用于冷卻水系統的緩蝕劑及應用性能研究

摘要：深入探討了緩蝕劑在調相機組循環水系統中對腐蝕和垢形成的調控效能。通過系統性地評估不同濃度的無機緩蝕劑、有機緩蝕劑及其復合物對TP316L和TP304不銹鋼的腐蝕速率以及對鈣硬度和氯離子濃縮倍率的影響，研究旨在尋找最適宜的緩蝕劑配比和濃度。實驗結果顯示，特定濃度的緩蝕劑能顯著減緩金屬的腐蝕速率，并有效抑制水垢的形成，尤其在高濃度條件下。此外，研究還討論了緩蝕劑選擇的準則，包括其環境友好性和經濟性，以指導工業應用中的最佳實踐。

關鍵詞：調相機；循環水；緩蝕劑；防腐蝕；防垢；節能減排在電力和工業生產領域，保持調相機組循環水系統的穩定性對于確保整個設備的高效運行具有重大意義。循環水中腐蝕和垢積累導致的金屬部件性能下降乃至故障，是亟待解決的問題。本研究旨在探討緩蝕劑在抑制腐蝕和防止垢生成方面的應用效果。緩蝕劑通過在金屬表面生成保護層，阻止或減緩腐蝕過程，同時影響水中離子沉淀，防止垢的形成。在選擇緩蝕劑時，除考慮其防腐和防垢性能外，還需評估其環境影響及經濟性。本研究將深入分析各類緩蝕劑的效果，并為實際工業環境中的應用提供建議。

1循環水系統和緩蝕劑的重要性

在電力和工業領域，調相機組的循環水系統肩負著核心熱量傳遞職能，其效能直接影響整個系統的運行質量和設備壽命。金屬部件在循環水作用下容易產生腐蝕和結垢，因此，采用有效的緩蝕劑防治這些問題顯得尤為關鍵。緩蝕劑能在金屬表面生成穩定的保護膜，通過化學或電化學方式抑制腐蝕過程，降低或阻止結垢發生，從而延長設備使用壽命，保持系統高效運行。此外，合適的緩蝕劑可降低能源消耗和維護成本，同時有助于環境保護［1］。

選擇緩蝕劑時，需綜合考慮循環水化學性質、系統材料種類及操作條件。例如，部分緩蝕劑在高溫下性能可能降低，而另一些則在低溫條件下更有效。此外，緩蝕劑濃度和投加方式亦是其效果的關鍵。實際應用中，應定期監測緩蝕劑濃度和系統腐蝕狀況，以便適時調整優化處理策略。

因此，在設計和維護調相機組循環水系統時，建議綜合考慮各種因素，選擇適宜緩蝕劑，實施有效監控和管理措施，確保系統穩定和經濟運行。這不僅提升設備可靠性，還優化運行成本，為企業帶來長期的經濟和環境效益。

2緩蝕劑的分類和作用機理

緩蝕劑在調相機組循環水系統中的應用至關重要，其主要作用是通過在金屬表面形成保護層或改變水化學性質，以阻止或減緩金屬腐蝕過程。現有緩蝕劑可分為無機、有機及復合緩蝕劑，各類型緩蝕劑依據其化學組成與作用機理的差異，在實際應用中表現各異。

（1） 無機緩蝕劑如硝酸鹽、磷酸鹽和鉬酸鹽等，通常通過在金屬表面形成鈍化膜發揮作用。例如，鉬酸鹽在金屬表面與溶解氧反應生成鈍化膜，該膜能有效隔離金屬與腐蝕介質接觸，從而防止金屬腐蝕。鉬酸鹽與硝酸鹽的復合使用可增強保護膜的穩定性和致密性［2］。

（2） 有機緩蝕劑如苯并三氮唑（BTA）等，通常通過吸附在金屬表面形成保護層以防止腐蝕。這些有機分子能在金屬表面形成致密有機膜，阻隔腐蝕因子接觸。

（3） 復合緩蝕劑結合無機和有機緩蝕劑優點，能在更廣泛條件下提供保護，如亞硝酸鹽與BTA的復合使用可在金屬表面形成更穩定、致密的保護層，增強緩蝕效果。

在選擇合適緩蝕劑時，需兼顧化學性質、緩蝕效果、環境友好性和經濟性。隨著環保要求提高，部分傳統具有環境風險的緩蝕劑正被環保替代品逐步取代。因此，研發性能優越、環境影響小的新型緩蝕劑成為未來研究重要方向［3］。

3實驗設備和設置

（1）旋轉掛片腐蝕試驗儀：其功能在于模擬循環水系統中的流動環境，研究不同流速對緩蝕效果的影響。（2）電化學工作站：主要用于進行極化曲線與電化學阻抗譜（EIS）測試，以評估緩蝕劑對金屬腐蝕行為的抑制作用。（3）恒溫水浴：確保實驗過程中水樣溫度穩定，貼近實際運行環境。（4）pH計和導電率儀：實時監測水樣的pH和電導率，這些參數對緩蝕劑的效果具有直接影響。（5）光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）：用于觀察金屬表面形態以及腐蝕產物的形成情況［4］。

4實驗結果與分析

4.1緩蝕劑對腐蝕速率的影響

4.1.1實驗條件

本實驗采用DRDT型水垢測定儀進行，目的是探討不同質量濃度緩蝕劑對調相機組循環水系統中不銹鋼材料腐蝕速率的影響。實驗設定水溫為45 ℃，模擬較高溫度工況下的系統運行環境。所選緩蝕劑質量濃度分別為10、15以及20 mg/L，覆蓋了常見的工業應用濃度范圍［5］。

