| （华北电力大学河北保定071003） 摘要：循环水冷却系统在运行过程中，在换热器的传热表面 会有各种沉积物沉积。其中，由于三氧化二铁沉积而引起的结垢 腐蚀尤其严重。氧化铁垢不仅妨碍传热，而且会产生垢下腐蚀， 受热金属慢慢变薄，继而穿孔，氧化铁垢容易在热负荷较高的部 位形成。更为严重的是，结垢与腐蚀并非相互独立，而是相互作 用和相互促进，这更加剧了对火电厂热力设备的损害。因此，分 析氧化铁垢和腐蚀的特点和影响因素并提出有效的对策，对火电 厂的安全经济运行具有十分重要的意义。 关键词：三氧化二铁；分散效果；结垢；腐蚀 前言 长期的实践使人们认识到热力系统中水的品质是影响发电 厂热力设备如锅炉、汽轮机等安全、经济运行的重要因素之一。 没有经过净化处理的天然水含有许多杂质，这种水如进入汽水循 环系统将会造成各种危害。一般将能够防止水垢和污垢产生或 者抑制其沉积生长的化学药剂统称为阻垢剂。阻垢剂在工业上 常用的形式主要有阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂两种。 目前，高温高压锅炉对补给水采取了二级脱盐处理，已经避 免了低压的那种以碳酸盐或硅酸盐为主要成分的结垢情况，而是 以氧化铁垢为主，氧化铁垢已经成为高温高压锅炉安全运行的最 大危害。因此，分析氧化铁垢和腐蚀的特点和影响因素并提出有 效的对策，对火电厂的安全经济运行具有十分重要的意义。 一、实验数据处理及分析 1.PAL 阻垢剂对氧化铁分散效果的研究 （1）PAL 阻垢剂浓度对氧化铁的分散效果 分别取50ml 铁标样于5 个150ml 锥形瓶中，并通入空气使其 充分氧化成氧化铁，之后依次加入0mg，0.01mg，0.02mg， 0.03mg，0.04mgPAL 阻垢剂，移入50ml 容量瓶，定容至50ml。 之后将5 个容量瓶移入80℃恒温箱中恒温16 个小时。16 个小时 后取出后冷去过滤，取出滤液测量吸光度。依据标准曲线计算出 铁样中铁的浓度，计算阻垢率，并以阻垢剂浓度为横坐标，阻垢率 为纵坐标作图。 图1 PAL阻垢剂浓度对氧化铁分散效果的影响 从图1 可以看出，随着PAL 阻垢剂浓度的增大，PAL 阻垢剂 的阻垢率先快速上升，当上升到55%时开始缓慢上升，稳定后接 近平缓的一条直线，阻垢率几乎不变。刚开始时，阻垢剂浓度远 小于铁离子浓度，阻垢剂能和铁离子充分反应，所以刚开始时，阻 垢率随阻垢剂浓度的增大而快速增大。当增大到一定值时，阻垢 剂与铁离子的反应接近于饱和，所以随着阻垢剂浓度的增大阻垢 率几乎不变。 （2）铁离子浓度对氧化铁的分散效果 分别取10ml，30ml，50ml，70ml 铁标样于4 个150ml 锥形瓶 中，加入适量去离子水，并通入空气使其充分氧化成氧化铁，之后 各加入0.02mgPAL 阻垢剂，移入50ml 容量瓶，定容至50ml。之 后将4 个容量瓶移入80℃恒温箱中恒温。16 个小时后取出，冷去 过滤，取滤液测量吸光度。依据标准曲线计算出铁样中铁的浓 度，计算阻垢率，并以铁离子浓度为横坐标，阻垢率为纵坐标作 图。 图2 铁离子浓度对氧化铁分散效果的影响 从图2 可以看出，随着铁离子浓度的增大，PAL 阻垢剂的阻 垢率一直下降，且下降的速率越来越快，稳定后无限接近平0。