1 引　言

冷卻(que)水系(xi)(xi)統(tong)在(zai)(zai)運行(xing)過(guo)程(cheng)中,會(hui)(hui)有水垢(gou)(包(bao)(bao)括(kuo)各種鈣(gai)垢(gou),主要(yao)是CaCO3)和污垢(gou)(包(bao)(bao)括(kuo)淤泥,鐵銹和生物(wu)膠泥等(deng))沉(chen)積在(zai)(zai)碳鋼設(she)備(bei)傳熱(re)管的(de)(de)表面上(shang)(shang)。隨著運行(xing)時(shi)間的(de)(de)延(yan)續,上(shang)(shang)述沉(chen)積物(wu)不斷增厚,嚴重(zhong)時(shi)甚至會(hui)(hui)引起(qi)管道(dao)堵塞。沉(chen)積物(wu)的(de)(de)存在(zai)(zai)不僅會(hui)(hui)影響換熱(re)器(qi)的(de)(de)傳熱(re)效(xiao)率,而且(qie)會(hui)(hui)產生垢(gou)下腐蝕(shi)(shi)[1],最終導致熱(re)交器(qi)鋼管穿孔(kong)。因此,為保證冷卻(que)水系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)正常運行(xing)和延(yan)長碳鋼設(she)備(bei)的(de)(de)使用壽(shou)命(ming)必須進行(xing)水處理(li),以起(qi)到(dao)緩(huan)蝕(shi)(shi)、阻垢(gou)和殺菌滅藻的(de)(de)作(zuo)用。碳鋼設(she)備(bei)的(de)(de)清(qing)(qing)洗(xi)是實施水處理(li)的(de)(de)重(zhong)要(yao)環節(jie),傳熱(re)管表面上(shang)(shang)的(de)(de)沉(chen)積物(wu)如不清(qing)(qing)洗(xi)干(gan)凈,使用的(de)(de)水處理(li)劑將無(wu)法(fa)在(zai)(zai)鋼管表面形(xing)成有效(xiao)的(de)(de)保護膜,本工作(zuo)對一種專用的(de)(de)高效(xiao)多功能清(qing)(qing)洗(xi)劑ZF型清(qing)(qing)洗(xi)劑及(ji)其(qi)作(zuo)用機理(li)進行(xing)試驗研究。

2 實　驗

2.1　清(qing)洗(xi)速度的測定用(yong)工(gong)廠(chang)提供的循(xun)環冷卻水系統碳鋼(gang)設(she)備(bei)的實際試樣浸泡在ZF型清(qing)洗(xi)劑中,在常溫和(he)靜態的條件下,觀(guan)察試樣表面(mian)沉積(ji)物的去(qu)除情況,記錄不同試樣清(qing)洗(xi)干凈(jing)所需時間。

2.2　緩蝕(shi)率的測(ce)定采用失重(zhong)法(fa)和極化(hua)(hua)曲線(xian)法(fa)測(ce)定復(fu)合緩蝕(shi)劑的緩蝕(shi)效率。實驗(yan)介(jie)質為(wei)(wei)含31%的工(gong)業(ye)鹽酸500ml/L和ZF型(xing)清(qing)洗劑。實驗(yan)材料為(wei)(wei)Ｑ235鋼。失重(zhong)法(fa)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)規格(ge)為(wei)(wei)5.0cm×2.50cm×0.15cm,表面積為(wei)(wei)27.25cm2。極化(hua)(hua)曲線(xian)法(fa)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)表面積為(wei)(wei)1cm2。所用試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)均(jun)經(jing)金(jin)相砂紙逐級打磨,再經(jing)自(zi)來水(shui)、無水(shui)酒精清(qing)洗、冷風吹干(gan),置入干(gan)燥器中(zhong)(zhong)備用。(1)失重(zhong)法(fa)　試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)經(jing)稱重(zhong)后在(zai)實驗(yan)介(jie)質中(zhong)(zhong)浸泡23H。取(qu)出的試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)按照GB6348—86方法(fa)處理、稱重(zhong),然后按式(shi)(1)計算緩蝕(shi)率ＥＥ(%)=VO-VCVO×100(1)式(shi)中(zhong)(zhong)　VO———試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)在(zai)31%的工(gong)業(ye)鹽酸500ml/L中(zhong)(zhong)的腐蝕(shi)率,μm/avc———試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)在(zai)ZF型(xing)清(qing)洗劑中(zhong)(zhong)的腐蝕(shi)率,μm/a(2)極化(hua)(hua)曲線(xian)法(fa)　試(shi)(shi)驗(yan)在(zai)CHIM605電(dian)化(hua)(hua)學綜合測(ce)試(shi)(shi)系統上進行(xing),用鉑(bo)電(dian)極作為(wei)(wei)輔助電(dian)極,用飽和甘汞(gong)電(dian)極作為(wei)(wei)參比電(dian)極。

