由硅酸钠，多元共聚聚丙烯酸钠，羟基乙叉二磷酸、巯基苯并噻唑或苯并三氮唑复合配伍而成。由于复配增效作用，其缓蚀性能显著提高，用量低，价廉，无毒，无污染。适用于软化水或除盐水，水温0℃-80℃的水冷系统，可防止点蚀和产生硅酸盐水垢。

Description

用于软水密闭循环冷却系统的硅系缓蚀剂
本发明涉及一种水处理系统用的硅系缓蚀剂，特别适用于软水密闭循环冷却系统。
在工业生产中有大量工艺过程需要用水来冷却。近来在高炉冷却中软水密闭循环冷却系统越来越多被采用。采用软水冷却，水中硬度很低，不会形成水垢，这就从根本上避免了水冷壁结垢，但由于没有垢层保护，水与金属直接接触，加剧了对管道的腐蚀，因此在软水循环冷却系统中必须采取有效的缓蚀措施以保证冷却设备不因腐蚀而损坏。
现在软水密闭循环冷却系统常用的缓蚀方法有用联氨脱氧处理和加缓蚀剂两类方法。其中联氨有巨毒不便操作。缓蚀剂配方主要有亚硝酸盐系缓蚀剂、铬酸盐系缓蚀剂、钼酸盐系缓蚀剂和硅酸盐系缓蚀剂。亚硝酸盐系缓蚀剂较常用，但由于亚硝酸盐有致癌作用，从安全和环境考虑，其使用受到了一定影响。铬酸盐系缓蚀剂是较老的缓蚀剂，缓蚀效果优良，但具有毒性，又是环境污染物质，现已很少使用。钼酸盐系缓蚀剂毒性小，但成本高，使用较少。
硅系缓蚀剂具有无毒性、无污染特点，但对水质要求高，易产生点蚀，控制不好还会产生硅酸盐垢，因此使用较少。现有的硅系缓蚀剂有的只适用于工业水循环冷却系统，有的加药量较高。如美国Betz公司的硅系缓蚀剂，其配方为硅酸钠10ppm，羟基乙叉二磷酸10ppm，羧甲基纤维素20ppm，苯并三氮唑3ppm，该缓蚀剂只适用于工业水循环冷却系统。太原钢铁公司于1989年9月5日申请的89106699号《密闭循环冷却水处理的硅系缓蚀剂》专利，其配方为硅酸钠(SiO2)1500-300ppm，羟基乙叉二磷酸20-50ppm，葡萄糖酸钠200-400ppm，苯并三氮唑1-3ppm，该缓蚀剂加药浓度较高，使水处理成本偏高。
发明的目的是克服上述现存技术的不足，开发一种硅酸盐与分散阻垢剂复合配伍，加药量更低，并能有效防止产生硅酸盐垢的硅系缓蚀剂。
本发明的基本技术方案如下：
该缓蚀剂由硅酸钠和多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)羟基乙叉二磷酸(HEDP)、巯基苯并噻唑(MBT)或苯并三氮唑(BTA)复合构成，当硅酸钠以二氧化硅(SiO2)计，多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)，羟基乙叉二磷酸(HEDP)，巯基苯并噻唑(MBT)和苯并三氮唑(BTA)以该工业品有效成分重量计，其配比按浓度(ppm)为：SiO2∶AA-HPA∶HEDP∶MBT(或BTA)＝500-1000∶5-10∶5-10∶1-2
缓蚀剂配方成分设计的原则是：选月廉价的水玻璃(硅酸钠)作为缓蚀剂；选用多元共聚聚丙烯酸钠为分散阻垢剂，通过分散作用使缓蚀膜均匀减薄，达到降低硅酸钠用量，防止点蚀的目的，通过增溶作用防止结硅酸盐水垢；选用羟基乙叉二磷酸阻垢剂，通过晶格纽曲作用和络合作用防止硅酸盐水垢生成；选用巯基苯并噻唑或苯并三氮唑作为铜的特效缓蚀剂，防止铜部件的腐蚀。
根据上述配方设计原则，为优化配方，以达到药量最低、效果最优，充分发挥药剂的复配增效作用，进行了正交复配试验。试验采用旋转挂片法，试验周期六天，水温70℃，挂片材质为20号碳钢，试验用水为生产所用软化水。
正交试验以SiO2、多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)、羟基乙叉二磷酸(HEDP)等三种药剂的投加浓度作为考查因素，留一空列来检验三个因素之间的交互作用。表1是采用石灰预处理-二级钠离子交换软水的正交复配试验结果，从试验结果可以看出，第四组试验配方腐蚀速度最低，其平均值为0.0050mm/a。
表2的方差分析结果说明，A，C，D三个试验因素对腐蚀速度的影响都是高度显著的，尤以因素D的影响最大。交互作用列B的因子效应也呈高度显著，说明配方的三种复配药剂之间有明显的复配增效作用。
表3、表4是采用一级钠离子软化水进行的正交复配试验结果，第九组试验腐蚀速度最低，达到0.0118mm/a。
上述试验结果表明，所用缓蚀剂适用于二级钠离子交换软水和一级钠离子交换软水，能有效防止软水系统腐蚀。
本缓蚀剂优点在于采用了新型分散阻垢剂，通过复配增效作用，使缓蚀剂中硅酸钠的使用浓度比现有技术大幅度降低，降低了水处理成本，能有效防止点蚀和生成硅酸盐水垢，并且无毒，无污染。
实施例1：