刚 开始时，阻垢剂浓度远大于铁离子浓度，阻垢剂能和铁离子充分 反应，铁离子几乎完全与阻垢剂反应，所以刚开始时，阻垢率最 大。当铁离子增大到一定值时，阻垢剂与铁离子的反应接近于饱 和，之后增加的铁离子将不予阻垢剂反应，所以随着铁离子浓度 的增加，未与阻垢剂反应的铁离子就越来越多，即阻垢率越来越 低。由图2 可以看出当PAL 阻垢剂浓度为4mg/L 时，最佳铁离 子浓度为100mg/L，因为当铁离子浓度低于100mg/l 时，阻垢率 降低速率很小，而当铁离子高于100mg/l，阻垢率下降速率很 快。从高效，经济的角度来看，当阻垢剂浓度为4mg/L，铁离子 浓度为100mg/l 时，既可以保证足够的阻垢率，又可以尽量减少 阻垢剂用量，从而达到高效，经济的目的。 （3）温度对氧化铁分散效果的研究 分别取50ml 铁标样于5 个150ml 锥形瓶中，加入适量去离子 水，并通入空气使其充分氧化成氧化铁，之后各加入0.02mgPAL 阻垢剂，移入50ml 容量瓶，定容至50ml。在将4 个容量瓶分别移 入20℃，40℃，60℃，80℃的恒温箱中恒温。16 个小时后取出冷 去过滤，取滤液测量测出吸光度。依据标准曲线计算出铁样中铁 离子的浓度，计算阻垢率，并以恒温温度为横坐标，阻垢率为纵坐 标作图。 从图3 可以看出，随着温度的升高，PAL 阻垢剂的阻垢率一 直下降，且下降的速率越来越慢，稳定后下降趋势几乎为零，阻垢 率稳定不变。PAL 阻垢剂的溶度积随温度的增高而降低。刚开 始时，温度低，阻垢剂完全融于溶液中，溶液中阻垢剂浓度最大， 由图1 可以看出，阻垢剂浓度越大，阻垢效果越好。所以刚开始 时，阻垢率最大。随着温度的升高，阻垢剂的溶度积变小，导致溶 液中的阻垢剂浓度降低，所以阻垢率降低。之后由于阻垢剂浓度 已经很小了，温度的增加对溶液中的阻垢剂浓度影响不大，所以 阻垢率稳定。由图可以看出，温度在40℃至60℃之间时，阻垢率 下降的很明显，所以，温度应维持在40℃之下。 （4）恒温时间对氧化铁分散效果的研究 分别取50ml 铁标样于4 个150ml 锥形瓶中，加入适量去离子 水，并通入空气使其充分氧化成氧化铁，之后各加入0.02mgPAL 阻垢剂，移入50ml 容量瓶，定容至50ml。之后将4 个容量瓶移入 80℃恒温箱中恒温。各分别恒温8，16，24，32 个小时后取出，冷 去过滤，取滤液测量测吸光度。依据标准曲线计算出铁样中铁的 浓度，计算阻垢率，并以恒温时间为横坐标，阻垢率为纵坐标作 图。 图4 恒温时间对氧化铁分散效果的影响 从图4 可以看出，随着恒温时间的延伸，PAL 阻垢剂的阻垢 率一直下降，且下降的速率越来越快。因为恒温时间越长，溶液 蒸发量也越来越大，阻垢剂的浓度和铁离子的浓度也越来越大， 但铁离子浓度的变化率大于阻垢剂浓度的变化率。所以铁离子 浓度增大对阻垢率的影响大于阻垢剂浓度增大对阻垢率的影响， 从而导致阻垢率降低。而且，恒温时间越长，已经阻垢剂和氧化 铁的络合物可能分散开，导致溶液中氧化铁含量，从而导致阻垢 率阻垢率降低。从图中可以看出，在恒温16 个小时之前，阻垢率 下降的很缓慢，16 小时之后，阻垢率下降趋势变快，考虑到高效， 经济等因素，恒温时间尽量维持在16 小时之前。