3　結果與討論

3.1　ZF型(xing)清(qing)洗劑(ji)(ji)的主(zhu)要特(te)點ZF型(xing)清(qing)洗劑(ji)(ji)的化學組成和技術指標(biao)見(jian)表(biao)1、2。

ZF型清洗劑的主要特(te)點：

(1)具有多種(zhong)功能,可一次(ci)性將成分復(fu)雜的沉積物(wu)除凈。

(2)清洗(xi)速度快,清洗(xi)表面質(zhi)量好,具有活性(xing),有利于水處理(li)劑在其(qi)表面形(xing)成(cheng)有效保護(hu)膜(mo)。

(3)緩蝕效率高,對碳鋼設(she)備的腐(fu)蝕性(xing)很小。

(4)操作安全簡便,溶液(ye)容(rong)易配制和調(diao)整。

(5)常溫使用,節約能(neng)源。

(6)原材料價廉易得,清洗成本(ben)低。

3.2　ZF型清(qing)洗劑的作用機理分析

3.2.1　鹽酸(suan)鹽酸(suan)是ZF型(xing)清洗劑的(de)主劑。它依靠化(hua)學溶解和機械剝離(li)除(chu)去沉(chen)積物(wu)中的(de)CaCO3、Ca3PO4和氧化(hua)鐵一類的(de)腐蝕產物(wu)。

(1)化學溶解　

由(you)于鹽酸與上述物(wu)質反(fan)應生成可溶性的并(bing)且溶解度(du)很大(da)的金屬氯化物(wu),因(yin)此,鹽酸對CaCO3、Ca3(PO4)2和氧(yang)化鐵一類腐蝕產物(wu)特別有效(xiao)。即CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2↑(1)Ca3(PO4)2+6HCl→3CaCl2+2H3PO4(2)Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O(3)Fe3O4+8HCl→2FeCl3+FeCl2+4H2O(4)FeO+2HCl→FeCl2+H2O(5)2FeCl3+Fe→3FeCl2(6)　　

(2)機械剝離　

鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)與(yu)基(ji)體鐵反(fan)應產(chan)生的(de)(de)H2可(ke)(ke)達1個大氣壓,從而把水垢和銹(xiu)(xiu)層剝離下(xia)來。Fe+2HCl→FeCl2+H2↑(7)　　鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)與(yu)碳酸(suan)(suan)(suan)(suan)鈣反(fan)應很快,但(dan)對于(yu)銹(xiu)(xiu)蝕產(chan)物而言,盡管鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)除(chu)銹(xiu)(xiu)速(su)度(du)(du)(du)(du)在(zai)同(tong)濃度(du)(du)(du)(du)和同(tong)溫度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)條件下(xia)是硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)1.5～2倍,在(zai)各種(zhong)酸(suan)(suan)(suan)(suan)洗藥品中,鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)是首選(xuan)的(de)(de)一(yi)種(zhong),但(dan)對鐵銹(xiu)(xiu)的(de)(de)溶解速(su)度(du)(du)(du)(du)仍然(ran)較慢。鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)除(chu)銹(xiu)(xiu)速(su)度(du)(du)(du)(du)與(yu)其(qi)濃度(du)(du)(du)(du)有(you)關。由圖1[2]不難看出:在(zai)20℃時(shi),鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)濃度(du)(du)(du)(du)在(zai)15%～20%的(de)(de)范(fan)圍內,除(chu)銹(xiu)(xiu)速(su)度(du)(du)(du)(du)最快。作者把工業鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(含HCl31%)稀(xi)釋一(yi)倍,其(qi)溶液的(de)(de)鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)濃度(du)(du)(du)(du)正好落在(zai)除(chu)銹(xiu)(xiu)速(su)度(du)(du)(du)(du)最快的(de)(de)范(fan)圍內。繼續提(ti)高(gao)鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)濃度(du)(du)(du)(du)不僅無(wu)益(yi),反(fan)而有(you)害。這是由于(yu)鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)易(yi)揮發,產(chan)生的(de)(de)酸(suan)(suan)(suan)(suan)霧會腐蝕周圍的(de)(de)設備(bei)。由圖1還可(ke)(ke)以看出:提(ti)高(gao)鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)溶液溫度(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)以大幅(fu)度(du)(du)(du)(du)提(ti)高(gao)除(chu)銹(xiu)(xiu)速(su)度(du)(du)(du)(du)。然(ran)而溫度(du)(du)(du)(du)太高(gao),也會使(shi)鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)揮發。因此鹽(yan)酸(suan)(suan)(suan)(suan)溶液的(de)(de)溫度(du)(du)(du)(du)最好控制在(zai)20～40℃為宜。

