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1、冷冻盐水缓蚀剂的研究与应用第l1卷第4期兰化科技冷冻盐水缓蚀剂的研究与应用3一岳建忠(兰化合成橡胶厂)工辩问题.一,关薯词:堡壁璧芒笪篱铬酸盐殳露一一.甘/兰化合成橡胶厂水冷车间提供一12C冷冻盐水中Cl一含量高达1O19,加之盐水输送过程中对管道及换热器的冲刷作用,加重了盐水管道和换热设备的腐蚀.现场情况的调查发现,盐水对碳钢设备的腐蚀率为0.3O.5mm/a,盐水管道经常固腐蚀穿孔,发生盐水泄漏现象,影响盐水系统的正常运行,也给生产车间带来较大经济损失.为此我们开展了盐水缓蚀实验工作,研制出缓蚀作用强,药品用量少,价格便宜的盐水缓蚀剂.1冷冻盐水对设备的腐蚀机理冷冻盐水对碳钢设备的腐蚀既有
2、电化学腐蚀也有化学腐蚀.在腐蚀开始时,表现为一种全面的均匀腐蚀,其反应式为:阳极:FeFe一+2e阴极:O2+2H20+4e一4oH一随着腐蚀过程的发生,在换热设备和盐水管线的局部滞留区,由于滞留作用使传质困难,外界的氧气不能传入,而滞留区内的氧很快被消耗形成贫氧区,阻止此区的阴极氧还原反应,阳极反应产物Fe则很难出去,在滞留区内大量积聚生成高浓度的FeC1.溶液,水解后此区域pH值下降,成为酸化区,导致化学腐蚀速度加快,盐水对碳钢设备的某些部位产生严重的局部腐蚀,如点蚀,隙缝腐蚀等.现场调查中发现的盐水管道泄漏现象,就是高氯离子点蚀作用的结果.2冷冻盐水缓蚀试验2.1冷冻盐水水质情况及系统特
3、点橡胶厂水冷车间14工段一l2冷冻盐水水质情况如下:Cl含量:100,00Oppm190,000ppmCa含量:55000ppm85000ppmMg含量:忽略不计pH值:7.58.4此系统主要特点是Ca和cr含量高,水质偏碱性,腐蚀性强.2.2试验药剂:针对盐水系统特点,为开发出耐氯性能优良的盐水缓蚀配方,我们在旋转腐蚀挂片仪上,采用碳钢试片,对具有不同缓蚀性能的水稳剂做了大量的筛选工作,其中包括钝化膜型缓蚀剂:铬酸盐,亚硝酸盐,钨酸盐;沉淀膜型缓蚀剂:聚磷酸盐,锌盐以及有机膦酸盐兰化科技1993年12月H2一DP,ATMP,PC一603等多种缓蚀药剂.在筛选过程中我们发现,任何一种药剂单一使
4、用在盐水系统中,不仅投加量很大,而且缓蚀效果不理想.如果两种或多种具有不同缓蚀效果的药剂复合使用,则缓蚀效果很好.经过对上述众多药剂的复配筛选,我们得出铬酸盐,锌盐和硅酸盐复合使用,对冷冻盐水具有很好的抗蚀性能.下面就对这三种药剂进行重点考察试验.2.3试验条件试验装置:旋转腐蚀挂片仪试验用水:水玲车间14工段一12冷冻盐水试验温度:常温试验时间:72小时试验转速:95转/分(线速度:1米/秒)试验试片:2o碳钢试片3试验结果与讨论3.1腐蚀牢比较Na2SiO3,Zn,Na2Cr2O三药剂复配试验,腐蚀率比较结果见表1.衰1腐蚀率比较药剂配比腐蚀率(ram/a)空白0.4783Na2sj031
5、0appm00951Na2sj0a+乙10appmbppm0.0897Na2SiO3+8appm:bppm0.0766Na2SiOs+Zppmppm0.1378Na?S0s+Z抖+Na2cr2O75appm;bppmcppm00348Na2Sa+Z+Na2Cr2OT4appmbppmcppm0.0410Na2SiO3十+N2Cr2O73appm;bppmcppm0,071lNa2S0s+Z+N2Cr20T2appm;b/Sppmc/1ppm0,0785由表1可知,NaSiO单独与Zn复配,有一定的缓蚀佛同效应,其腐蚀率比单一使用NasiO要低,但效果不明显.当Na2SiO3,Zn,Na2Cr2
6、O三者复合使用,则协同效应明显增强,腐蚀率急剧下降.这主要是因为zn和NaSiO.均是沉淀膜型缓蚀剂,当它们复配时,与金属结合不太紧密.而NaCrO是一种钝化膜型缓蚀剂,它单独使用时在金属表面形成一层薄而致密的保护膜且与金属结合紧密,因此它的加入改变了金属表面膜的特性,提高了膜抵抗cr渗入的能力,因而缓蚀效果明显增加.上述三药剂中,NaSiO是一种较成熟的缓蚀剂,它不但与zn复合使用有较好的缓蚀效果,而且无毒,价格低廉.适当提高它的投加量不会使成本增加和危害环境.zn与NaCrO虽有很好的缓蚀作用,但两者有一定的毒性.,一根据我国对工业用水的排放标准规定:Zn<5ppm,Cr<0.
