油污染對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響研究

何 亮

（太鋼不銹鋼股份有限公司能源動(dòng)力總廠，山西太原 030003）

1 引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，冷卻水占工業(yè)用水的60%～80%，因此重復(fù)利用冷卻用水是工業(yè)生產(chǎn)節(jié)水中最重要的部分[1]。循環(huán)冷卻水具有腐蝕性、易產(chǎn)生沉積物、易發(fā)生微生物繁殖的特點(diǎn)，這也是循環(huán)冷卻水處理所要面對(duì)的三個(gè)問題，即腐蝕控制、沉積物控制以及微生物控制[2]。循環(huán)冷卻水在生產(chǎn)運(yùn)行過程中會(huì)大量接觸換熱設(shè)備，時(shí)有換熱介質(zhì)泄漏的情況發(fā)生，造成循環(huán)水系統(tǒng)被污染。不同的介質(zhì)及介質(zhì)的含量對(duì)水質(zhì)的影響各不相同[3]，目前工業(yè)生產(chǎn)中換熱設(shè)備使用較多的為油介質(zhì)，泄漏后直接造成水質(zhì)參數(shù)如濁度、水中總油含量大幅度升高，進(jìn)而加大腐蝕、微生物控制的難度，且油污長期累積于設(shè)備表面，會(huì)降低設(shè)備的換熱效果[4]、[5]。

本文在通過模擬循環(huán)冷卻水運(yùn)行過程，應(yīng)用失重法測(cè)定了腐蝕速率，通過電化學(xué)測(cè)試技術(shù)初步建立腐蝕動(dòng)力學(xué)模型，以探討其腐蝕機(jī)理；并對(duì)其微生物滋生情況進(jìn)行監(jiān)控，以考察不同程度的油污染對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕行為、微生物滋生情況的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要試劑及儀器：殼牌46#機(jī)油；標(biāo)準(zhǔn)碳鋼試片，A3，50mm×25mm×2mm；QYDM 型動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 水樣分析

實(shí)驗(yàn)用水為取自太鋼冷軋凈循環(huán)冷卻水，補(bǔ)水為除鹽水水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)參數(shù)

2.2.2 循環(huán)水模擬測(cè)試

利用QYDM 型動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)際模擬，試驗(yàn)周期10 天，循環(huán)水量150 L/h，循環(huán)水槽貯水量150～220 L，每8 h 進(jìn)行一次補(bǔ)水。

2.2.3 腐蝕速率的測(cè)定——失重法

在模擬實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)利用A3 碳鋼試片進(jìn)行腐蝕速率監(jiān)測(cè)，停止實(shí)驗(yàn)后，按照公式計(jì)算腐蝕速率：

式中X 為腐蝕率，mm/a；m 為試片質(zhì)量損失，g；m0為試片酸洗空白試驗(yàn)質(zhì)量損失，g；，S 為試片表面積，cm2；ρ 為試片密度，g/cm3；t 為試驗(yàn)時(shí)間，h；

2.2.4 電化學(xué)測(cè)試——極化曲線

采用CS300 腐蝕電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，以動(dòng)電位掃描法（掃描速率0.5 mv/s，掃描范圍相對(duì)開路電位從-0.52V～+1.5V）得到極化曲線。

2.2.5 微生物滋生情況的監(jiān)測(cè)

采用HG/T 4207-2011 工業(yè)循環(huán)冷卻水異養(yǎng)菌菌數(shù)測(cè)定——平皿計(jì)數(shù)法對(duì)模擬水樣異養(yǎng)菌滋生情況進(jìn)行測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 油含量對(duì)腐蝕速率的影響

經(jīng)失重法測(cè)定了不同油含量情況下A3 試片的腐蝕速率，（油含量為體積百分比，下同）如圖1。

圖1 不同濃度油含量冷卻水的腐蝕速率

由圖1 可以看出，隨著水中油含量的升高，碳鋼腐蝕速率也不斷升高，但當(dāng)油含量大于0.3%后，腐蝕速率開始出現(xiàn)明顯下降。為了更好的了解含油冷卻水的腐蝕行為，采用電化學(xué)測(cè)試方法掃描了不同濃度油含量水樣的碳鋼極化曲線，如圖2 所示。

