工业冷却循环水实验报告1.docx

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工业冷却循环水实验报告1

实

验

报

告

中国灵泉环保科技有限公司

二○○九年十月

1．概述

本方案遵照中华人民共和国GB／50050－2007《工业循环冷却水处理设计规范》（以下简称GB／50050－2007）规定的原则和标准进行拟定。

“工业循环冷却水处理设计，应控制循环冷却水系统内由水质引起的结垢和腐蚀，保证设备的换热效率和使用年限，做到技术可靠，经济合理”。

2．水质稳定指数判断

项目

单位

补充水

PH

－

7.32

总碱度

mmol/L

1.51

Ca2＋

mmol/L

1.21

总硬度

mmol/L

1.56

Cl－

mg/L

13.5

电导率

μs/cm

320

2．1水质数据

2．2水质评价

根据水质分析结果，分别对其朗格利尔（Langlier）饱和指数和雷兹纳（Ryzner）稳定指数判定：

2．2．1Langlier饱和指数（SI）

饱和指数ISI为系统补充水实测PH值与碳酸钙饱和时PHs之差值，

即：

SI＝pH－pHs；

pHs=（9．7+A+B）－（C+D）

2．2．2Ryzner稳定指数（IR）

由于碳酸钙饱和pHs是根据平衡理论推导出来的，对实际作用中各种复杂因素考虑不全面，没有考虑结晶、电化学过程和水中胶体影响，而且把碳酸钙即作延缓腐蚀又促进结垢来考虑，所以水质腐蚀和结垢问题应该将饱和指数SI与稳定指数IR配合作用，用来分析循环冷却水补水系统和在不同浓缩倍率下的水质结垢或腐蚀倾向。

IR＝2pHs-PH；

pHs=（9．7+A+B）－（C+D）

则：

SI＞0时

结垢

SI=0时

稳定

SI＜0时

腐蚀

IR<3.7

结垢

IR＝7.5-9.0

严重腐蚀

IR=5.0-6.0

轻结垢

IR=7.0-7.5

轻微腐蚀

IR=6.0-7.0

水质较稳定

为了对循环水浓缩后的水质有一定的了解，我们在实验室蒸发浓缩原水，后测其水质情况，并计算出相应的L、R的质。

温度℃

补充水

K=3.5

K=4.0

SI

IR

SI

IR

SI

IR

25

0.29

5.42

1.98

3.26

2.65

3.23

45

0.9

3.18

2.56

2.26

3.18

1.65

从取回水样分析数据看该补水在水温为45℃时属于结垢型水

质，当补水浓缩到3.5倍时系统将严重结垢；又因结垢和腐蚀是相互关联的，在高浓缩倍率下运行时由于含盐量的升高，腐蚀性离子Cl－、SO42－、NH4-等也相应升高，易使腐蚀加剧，且结垢严重时易产生垢下腐蚀，故高效的阻垢缓蚀剂和良好的管理水平，是保证设备安全运行的关键。

因此我们在配方筛选是主要侧重于选择性能优良、对钙容忍度高、阻垢能力较强的阻垢分散剂。

但水中存在溶解氧等因素，也有可能对金属结构产生腐蚀的可能性，因此我们在考虑水处理整体方案充分考虑阻垢的同时，也综合考虑对系统缓蚀的治理。

拟定以下实验程序；

鼓泡法快速筛选实验；静态阻垢分散实验；旋转挂片缓蚀实验。

3．阻垢缓蚀剂配方筛选实验

3．1实验目的

冷却水中的结垢，通常是由于水中碳酸氢钙在受热和曝气条件下分解，发生反应为：

Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+CO2↑+H2O

从而生成难溶的碳酸钙在传热面上结晶出来。

测定水处理剂阻垢性能的方法，是以含有一定量碳酸氢根和钙离子的配制水和水处理剂制备成试液，在加热条件下，促成碳酸氢钙加速分解为碳酸钙，达到平衡后测定试液中的钙离子浓度，钙离子浓度愈大，则该水处理剂的阻垢性能愈好，即为碳酸钙沉积法。

鼓泡法也是以上述方法为基础，但在加热过程中向试液中鼓入一定流量的空气，以模拟冷却水的曝气过程，并使试液迅速达到自然平衡pH，此法因为速度快，一般用于筛选药剂阻垢性能配方。

实验分为以下三部分进行：

利用鼓泡法快速测试仪通过正交实验对几组不同配方的复配药剂进行重筛选，并以此结果调整配方并同时进行性能测试；筛选出产品使用静态沉淀法测定阻垢率并初步确定加浓度；再用旋转挂片腐蚀仪对以上筛选出的复配药剂测定其缓蚀率来确定配方。