3.2.2　氟(fu)化(hua)鈉(na)(na)鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)對(dui)硅(gui)(gui)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)垢(gou)的(de)(de)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)效果(guo)較(jiao)差。這(zhe)是(shi)由(you)于鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)與(yu)硅(gui)(gui)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)垢(gou)反應(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)氯化(hua)鈣和(he)硅(gui)(gui)酸(suan),硅(gui)(gui)酸(suan)是(shi)一種不溶(rong)(rong)于水或(huo)酸(suan)(HF除外)的(de)(de)凝(ning)膠狀沉(chen)淀物(wu),阻(zu)礙Ca2+進入溶(rong)(rong)液(ye)(ye),即(ji)CaSiO3+2HCl→CaCl2+H2SiO3↓(8)　　在鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)加入適量的(de)(de)氟(fu)化(hua)鈉(na)(na)能提高清(qing)(qing)洗(xi)(xi)劑(ji)對(dui)硅(gui)(gui)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)垢(gou)和(he)氧化(hua)鐵(tie)的(de)(de)去除能力。F-半徑特(te)別小(xiao)(xiao),負電(dian)性大(da),由(you)于靜電(dian)吸引(yin)作用(yong),易與(yu)體積小(xiao)(xiao)的(de)(de)多價正(zheng)離子(zi)形成(cheng)(cheng)穩定的(de)(de)絡(luo)(luo)陰(yin)(yin)離子(zi)[SiF6]2-和(he)[FeF6]3-,即(ji)NaF+HCl→HF+NaCl(9)CaSiO3+6HF→Ca2++[SiF6]2-+3H2O(10)Fe2O3+12HF→6H++2[FeF6]3-+3H2O(11)　　[SiF6]2-與(yu)Ca2+構成(cheng)(cheng)絡(luo)(luo)合(he)(he)(he)物(wu)CaSiF6[3],CaSiF6可溶(rong)(rong)于鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)或(huo)氫氟(fu)酸(suan),從(cong)而(er)(er)把硅(gui)(gui)酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)垢(gou)和(he)氧化(hua)鐵(tie)從(cong)沉(chen)積物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)除去。這(zhe)就是(shi)鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)結合(he)(he)(he)絡(luo)(luo)合(he)(he)(he)劑(ji)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)提高了清(qing)(qing)洗(xi)(xi)劑(ji)的(de)(de)除垢(gou)效率。此外,氟(fu)化(hua)鈉(na)(na)還具有(you)一定緩(huan)蝕(shi)(shi)作用(yong)。由(you)表3和(he)圖2中(zhong)(zhong)(zhong)不難發現:在含烏(wu)洛托品和(he)硫脲的(de)(de)鹽(yan)(yan)(yan)酸(suan)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(2#溶(rong)(rong)液(ye)(ye))中(zhong)(zhong)(zhong)添加氟(fu)化(hua)鈉(na)(na)(3#溶(rong)(rong)液(ye)(ye))后,其試(shi)(shi)樣的(de)(de)陽(yang)(yang)極(ji)(ji)極(ji)(ji)化(hua)曲線(xian)(xian)3＇較(jiao)之2#試(shi)(shi)樣下移(yi)幅度較(jiao)大(da),而(er)(er)陰(yin)(yin)極(ji)(ji)極(ji)(ji)化(hua)曲線(xian)(xian)3變化(hua)甚微(wei)(wei),說明(ming)氟(fu)化(hua)鈉(na)(na)的(de)(de)引(yin)入具有(you)一定的(de)(de)陽(yang)(yang)極(ji)(ji)抑制作用(yong),試(shi)(shi)樣的(de)(de)緩(huan)蝕(shi)(shi)率從(cong)90.0%提高至(zhi)94 7%。其原(yuan)因可能是(shi)陽(yang)(yang)極(ji)(ji)反應(ying)產物(wu)Fe2+被溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)(rong)解O2氧化(hua)成(cheng)(cheng)Fe3+,繼而(er)(er)Fe3+與(yu)F-絡(luo)(luo)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)穩定的(de)(de)絡(luo)(luo)陰(yin)(yin)離子(zi)[FeF6]3-,[FeF6]3-帶(dai)(dai)負電(dian),易被吸附在帶(dai)(dai)正(zheng)電(dian)的(de)(de)微(wei)(wei)電(dian)池陽(yang)(yang)極(ji)(ji)上,而(er)(er)起到陽(yang)(yang)極(ji)(ji)抑制作用(yong)。