7、5ppm.因此在确保缓蚀效果的前提下,试验结果确定Zn投入量为bppm,Na:Cr2O投入量为cppm(其中cr含量为0.397ppm为宜).3.2不同pH值下三元配方的缓蚀性能将玲冻盐水调成不同pH值考察复合配方对盐水的抗蚀性能,结果见表2.第1l卷第4期兰化科技裹2不同pH位下量舍配方鹰蚀率比较试验号123盐水pH5.06O7.08.000腐蚀率0.38560.34550.1035009870.1771(mm/a)*试验配方为Na2SiOa:Zn抖INar0=(25)aIbc由表2可见,在pH值为78时,缓蚀效果最好.pH值增高,会引起Zn的沉积,阻碍阴极缓蚀作用的发挥.pH值太低,溶液呈
8、酸性,加速cI对膜的侵蚀,降低了NaSiO.的抗蚀性能,最终导致缓蚀效果差,腐蚀率增高.据检测,水冷车间冷冻盐水的pH值为7.58.4,正处于此复合配方要求的最佳区间,药剂效果将不会受影响.3.3药量衰减试验为保证盐水缓蚀药剂对碳钢试片的持续保护作用,盐水中必须要有一定浓度的缓蚀剂,当药剂浓度降低到一定程度时,其抗蚀性能必然明显下降.我们在旋转挂片仪上,对Na:SiO;,Zn,NaCrO的药量衰减作了定时分析,结果见图1,图2.54-盲宝0蔼橱2时问(h)圉1zn噩Nat207舍囊藏曲线从圉1,图2可以看出zn的药剂量随运转时间延长而衰减缓慢,当运转至72小时盐水中仍有3ppmZnNa:SiO
9、.药剂衰减速度较Zn为快,72小时检测仅剩余8ppm而NaCrO药剂的衰减则呈直线下降趋势,当运转至72小时已消耗完毕.因此,在实际运行中.为维持盐水中含有一定浓度的缓蚀剂,保证缓蚀效果,必须定时进行药剂含量的分析,以便及时补充药剂用量.时间(h)圉2Na28iO$吉量囊蠢曲线3.4最佳配方的选择由上述实验结果,我们得知NaSiO,Zn,NaCrzO三药剂复合使用时可延缓冷冻盐水对设备和管道的腐蚀作用.在确保缓蚀效果的前提下,我们考虑到经济效益和环保要求,推荐以下配方供生产试用Na2SiO32a一5appmZn4/5bbppmNa2Cr2O71/2ccppm4冷冻盐水缓蚀剂工业应用试验4.1现
10、场挂片监澳0冷冻盐水缓蚀剂在14工段投入使用后,为考核其实际应用效果,我们在试验现场挂入检测试片.分期分批进行腐蚀率测定,测定数据见表3.兰化科技衰3现场挂片庸蚀蕞牢测定试验中的缓蚀能力进行对比,结果见表4.监测时间挂片材质试片失重腐蚀率批号(天)(钼)(g)(mm/a)I3520OO162o.ol25第一批6820o.oz840.00929o20o.o281o.oo72272o0.008500076第二批7220003110.010227ICr18N】9000010.0001注:失重担腐蚀率数据均取平均值从表3可以看出,盐水现场碳钢监测挂片的最高腐蚀率仅为0.0125,远远低于石化总公司0.
11、125mm/a的腐蚀率指标,不锈钢监测试片中的腐蚀率为0.0001mm/a,亦低于0.005mm/a的腐蚀率指标4.2现场设备检景情况冷冻盐水缓蚀剂自1992年2月份在工业盐水中应用以来,各车间反应情况良好,设备运行正常.1992年7月底水冷车间停车检修,我们对试验现场盐水蒸发器内的碳钢蛇管进行检查.检查结果是:蛇管外表面无腐蚀,无锈瘤,无结垢,外表非常光精.另外,从现场工业盐水的外观观察,加药前,盐水非常浑浊并呈深红色,加药运行一段时间.盐水浓度明显降低,颜色逐渐变为浅红色.这是由于系统投加缓蚀剂后.冷冻盐水对设备的腐蚀明显减轻而使盐水中铁离子含量显着下降所致.4.3缓蚀效果对比为进一步了解
12、盐水缓蚀剂在不同试验条件下的缓蚀效果,现将其在小试研究和工业寰4不同试验条件下复台缓蚀荆的蠼蚀鼓果小试研究工业试验空白盐水o.4o5系统投药前o.3o.5加药盐水o.04o.05系统投药后<O.oi25从表4得知.复合盐水缓蚀剂在工业试验中的缓蚀效果比在小试研究中显示的缓蚀效果优异得多.盐水系统在投药前,现场挂片的腐蚀率0.3O.5mm/a;系统投药后,现场挂片的腐蚀率明显下降,试片腐蚀率只有投药前的1/30-1/505结论a.三元复合冷冻盐水缓蚀剂,经工业试验证明,抗氯离子腐蚀性能好,缓蚀作用强,现场应用效果显着.b.缓蚀药剂用量少,使用简便,溶易进行工业控制.c.药剂货源充足易得,价格低廉.d.该复合缓蚀剂投入工业应用,可给橡胶厂带来一定的直接和间接经济效益,对保证化工生产安,稳,长,满,优具有重要意义.参考文献:1工业水处理,1983,(2):14.2棘寿昌工业冷却水处理技术,化学工业出版社】984=108.
