由Brad Buecker，Ray Post，Jeremy Leitze和Mark Bush
本文探讨了开放再循环水处理的进步，包括从磷酸盐/膦酸盐处理到全聚合物规模和腐蚀控制化学的运动;选择氧化和非氧化杀菌剂以使微生物污垢最小化;并增强了精确冷却水化学控制的分析仪表。
冷却水是一种关键商品钢铁行业由于在高炉、碱性氧炉和电弧炉、钢精加工等过程中产生很高的热量和能量转移。许多热交换器依赖于直接或间接地从开放的再循环系统冷却，即，冷却塔基于网络。缩放那微生物污垢和腐蚀在这些冷却系统中可能导致严重问题，甚至可能影响植物生产。本文探讨了开放式再循环冷却水处理的进步和尖端开发，特别是与腐蚀和预防相关的。本文还研究了从直接喷涂过程中恢复的水处理的改进技术。该技术可以在植物中提供显着的成本节省。
规模/腐蚀/生物淤积三角形
水中(以及进入冷却塔的空气中)的杂质和微生物通过各种机制影响水垢的形成、腐蚀和污垢。如图1所示，这些问题通常是相互关联的。
例如，除了限制传热之外，规模形成和生物污垢可以诱导欠压和缝隙腐蚀。反过来，腐蚀可以产生可能在其他地方存放的产品。
规模/缓蚀剂进化
如图1所示，腐蚀，污垢和规模形成可能受到其他因素的影响。尺度和腐蚀控制的处理方法在很大的措施中展开在一起，将在以下部分中探讨。重要的是，讨论是对基本腐蚀基本面的简要审查。
所有的腐蚀机制在本质上都是电化学的，尽管有些，如冲蚀腐蚀，也受到机械因素的影响。图2给出了碳钢在曝气水中的主要腐蚀机理示意图。
铁在阳极处氧化，并作为铁离子进入溶液（Fe+2)。这个过程释放电子，通过金属流向阴极，在那里电子将溶解氧还原为羟基离子(OH)-)。然后羟基与溶剂化的铁离子反应，以完成电路并形成Fe（OH）的初始产品2，继续氧化以最终形成生锈，具有FE的基本配方2O.3.∙XH.2O.不受控制的氧气攻击可能会导致管道网络中的严重损坏，并且还会产生可能部分或完全限制流动的沉积物。
其他阴极反应是可能的。最常见的一种是酸性溶液中的腐蚀，其中阴极反应是：manx手机版
这种腐蚀机制可以很容易地在实验室中证明，把一根铁棒放在盐酸溶液中。在金属迅速分解的同时，氢气气泡几乎立即开始出现。
腐蚀抑制剂通过减慢阳极，阴极或有时两者的反应来发挥作用。这现在导致对上个世纪的一个非常受欢迎的程序讨论，本质上是简单的，但提供了良好的规模和腐蚀控制。环境问题需要放弃该技术，这导致了治疗方法的重大变化，随后正在发生进化。
过去的好时光
在20世纪70年代领先的几年中，保护碳钢的最常见方法是基于铬酸盐化学来腐蚀保护，用硫酸饲料进行缩放控制。该程序抑制碳酸钙（Caco3.硫酸与碳酸氢盐离子(HCO)反应结垢3.-)将离子转化为CO2，逃离气体并降低解决方案的缩放趋势。eq。2是这种化学的代表：
典型的pH控制范围为或接近6.5至7.0。配方中的第二种化合物，铬酸二钠(钠2CR.2O.7.），提供铬酸盐离子
这种材料与碳钢发生反应，形成一层假不锈钢保护层，尤其是在冷却塔产生的含氧饱和冷却水中。酸铬酸盐程序在许多应用中表现得非常好，化学控制是相当直接的。
对于具有铜合金管的热交换器，辅助唑化化学且仍然是常见的，可以保护这些金属。本文不深入探索唑唑化学，但在简短的氮孔中是具有氮官能团的有机化合物（核心的苯环）。
氮基团附着于铜，用板状有机环形成金属表面上的单分子层，以保护其免受环境。已经开发出各种亚唑，具有各种侧基团以改善粘合性能，并且还通过其他化学品如氧化杀生物剂的其他化学物质来增加唑抗抗性。