3.2.3　OP乳(ru)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)鹽(yan)酸溶(rong)液對油(you)(you)(you)(you)脂和微生物生成的(de)(de)(de)膠(jiao)狀物質(zhi)的(de)(de)(de)清(qing)洗效果(guo)很差(cha)。為(wei)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)散(san)(san)上述沉(chen)積物,在(zai)鹽(yan)酸溶(rong)液中(zhong)加入(ru)適(shi)量非(fei)離子型表(biao)面(mian)活性(xing)劑(ji)OP乳(ru)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)。OP乳(ru)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)是一種非(fei)離子表(biao)面(mian)活性(xing)劑(ji),其分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子中(zhong)既有(you)(you)親油(you)(you)(you)(you)基,又有(you)(you)親水基。親油(you)(you)(you)(you)基被油(you)(you)(you)(you)層(ceng)所吸(xi)(xi)附,親水基朝向水溶(rong)液。分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子定(ding)向排列的(de)(de)(de)結果(guo),使(shi)其表(biao)面(mian)張力降低,油(you)(you)(you)(you)層(ceng)破裂,分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)散(san)(san)開來(lai)。OP乳(ru)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)具(ju)有(you)(you)很好的(de)(de)(de)濕潤(run)(run)性(xing)、滲透性(xing)和擴散(san)(san)性(xing)。其分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子滲入(ru)油(you)(you)(you)(you)層(ceng)底部(bu),將(jiang)油(you)(you)(you)(you)層(ceng)剝離下來(lai)。然(ran)后OP乳(ru)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子將(jiang)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)散(san)(san)的(de)(de)(de)油(you)(you)(you)(you)質(zhi)點包(bao)圍起來(lai),形成牢固(gu)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附層(ceng),分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)散(san)(san)在(zai)溶(rong)液中(zhong),從而把油(you)(you)(you)(you)脂和膠(jiao)狀物質(zhi)從污垢中(zhong)除去。此外,由(you)于OP乳(ru)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)具(ju)有(you)(you)良好的(de)(de)(de)浸(jin)潤(run)(run)性(xing),加強了酸洗液與垢的(de)(de)(de)接觸,從而提高了除垢的(de)(de)(de)速度。OP乳(ru)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)引入(ru)還能降低碳鋼的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)張力,使(shi)反(fan)應(7)產生的(de)(de)(de)氫氣更(geng)易逸(yi)出,避免發生氫脆現象。