4.1.2實驗步驟

（1）樣品制備：對TP316L和TP304不銹鋼試樣進行處理，確保各類試樣尺寸一致，并對其表面進行拋光處理，以消除前期處理對實驗結果的影響。系統配置：將試樣懸掛于DRDT型水垢測定儀中，保證試樣能均勻接觸到循環水流。（2）緩蝕劑添加：在循環系統中分別加入不同濃度的緩蝕劑，并持續監控系統運行24 h。

4.2緩蝕劑對阻垢性能的影響

4.2.1實驗條件

在本次研究中，使用了DRDT型水垢測定儀，通過設定濃縮倍率至4.0倍，模擬調相機組循環水系統在高度濃縮條件下的運行環境。實驗重點關注緩蝕劑的3種不同質量濃度（10、15、20 mg/L），旨在評估這些質量濃度在極端條件下對硬度、鈣硬度（KCa）以及氯離子濃縮倍率（KCl）的影響［6］。

4.2.2實驗步驟和監控方法

（1）實驗設定：將DRDT型水垢測定儀預置于45 ℃的水溫環境下，并調整系統，保持4.0倍的水質濃縮率。（2）緩蝕劑投放：在循環系統中加入預定濃度的緩蝕劑，確保均勻分布，并全程持續監控實驗過程。（3）數據搜集：利用自動采樣器，每隔4 h采集一次水樣，測定鈣硬度和氯離子濃度。

4.2.3結果分析與數據

（1） 鈣硬度（KCa）結果

通過化學分析，記錄實驗前后鈣硬度的變化，計算阻垢率。濃縮倍率（K）的計算公式如下：K=CC0其中，C表示濃縮后的濃度，C0是初始濃度。

阻垢率的計算公式：阻垢率（%）=1-K實驗K理論×100%其中K理論為理論濃縮倍率，假設無緩蝕劑情況下為1.0。

在10 mg/L的緩蝕劑條件下，實驗前鈣硬度KCa為3.50 mmol/L，實驗后上升至3.65 mmol/L，濃縮倍率為1.04。這一結果表明，在較低濃度的緩蝕劑作用下，鈣的沉積有所增加，但相較于未添加緩蝕劑的情況，增長率仍相對較低。在15 mg/L的緩蝕劑條件下，實驗前鈣硬度KCa為3.57 mmol/L，實驗后上升至3.83 mmol/L，濃縮倍率為1.07。此濃度下的緩蝕劑能有效控制鈣的沉積，增長率適中，實現了效能與成本的平衡。在20 mg/L的緩蝕劑條件下，實驗前鈣硬度KCa為3.60 mmol/L，實驗后上升至3.90 mmol/L，濃縮倍率為1.08。盡管鈣硬度有較明顯的增加，說明較高濃度的緩蝕劑能提高鈣的沉積，但在控制水垢形成方面效果更為顯著，展現出更強的阻垢能力。

（2） 氯離子濃縮倍率（KCl）結果

研究在10 mg/L的緩蝕劑濃度下，氯離子濃縮倍率從4.15降至4.10。這說明該濃度下緩蝕劑對氯離子的控制效果相對較弱，但仍然有助于減輕氯離子所引發的腐蝕和垢的形成。當緩蝕劑濃度提高至15 mg/L時，氯離子濃縮倍率從4.09降至4.03。

表明緩蝕劑在中等濃度下對氯離子的控制更為有效，從而進一步降低腐蝕和垢的產生風險。當緩蝕劑濃度達到20 mg/L時，氯離子濃縮倍率從4.05降至4.00。這說明在高濃度下緩蝕劑對氯離子的控制效果最為顯著，能極大降低由氯離子引發的腐蝕和垢形成的風險。

5結語

研究證實了緩蝕劑在調相機組循環水系統中的顯著效果，特別是在控制金屬腐蝕和預防水垢形成方面。實驗結果強調了選用適當緩蝕劑濃度的重要性。15 mg/L的質量濃度在大多數情況下已能提供優良的防護效果，而20 mg/L的質量濃度在極端條件下表現更為出色。在未來的應用中，建議根據系統的實際工況和材料類型，選擇適合的緩蝕劑類型和濃度，以實現成本與效果的最佳平衡。考慮到環保的日益重要性，推薦使用環保型緩蝕劑，以助力可持續發展目標。此外，定期監測與維護是確保緩蝕劑長期有效性的關鍵。因此，建立高效的監測與維護程序是保障系統穩定運行的必要措施。

參考文獻：

［1］吳耿，邱學青，樓宏銘.循環冷卻水系統無磷緩蝕劑研究進展［J］.腐蝕科學與防護技術，2004，16（6）：371374.

［2］王佳，田一梅，郭浩，等.再生水回用于循環冷卻水系統阻垢緩蝕劑試驗研究［J］.給水排水，2012，38（11）：5.

［3］吳玉勇.循環冷卻水系統的復合阻垢緩蝕劑性能及緩蝕機理初探［D］.杭州：浙江大學，2010.

［4］王維珍，高翔，高麗麗，等.海水循環冷卻系統中環境友好型碳鋼緩蝕劑的研究進展［J］.腐蝕科學與防護技術，2013，25（4）：3.

［5］郭焱，羅獎合，李建璽，等.火電廠循環冷卻水系統用碳鋼緩蝕劑的研制及性能試驗研究［C］//中國精細化工協會第五屆水處理化學品行業年會.西寧：中國精細化工協會，2009：170175.

［6］王維憲，張琦，張瀾萃.LC303A水穩劑的性能研究及在滌綸循環水的應用［J］.遼寧化工，2001（6）：2223.