经过实验不断调整正交实验配方中各组份比例，筛选出最佳配方和最佳投加浓度。

3.2实验内容

3.2.1鼓泡法筛选实验

3.2.1.1实验仪器

KZC－I型快速阻垢测试仪

3.2.1.2实验条件

温度：

45±1℃；

鼓气量：

84L／h；

时间：

6h；

药剂浓度：

15mg/L、25mg/L。

3.2.1.3实验方法

3.2.1.3.1阻碳酸钙垢

量取约450ml的制备液体（分别含有15mg/L、25mg/L的不同药剂、用6mmol/LCa2+和12mmol/LHCO32-的试液）于500ml三颈瓶中，将此瓶浸入的60±1℃水中，同时以84L/H的流量鼓入空气，并通过冷凝管保证水量尽量不损失经6h后，停止鼓入空气，放置室温，测定溶液中的钙离子稳定浓度。

实验数据如下：

药剂名称

药剂浓度mg/L

钙离子稳定浓度mmol/L

JP-302A

15

5．38

25

5．82

JP-302B

15

5．56

25

5．93

JP-302C

15

5．78

25

5．97

从上表中的实验数据可以看出：

JP-302B的阻垢效果最好

3.2.1.3.2对锌离子稳定实验

若水稳剂中加锌为缓蚀剂时，当水的PH大于8．5时会产生氢氧化锌沉淀，如果附在金属表面，可形成浓差电池而造成腐蚀。

在水中配置一定浓度的Zn2+、HCO3－，再分别取上述水样450mml置于烧杯中，然后加入不同浓度的阻垢剂，搅匀置于45±1℃水浴锅24小时后，过滤后测其中Zn2+含量，并计算对其抑制率，如下表：