圖2 不同濃度油含量水樣的碳鋼極化曲線

由圖2 可看出，相對(duì)于不含油水樣的自腐蝕電位，含油水樣的自腐蝕電位出現(xiàn)下降，表明含油水樣中的碳鋼試片更容易達(dá)到自腐蝕電位，腐蝕更易發(fā)生。除含油量0.5%水樣外，其它水樣的陽極極化曲線相對(duì)不含油水樣的均發(fā)生明顯右移，表明油含量的增加在一定范圍內(nèi)會(huì)促進(jìn)腐蝕行為的發(fā)生。而含油量1%的水樣極化曲線與不含油水樣極化曲線很接近，且其陽極極化曲線出現(xiàn)了明顯的鈍化區(qū)，腐蝕速率由此降低。產(chǎn)生鈍化區(qū)的原因主要是油滴在水中可吸附在碳鋼片上，形成一層油膜，從而對(duì)碳鋼起到了保護(hù)作用。在水中油含量較低時(shí)，碳鋼片上的油膜不完整，反而造成碳鋼試片比表面積下降，加劇了腐蝕的進(jìn)行。

為了解油份在進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)后對(duì)碳鋼表面的影響和腐蝕速率的變化，以含油量0.1%的水樣為例，測(cè)定了不同時(shí)間的腐蝕速率，繪制了腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線。如圖3 所示。

圖3 含油量0.1%水樣腐蝕速率變化

由圖3 可見，腐蝕率隨時(shí)間是呈下降趨勢(shì)的。油最初加入到水中，促進(jìn)了腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，隨著油逐漸在碳鋼試片表面吸附，使碳鋼表面生成油膜，阻滯了氧氣向碳鋼表面的擴(kuò)散過程，從而抑制了腐蝕的陽極過程，使腐蝕率下降。

3.2 油含量對(duì)換熱器進(jìn)出口溫差的影響

由表2 可以看出水中含油會(huì)大幅影響換熱器的換熱效率，當(dāng)水中含油量大于0.05%后換熱效果降低50%以上，這是由于水中油吸附于換熱器表面逐漸形成一層油污層，其存在將會(huì)影響熱交換過程，最終影響換熱效果。

表2 不同濃度油含量水樣換熱器進(jìn)出口溫差

3.3 微生物滋生情況

通過平皿計(jì)數(shù)法對(duì)不同含油量模擬水樣運(yùn)行1個(gè)周期后的異養(yǎng)菌群數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，如表3 所示。

表3 不同濃度油含量水樣的異養(yǎng)菌群數(shù)

由表3 可看出，隨著水中油含量的增大，水中的微生物數(shù)量增加，主要原因是油份作為營養(yǎng)源，可為水中的微生物提供養(yǎng)分，促使水中的微生物迅速生長和大量繁殖，由此也可造成碳鋼的微生物腐蝕，但當(dāng)水中油份較多時(shí)，會(huì)使水中氧氣不易擴(kuò)散，造成好氧微生物生存環(huán)境變惡劣，阻礙微生物的快速繁殖。

4 結(jié)論

（1）循環(huán)冷卻水中含油會(huì)使碳鋼的自腐蝕電位下降，進(jìn)而造成碳鋼腐蝕速率隨油含量的增加逐步增加，但含油量大于0.3%后由于油脂的吸附作用在碳鋼表面成膜從而減緩腐蝕情況；

（2）循環(huán)冷卻水中含油會(huì)極大的影響換熱器的換熱效果，造成換熱器熱交換效率下降。

（3）水中含油會(huì)為微生物繁殖提供營養(yǎng)源，從而造成微生物大量繁殖，進(jìn)而影響循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，最終將會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水的生物粘泥量大幅上升。

[1]楊彩奎.敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)處理[J],山西建筑,2003,29(18):119-120

[2]劉秋改.工業(yè)水處理技術(shù)的發(fā)展概況與技術(shù)進(jìn)步[J],機(jī)械管理開發(fā),2003(3):50-51.

[3]周本省.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物引起的腐蝕和粘泥的控制[J].腐蝕與防護(hù),2002,23(7):301-304.

[4]Geesey G G,Bryers J D.Biofouling of engineered materialsand systems[J].Process analyses and applications,2000:237～79.

[5]余偉明,田劍臨.冷卻器泄漏在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究[J].石油化工自動(dòng)化,2005(3):72-74.