3.2.4　烏(wu)(wu)洛(luo)(luo)托(tuo)品和硫脲鹽酸(suan)(suan)(suan)是一種強(qiang)酸(suan)(suan)(suan),對碳(tan)鋼(gang)設備有(you)很強(qiang)的腐蝕(shi)性,為避免過(guo)蝕(shi)現象,作者選用烏(wu)(wu)洛(luo)(luo)托(tuo)品、硫脲和磷酸(suan)(suan)(suan)等作為復合(he)緩蝕(shi)劑。烏(wu)(wu)洛(luo)(luo)托(tuo)品N4(CH2)6分子(zi)(zi)中存在4個(ge)雜化(hua)原(yuan)子(zi)(zi)N,硫脲(NH2)2CS分子(zi)(zi)中具有(you)2個(ge)雜化(hua)原(yuan)子(zi)(zi)N和一個(ge)雜化(hua)原(yuan)子(zi)(zi)S,因(yin)此它們可(ke)以與碳(tan)鋼(gang)表面(mian)Fe(OH)2膜中的Fe2+或是基(ji)體上(shang)(shang)的鐵原(yuan)子(zi)(zi)絡合(he),直接吸(xi)附(fu)在碳(tan)鋼(gang)表面(mian)上(shang)(shang),抑制陰(yin)極(ji)(ji)反(fan)應(ying)。這可(ke)從(cong)極(ji)(ji)化(hua)曲線的測量得(de)到印(yin)證(zheng)(見圖2)。在鹽酸(suan)(suan)(suan)溶液中加(jia)入烏(wu)(wu)洛(luo)(luo)托(tuo)品8g/L和適量的硫脲后(hou),其(qi)試樣(yang)(yang)的陰(yin)極(ji)(ji)極(ji)(ji)化(hua)曲線2較之空白試樣(yang)(yang)大(da)幅度下(xia)移,而陽極(ji)(ji)極(ji)(ji)化(hua)曲線2＇下(xia)移幅度很小,另者2#試樣(yang)(yang)的自腐蝕(shi)電位E2較之空白試樣(yang)(yang)E1也負移,體現出陰(yin)極(ji)(ji)型緩蝕(shi)劑的基(ji)本特(te)征[4]。

3.2.5　磷(lin)酸(suan)(suan)在鹽酸(suan)(suan)溶液中加入85%的(de)(de)磷(lin)酸(suan)(suan)6ml/L,可以提高(gao)除(chu)銹(xiu)的(de)(de)速度。因為(wei)磷(lin)酸(suan)(suan)能與鐵(tie)銹(xiu)反(fan)應生成(cheng)可溶性的(de)(de)磷(lin)酸(suan)(suan)二氫鐵(tie)。例如FeO+2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2O(12)　　磷(lin)酸(suan)(suan)又是(shi)一種陽極(ji)型緩蝕劑(ji)。因為(wei)陽極(ji)反(fan)應產(chan)物Fe2+在溶解氧的(de)(de)協同作(zuo)用下(xia)與磷(lin)酸(suan)(suan)反(fan)應,生成(cheng)的(de)(de)FePO4沉積在碳鋼表(biao)面,抑制陽極(ji)反(fan)應,導致陽極(ji)極(ji)化(hua)曲線5＇比陰極(ji)極(ji)化(hua)曲線5相對(dui)于4#試樣下(xia)移幅度較大(da)(見(jian)圖2),其緩蝕率相應上升(見(jian)表(biao)3)。即Fe3++PO3-4→FePO4↓(13)

4　結　論

(1)ZF型清洗(xi)劑(ji)具有多種功能,可一次(ci)把成(cheng)分復雜的沉積物(wu)除凈,清洗(xi)速度快、效果(guo)好、成(cheng)本低(di),對碳鋼(gang)腐蝕小,緩蝕率高達98.4%。

(2)ZF型(xing)清(qing)洗劑(ji)作用(yong)機(ji)理分析,對ZF型(xing)清(qing)洗劑(ji)的使用(yong)和研究(jiu)新(xin)型(xing)清(qing)洗劑(ji)都(dou)具有一定的參(can)考價(jia)值。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章