A高炉软水密闭循环冷却系统使用的是石灰预处理-二级钠离子交换软水。供水水温为55℃，回水水温67℃。冷却设备使用竖式空气冷却器。水处理使用的是本发明提供的缓蚀剂，其配方为硅酸钠(SiO2)1000ppm，多元共聚聚丙烯酸(AA-HPA)10ppm、羟基乙叉二磷酸(HEDP)10ppm、巯基苯并噻唑(MBT)1ppm。投入运行已三年多时间，系统运行较稳定。正常情况下系统漏水量很少，一般每天20吨左右，一个多星期加一次药即可维持正常药量。系统水浊度在20mg/l以下，铁离子2-3mg/l，并一直保持稳定，无恶化倾向。除正常补水外，系统不用换水。
生产中进行了现场挂片监测。在系统中安装了挂片监测装置，装六个监测挂片，定期取出监测。表5是A高炉挂片监测结果。从所取出的挂片观察，其表面光洁，有金属光泽，无点蚀，无水垢。挂片腐蚀速度在0.00021～0.00129mm/a之间。
实施例2
B高炉1993年采用了软水密闭循环冷却系统，所用软水为一级钠离子交换水，水处理使用的是本发明提供的缓蚀剂，其配方为硅酸钠(SiO2)600ppm.多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)10ppm，羟基乙叉二磷酸(HEDP)10ppm、苯并三氮唑(BTA)Ippm。B高炉投产后，热风炉软水冷却系统一直正常加药，水中二氧化硅含量一直保持在600ppm上下，水中铁离子含量一直稳定在2-3mg/l，水质无恶化倾向。炉体软水冷却系统由于阀门大量漏水，无法正常加药。阀门修好后开始正常加药，加药后系统水中铁离子含量从14mg/l逐渐降低到3mg/l，达到小于10mg/l运行标准的要求。
表6是B高炉挂片监测的结果。从取出的监测挂片表面观察，无明显腐蚀现象，挂片表面呈金属光泽，无结垢。挂片腐蚀速度在0.00014-0.00119mm/a之间。
实施例3
缓蚀剂由硅酸钠和多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)、羟基乙叉二磷酸(HEDP)、苯并三氮唑(BTA)复合构成，投加量为：硅酸钠以二氧化硅(SiO2)计，多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)，羟基乙叉二磷酸(HEDP)和苯并三氮唑(BTA)以该工业品有效成分重量计，其配比按浓度(ppm)为：SiO2∶AA-HPA∶HEDP∶BTA＝800∶5∶10∶1，试验室试验腐蚀速度为0.0118mm/a。
实施例4
缓蚀剂由硅酸钠和多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)、羟基乙叉二磷酸(HEDP)、苯并三氮唑(BTA)复合构成，投加量为：硅酸钠以二氧化硅(SiO2)计，多元共聚聚两烯酸钠(AA-HPA)，羟基乙叉二磷酸(HEDP)和苯并三氮唑(BTA)以该工业品有效成分重量计，其配比按浓度(ppm)为；SiO2∶AA-HPA∶HEDP∶BTA＝500∶10∶5∶1，试验室试验腐蚀速度为0.010mm/a。
实际应用证明，本发明之硅系缓蚀剂适于软水密闭循环冷却系统水处理，冷却水不用调pH值，适用水温0℃-80℃，可保证水系统腐蚀速度小于0.01mm/a。该缓蚀剂具有高效，无毒，无污染，无点蚀，能有效地防止产生硅酸盐垢，可以在生产上推广使用。
                        正交试验结果    表1
  试验序号    AHEEP    B    CAA-HPA    DSiO2    EMBT   腐蚀速度(mm/a)
    0    0    -     0    0     0      1.638
    1    5    -     5   250     1      0.0623
    2    5    -     10   500     1      0.0100
    3    5    -     20   1000     1      0.0088
    4    10    -     10   1000     1      0.0050
    5    10    -     20   250     1      0.0270
    6    10    -     5   500     1      0.0136
    7    20    -     20   500     1      0.0076
    8    20    -     5   1000     1      0.0080
9 20 - 10 250 1 0.0294
                                方差分析表    表2
方差名称       S   f         V      F   显著性     备注