铬酸再见
由于埃林·布罗克维奇的努力，人们对六价铬毒性的认识不断加深，禁止铬排放到环境中，这基本上消除了开放冷却水系统的铬酸盐处理。替换方案完全不同，关键概念是在碱性pH值下操作，以帮助腐蚀控制。
磷酸盐/膦酸盐化学的出现
处理方法很快发展为以磷酸盐为基础的化学方法，用于结垢和防腐。该程序通常在轻度碱性pH值下工作，最大限度地减少一般腐蚀。
除了pH值，化学也提供了额外的腐蚀保护，因为磷酸盐会与亚铁离子(铁)反应+2）在阳极点产生，形成反应限制沉积物，而磷酸钙[Ca3.（PO.4.）2在阴极位置的局部碱性环境中沉淀，以抑制电子转移。然而，即使在磷酸盐项目中出现小的故障，也会导致严重的磷酸钙污染，并一度导致钙过量3.（PO.4.）2随着碳酸钙缩放之前，沉积变得几乎是一个问题。因此，处理方法进化到更原始的方法，其中在许多情况下，这些程序的骨干是有机磷酸盐（膦酸盐）。
膦酸盐在形成和破坏晶体生长和晶格强度时，储沉沉积物。
常见的磷酸盐/膦酸酯治疗程序可以包括在低mg / l剂量中的一种或两种膦酸酯化合物，用于初级刻度控制，5-15mg / L左右的正磷酸盐，用于额外的尺度控制和腐蚀保护，也许是0.5-2.5毫克/升锌。锌与阴极处产生的羟基离子反应以形成沉淀[Zn（OH）2]，提供额外的阴极保护。（应该注意的是，锌出院也在更紧密的规则下。）通常包含在这些制剂中是5-10mg / L的有机聚合物，用于控制磷酸钙沉积。
磷酸盐/膦酸盐计划远非简单，并且在或过度喂食可能导致腐蚀或鳞片形成。即使具有看似适当的化学，腐蚀抑制沉积物也是多孔的，也可能洗掉。而且，关于环境问题，磷排出存在越来越困难的问题。
磷和氮、碳一样，是一种对所有生命形式都至关重要的大量营养素。藻类对碳的需求来自无机碳酸氢盐和碳酸盐，利用来自阳光的能量将无机碳转化为有机碳，用于细胞组织生长。某些种类的藻类也有能力“固定”大气中的氮
气体，利用固氮酶转化N2进入氨和核酸生物合成所需的其他化合物和蛋白质。常见的光合氮固定物种是蓝藻，通常称为“蓝绿藻”。磷通常是水生系统生长的限制营养素，因为它相对于植物和微生物所需的浓度非常低。
以其广泛且高度可见的绿色绽放而闻名Cyanobacteria。图。图8显示了2011年湖伊利湖浅西部盆地的蓝色细菌的空中照片。
伊利湖的令人不快和难看的藻类生长导致海滩污染，旅游急剧减少，鱼群下降。除了他们有害的感官撞击外，Cyanobacteria还会产生微囊藻和其他对鱼类，鸟类和哺乳动物有毒的氰毒素。许多读者无疑意识到其他地方的巨大有毒藻类绽放，最重要的是佛罗里达州。
磷酸盐/膦酸盐化学也提供了一种基本营养素，磷，用于冷却塔，特别是藻类的微生物生长。
足够的藻类控制可能需要大量的微生物涂覆，这可以大大增加治疗冷却水的成本。
这些问题导致新的演化：用聚合物的冷却水处理，没有磷（且通常没有锌）组分。规模控制的成功应用已知，但现在用于腐蚀抑制的新材料证明是成功的，包括钢铁厂。
高分子化学的出现
含有羧酸盐基团的聚合物制剂已经成功地用于控制碳酸钙（Caco3.)冷却水结垢。
然而，还有许多其他的沉积物，包括钙和镁硅酸盐、硫酸钙、氟化钙和二氧化锰等最常见的沉积物。对抗这些的必要性
其他的比例剂已经开发出含有替代或补充官能团的共价和二价聚合物，包括磺酸盐(SO)3.-），丙烯酰胺（h2n-c-o）和其他。聚合物通过两种机制抑制鳞片形成：离子螯合和晶体改性。