循环冷却水系 统中，换水周期不要超过16 小时，这样既能保证足够的阻垢率， 又能避免频繁换水带来的经济损失。 2.ATMP 阻垢剂对氧化铁分散效果研究 （1）ATMP 阻垢剂浓度对氧化铁的分散效果的研究 分别取50ml 铁标样于5 个150ml 锥形瓶中，并通入空气使其 充分氧化成氧化铁，之后依次加入0mg，0.01mg，0.02mg， 0.03mg，0.04mgATMP 阻垢剂，移入50ml 容量瓶，定容至 50ml。之后将5 个容量瓶移入80℃恒温箱中恒温16 个小时。16 个小时后取出后冷去过滤，取出滤液测量吸光度。依据标准曲线 计算出铁样中铁的浓度，计算阻垢率，并以阻垢剂浓度为横坐标， 阻垢率为纵坐标作图。 图5 阻垢剂浓度对氧化铁分散效果的影响 从图5 可以看出，随着ATMP 阻垢剂浓度的增大，ATMP 阻 垢剂的阻垢率先快速上升，当上升到60%左右时开始缓慢上升， 稳定后接近平缓的一条直线，阻垢率几乎不变。刚开始时，阻垢 剂浓度远小于铁离子浓度，阻垢剂能和铁离子充分反应，所以刚 开始时，阻垢率随阻垢剂浓度的增大而快速增大。当增大到一定 值时，阻垢剂与铁离子的反应接近于饱和，所以随着阻垢剂浓度 的增大阻垢率几乎不变。由图5 可以看出ATMP 的最佳阻垢剂 浓度为4mg/l，因为当阻垢剂浓度大于4mg/l 时，阻垢率增加量 很小，几乎不变，从高效，经济的角度来看，阻垢剂为4mg/l 时，既 可以保证足够的阻垢率，又可以尽量减少阻垢剂用量，从而达到 高效，经济的目的。 （2）铁离子浓度对氧化铁的分散效果的研究 分别取10ml，30ml，50ml，70ml 铁标样于4 个150ml 锥形瓶 中，加入适量去离子水，并通入空气使其充分氧化成氧化铁，之后 各加入0.02mgPAL 阻垢剂，移入50ml 容量瓶，定容至50ml。之 后将4 个容量瓶移入80℃恒温箱中恒温。16 个小时后取出，冷去 过滤，取滤液测量吸光度。依据标准曲线计算出铁样中铁的浓 度，计算阻垢率，并以铁离子浓度为横坐标，阻垢率为纵坐标作 图。 图6 铁离子浓度对氧化铁分散效果的影响 从图6 可以看出，随着铁离子浓度的增大，ATMP 阻垢剂的 阻垢率一直下降。刚开始时，阻垢剂浓度远大于铁离子浓度，阻 垢剂能和铁离子充分反应，铁离子几乎完全与阻垢剂反应，所以 刚开始时，阻垢率最大。当铁离子增大到一定值时，阻垢剂与铁 离子的反应接近于饱和，之后增加的铁离子将不予阻垢剂反应， 所以随着铁离子浓度的增加，未与阻垢剂反应的铁离子就越来越 多，即阻垢率越来越低。由图6 可以看出当PAL 阻垢剂浓度为 4mg/l 时，最佳铁离子浓度为40mg/l，因为当铁离子浓度低于 40mg/l 时，阻垢率降低速率很小，而当铁离子高于40mg/l，阻垢 率下降速率很快。从高效，经济的角度来看，当阻垢剂浓度为 4mg/l，铁离子浓度为40mg/l 时，既可以保证足够的阻垢率，又 可以尽量减少阻垢剂用量，从而达到高效，经济的目的。 （3）温度对氧化铁分散效果的研究 分别取50ml 铁标样于4 个150ml 锥形瓶中，加入适量去离子 水，并通入空气使其充分氧化成氧化铁，之后各加入0.02mgPAL 阻垢剂，移入50ml 容量瓶，定容至50ml。之后将4 个容量瓶移入 80℃恒温箱中恒温。