    A   5.70×10-4   2   2.58×10-4     86     ** F0.01(2，9)＝8.02F0.05(2，9)＝4.06
    B   3.28×10-4   2   1.64×10-4     49     **
    C   7.12×10-4   2   3.56×10-4     107     **
D   3.18×10-3   2   1.90×10-3     570     **
   误   3.00×10-5   9   3.33×10-6
   总   5.45×10-3   17
                            正交试验结果    表3
 试验序号    ASiO2     BHEDP      CAA-HPA    D     EBTA   腐蚀速度(mm/a)
   1    400     0      0    -     1      0.1164
   2    400     5      5    -     1      0.0374
   3    400     10      10    -     1      0.0283
   4    600     0      5    -     1      0.0174
   5    600     5      10    -     1      0.0159
   6    600     10      0    -     1      0.0180
   7    800     0      10    -     1      0.0128
   8    800     5      0    -     1      0.0146
   9    800     10      5    -     1      0.0118
                            方差分析表   表4
方差名称       S  f         V   F     显著性     备注
    A    8.385×10-3  2 4.192×10-3   439       ** F0.01(2，9)＝8.02F0.05(2，9)＝4.06
    B    3.420×10-3  2 1.571×10-3   164       **
    C    3.408×10-3  2 1.704×10-3   178       **
    D    2.859×10-3  2 1.428×10-3   149       **
    误    8.6×10-5  9 9.555×10-6
    总    1.788×10-2  17
                A高炉现场挂片监测结果    表5
 序号    挂片号    天数    失重(g)  腐蚀速度(mm/a)
  1     2171     33     0.0015     0.00076
  2     442     63     0.0049     0.00129
  3     444     108     0.0023     0.00035
  4     445     316     0.0165     0.00087
  5     443     424     0.0154     0.00021
            B高炉现场挂片监测结果   表6
系统  挂片号   试验天数  失重(g)  腐蚀速度(mm/a)
热风炉   1101     229   0.002     0.00015
  1102     324   0.0028     0.00014
  1130     95   0.0045     0.00079
炉体   1015     35   0.0025     0.00119

Claims (1)

1、一种软水密闭循环冷却系统用的硅系缓蚀剂。化学组成是以硅酸钠和多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)、羟基乙叉二磷酸(HEDP)、巯基苯并噻唑(MBT)或苯并三氮唑(BTA)复合构成，该缓蚀剂投加量为：硅酸钠以二氧化硅(SiO2)计，多元共聚聚丙烯酸钠(AA-HPA)，羟基乙叉二磷酸(HEDP)，巯基苯并噻唑(MBT)或苯并三氮唑(BTA)以该工业品有效成分重量计，其配比按浓度(ppm)为：SiO2∶AA-HPA∶HEDP∶MBT(或BTA)＝500-1000∶5-10∶5-10∶1-2
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