水稳剂

JP-302A

15mmg/L

JP-302A

25mmg/L

JP-302B

15mmg/L

JP-302B

25mmg/L

JP-302C

15mmg/L

JP-302C

25mmg/L

阻垢率%

84．2

90．4

85.7

97.5

90．8

98．8

从上表中的实验数据可以看出：

JP-302B的对锌抑制率最好。

以JP-302B作为下一步实验的药剂。

3.3静态碳酸钙沉淀法

3.3.1实验条件：

温度：

45±1℃；

水质：

模拟现场补充水。

3.3静态碳酸钙沉淀法

3.3.1实验条件：

温度：

45±1℃；

水质：

模拟现场补充水。

3.3.2实验方法：

实验采用静态碳酸钙沉淀法，模拟现场的补充水1000ml中加入不同浓度的药剂，放置水浴锅中进行浓缩，加热静置20小时后，计算其阻垢率。

阻垢率（％）＝（C－B）／（A－B）×100％

式中：

A－实验前水样中Ca2+浓度（mg/l）

B－实验后空白水样中Ca2+浓度（mg/l）

C－实验后水样中加药Ca2+浓度（mg/l）

3.3.3实验数据：

JP－302C加药浓度（ppm）

阻垢率（％）

15

90．8

25

98．8

实验结论：

投加JP-302C浓度为25PPM时阻垢率可达98．8%

3.4缓蚀性能测定实验

3.4.1实验仪器和条件

实验仪器：

旋转挂片腐蚀实验仪

实验温度：

45±1℃

实验旋转转速：

120转／分

试片材质：

碳钢、不锈钢、铜

试片面积：

28cm2

3.4.2实验方法

3.4.2.1将按规定方法处理好的试片挂入一定浓缩倍数的实验水样中，在恒温水浴条件下，以120转／分转速旋转试片，96h后将试片从水中取出。

按规定方法将其处理后，测其重量变化，按下面的公式计算其腐蚀速率：

腐蚀速率＝87600•••••••W/（S•p•T）mm/a

式中：

W－试片的失重g

S－试片的总表面积cm2

P－试片材质的密度g/cm3

T－实验时间h

3.4.2.2实验前试片的处理

用砂纸将试片打磨光亮至无明显的划痕，然后用金相砂纸对其抛光，光洁度达到8－9。

用蒸馏水冲洗，约15秒。

立即置于有无水乙醇的烧杯中用脱脂棉擦洗两遍。

将滤纸将试片包好，放在干燥器中，24h后称量待用。

3.4.2.3实验后试片的处理：

从实验水样中取出试片，放入盐酸洗液中（盐酸洗液为1000ml的1＋3盐酸中加入5克六次甲基四胺），浸洗约2至3分钟，同时做酸洗空白。

用蒸馏水冲洗，约15秒。

立即置于有无水乙醇的烧杯中用脱脂棉擦洗两遍。

将试片放在干净滤纸上，用冷风吹干。

用滤纸将试片包好，放在干燥器中，24h后称重待用。

3.4.2.4实验数据（实验时间t=96h）

试验配方

腐蚀速率 mm/a

碳 钢

铜

不锈钢

JP-303B  10mg/l

0.152

0.0042

0.0056

JP-303B 15mg/l

0.0726

0.0035

0.0038

JP-303B20mg/l

0.0524

0.0030

0.0031

JP-303B 25mg/l

0.0232

0.0030

0.0011

空 白

0.357

0.0106

0.0027

从上表可以看出，JP-303B 投加25mg/l，腐蚀得到很好的控制，低于GB50050-27规定，能适合贵公司循环冷却水处理要求。

4.杀菌试验

   微生物繁殖、粘泥滋生是循环冷却水产生的三大危害之一，通过合理的杀菌剂投加能有效地控制微生物繁殖。

杀菌剂一般分为二大类型：

一类为氧化性杀生剂，一类为非氧化性杀生剂。

液氯是最为常用的氧化性杀生剂，由于贵厂现场设计加氯装置，建议采用非氧化型杀菌剂JP-402，JP-403杀生剂，具有广谱、杀菌速度快等特点。

非氧化性杀生剂不仅对各类微生物有良好的杀灭作用，还对生物粘泥具有良好的剥离作用。

由于非氧化性杀生剂的使用浓度高，从经济运行角度考虑为二种交替投加。

4.1杀菌试验结果

JP-402：

浓度mg/l

细菌总数个/mL

杀灭率（%）

0

6.3×105

/

40

2.9×105

54.0

60

1.7×105

73.0

80

6.1×104

90.3

100

2.6×102

98.8

JP-403：

浓度mg/L

细菌总数个/mL

杀灭率（%）

0

5.9×105

/

40

1.7×105

71.2

60

4.1×104

93．1

80

2.4×102

94.4

100

2.1×102

99.4

4.2杀菌灭藻剂衰变试验：

JP-402衰变曲线如下图

JP-403衰变曲线如下图

从图中结果可知JP-402投加100mg/L48h后，其杀生率仍然维持在95％以上。

JP-403投加100mg/L48h后杀菌率也可维持在95%以上。

4.3杀菌灭藻剂与阻垢缓蚀及相互影响试验

杀菌灭藻剂不仅要有较好的杀菌效果，低毒广谱，而且还与一起使用的阻垢缓蚀剂无相互影响。

为此，我们将100mg/LJP-402和100mg/JP-403与筛选出的阻垢缓蚀剂25mg/JP-303B进行交替使用，放置模拟水中，测定阻垢率、缓蚀率和杀菌率。

实验数据为：

药剂名称

使用

浓度

阻垢率

（%）

碳钢腐蚀率（mm/a）

黄铜腐蚀率（mm/a）

杀菌率

（%）

JP-402

100mg/L

98.8

0.051

0.003

98.8

JP-303B

25mg/L

0.038

0.001

JP-303B

25mg/L

98.8

0.052

0.003

99.4

JP-403

100mg/L

0.022

0.001

从试验数据来看，同时添加杀菌灭藻剂与阻垢缓蚀剂，相互互不影响，都不降低药剂效果。

因现场与试验条件有一定区别，为保证杀菌效果，建议现场采用100mg/JP-402和100mg/JP-403交替采用冲击式投加方法使用，每周加1次。

5.添加我厂药剂对环境的影响

人口、资源、环境与发展是当今世界关注的焦点，这些问题有着密切的联系。

人口增加是有限的资源加速消耗，同时带来大气、水体、地表环境的污染。

近年来，工业发达国加紧了环境公害的治理，尤其是水环境的治理。

我国近年来，对环境的保护意识也渐渐加强，已由宣传转为法制管理，加强所有一切排放污水、废水的企事业单位必须执行国家制定标准GB8978—96《污水综合排放标准》的管理，对有显著污染的行业还必须执行特定的工业污水排放标准，如钢铁行业必须执行的GB13456—92《钢铁工业水污染物排放标准》。

本方案筛选的我厂生产的阻垢缓蚀剂采取目前我国推广的有机磷低磷系列，主要由膦羧酸聚合物、有机多元膦酸和磺酸盐多元共聚物为主要成分组成，含磷较低，属于低磷配方，药剂中完全不含有对人体和环境有害的恶物质，如铬酸盐等，杀菌灭藻剂也不含有五氯酚钠等对人体有害的物质。

本药剂加入循环水中，循环水的排放完全符合GB13456—92《钢铁工业水污染物排放标准》的要求指标的要求。

GB8978—96《污水综合排放标准》中作为二类污染物的磷酸盐在排人蓄水性河流和封闭性的水域时有控制，对于排入城镇下水道进入二级污水处理厂进行生物处理的污水不作要求。

但磷酸盐存在富营养问题，日益也被人们所重视，我厂生产的阻垢缓蚀剂含磷较低，循环水排放时，仅作为钢铁公司污水排放时的一部分，所以说在循环水中阻垢缓蚀剂的使用是符合环保要求的。

6.实验结论

本实验所用水质是模拟现场补充水，实验过程控制也是与现场情况基本一致，因此其数据的指导意义较大。

综合以上性能测定实验来看，JP-303BC能满足高炉冷却循环水水质处理要求，保证系统在较好的状态下运行。

现场将药剂加药量初步控制为25mg/L时缓蚀阻垢效果最好。

因为有机膦酸在水溶液中可离解出H+和酸根离子，故能和多种金属形成五元环、六元环等形式的络合物，其化学性质十分稳定。

本次实验充分考虑杀菌灭藻剂对水稳剂的影响，氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂均采用间断式冲击投加。