各分别恒温8，16，24，32 个小时后取出，冷 去过滤，取滤液测量测吸光度。依据标准曲线计算出铁样中铁的 浓度，计算阻垢率，并以恒温时间为横坐标，阻垢率为纵坐标作 图。 图7 温度对氧化铁分散效果的影响 从图7 可以看出，随着温度的升高，ATMP 阻垢剂的阻垢率 一直下降，且下降的速率越来越慢，稳定后下降趋势几乎为零，阻 垢率稳定不变。ATMP 阻垢剂的溶度积随温度的增高而降低。 刚开始时，温度低，阻垢剂完全融于溶液中，溶液中阻垢剂浓度最 大，由图5 可以看出，阻垢剂浓度越大，阻垢效果越好。所以刚开 始时，阻垢率最大。随着温度的升高，阻垢剂的溶度积变小，导致 溶液中的阻垢剂浓度降低，所以阻垢率降低。之后由于阻垢剂浓 度已经很小了，温度的增加对溶液中的阻垢剂浓度影响不大，所 以阻垢率稳定。由图可以看出，温度在40℃至60℃之间时，阻垢 率下降的很明显，所以，温度应维持在40℃之下。考虑到高效，经 济等因素，如果温度低于40℃，可以不考虑温度对ATMP 阻垢剂 对氧化铁阻垢效果的影响，如果温度高于40℃，可以适当降低温 度。 （4）恒温时间对氧化铁分散效果的研究 分别取50ml 铁标样于4 个150ml 锥形瓶中，加入适量去离子 水，并通入空气使其充分氧化成氧化铁，之后各加入0.02mgPAL 阻垢剂，移入50ml 容量瓶，定容至50ml。之后将4 个容量瓶移入 80℃恒温箱中恒温。各分别恒温8，16，24，32 个小时后取出，冷 去过滤，取滤液测量测吸光度。依据标准曲线计算出铁样中铁的 浓度，计算阻垢率，并以恒温时间为横坐标，阻垢率为纵坐标作 图。 从图8 可以看出，随着恒温时间的延伸，ATMP 阻垢剂的阻 垢率一直下降，且下降速率先快后慢。因为恒温时间越长，溶液 蒸发量也越来越大，阻垢剂的浓度和铁离子的浓度也越来越大， 但铁离子浓度的变化率大于阻垢剂浓度的变化率。所以铁离子 浓度增大对阻垢率的影响大于阻垢剂浓度增大对阻垢率的影响， 从而导致阻垢率降低。而且，恒温时间越长，已经阻垢剂和氧化 铁的络合物可能分散开，导致溶液中氧化铁含量，从而导致阻垢 率阻垢率降低。从图中可以看出，在恒温10 小时之前，阻垢率下 降的很缓慢，10 时之后，阻垢率下降趋势变快，考虑到高效，经济 等因素，恒温时间尽量维持在10 小时之前。循环冷却水系统中， 换水周期不要超过10 小时，这样既能保证足够的阻垢率，又能避 免频繁换水带来的经济损失。 结论 本文以ATMP 为有机磷系阻垢剂，考察其对三氧化二铁的 分散效果；在此基础上与聚羧酸阻垢剂进行复配，考察复配药剂 对三氧化二铁的分散效果，得出以下结论： ATMP 对三氧化二铁的分散效果研究结果表明，当阻垢剂投 加量为4mg/l，铁溶液浓度为67mg/l，恒温温度为40℃，恒温时 间为10 小时，阻垢率为63.96%。 综合以上结论，对比可知，在最佳条件下，上述阻垢剂对氧化 铁的分散效果影响相差不大。但是，复合药剂的适用范围大一 些，其中以PAL 与ATMP 复合药剂为阻垢剂时综合效果最佳。 参考文献： [1]高乃云,徐迪民,等.氧化铁涂层砂改性滤料除氟性能研究 [J].中国给水排水,2000,16(1):1-8. 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