但另一个非常重要的问题仍然存在：“腐蚀抑制的非P如何有效？”首先，非P处理设计用于在碱性pH范围（7-9）的碱性pH范围（7-9）中操作，这倾向最小化金属的一般腐蚀。但即便如此，腐蚀细胞仍然可以在碱性环境中发展。关键是腐蚀抑制剂在金属表面上建立直接保护屏障。一个已经出现的产品，FlexPro®，将一组化学物质结合在一起“直接与金属表面相互作用以形成与钙，pH或其他水化学成分无关的反应性多羟基淀粉抑制剂（RPSI）复合物。”1
化学的全规模应用已被证明非常有效。在美国东南部的大型工业综合体的一个例子中，RPSI取代了先前的多磷酸盐，然后取出了锌化学。碳钢腐蚀速率从0.20降至0.25毫米/年至0.0025至0.0075毫米/年/年。在次要音符中，锌到rpsi的变化部分受到在植物中澄清器和回收池中的严重藻类形成问题的影响。从水中取出磷酸盐解决了该困难。
在墨西哥湾沿岸的大型化工厂的另一个例子中，传统的磷酸盐化学证明了腐蚀控制的令人满意，但磷酸钙沉积物在一些植物的板式换热器中引起了污染。这种交换机对于低流量位置和沉积物积累是臭名昭着的。转化为RPSI化学保持优异的腐蚀保护和消除磷酸盐沉积。
这里讨论的水处理化学和技术适用于许多工业应用，如来自SSAB轧机的以下示例中所概述的。
SSAB的经验
在阿拉巴马州莫比尔的SSAB工厂。那USA, the FlexPro chemistry has been applied to both the non-contact cooling system and to the hot strip mill direct-contact spray cooling system. Fig. 12 illustrates the reduction in corrosion rate following the change from phosphate chemistry to RPSI chemistry.
可以看出，不仅腐蚀速率降低，而且在引入聚合物化学后，控制变得更稳定。在服务水冷却系统中实现了更明显的结果（图13）。
与许多其他行业相反的钢厂是独特的应用是通过直接喷雾来保护金属。RPSI治疗已在植物的热带轧机上实施超过一年，结果如图2所示。14。
为了重新强调，关键是该化学建立钢上的直接保护层，而不是依赖于磷酸盐化合物的沉淀以抑制腐蚀。化学的变化为工厂提供了以下好处：
- 消除171,000磅。每年磷酸剂量给药。没有现在使用或放电。
- 消除锌。
- 三种植物冷却系统的腐蚀大幅减少。
- 预计基于卓越的腐蚀性能提高工作滚动寿命。
- 与磷酸盐计划相同。
结论
冷却水处理的改进将使许多行业受益，不仅仅是钢铁行业。工厂所有者、操作人员和技术人员现在可以使用新的、增强的工具，不仅可以减少非接触式冷却水系统的腐蚀和结垢，还可以直接喷雾应用。通过基础设施保护和提高设备可靠性，改进可以为工厂节省大量成本。并且继续研究和测试其他潜在的过程增强。
免责声明
结果仅是示例。它们不保证。实际结果可能有所不同。
参考
1R M。邮政和R.P.Kalakodimi，“冷却水系统的非磷腐蚀抑制剂的开发和应用，”世界能源大会，亚特兰大，GA。，美国，2017年10月。
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