用于开路软化水系统的碳钢保护剂及其制备方法和应用
阅读：30发布：2023-02-13
专利汇可以提供用于开路软化水系统的碳钢保护剂及其制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于开路 软化 水 系统的 碳 钢 保护剂及其制备方法和应用。 碳钢 保护剂由以下的组份甘 氨 酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子 聚合物 锌盐和水组成。本发明还提供碳钢保护剂的应用。结果表明，该碳钢保护剂具有显著的缓蚀效果，碳钢 腐蚀 速率仅为0.025mm/a，只相当于国家标准的1/5。本发明物适应富含溶解 氧 、易腐蚀的开路软化水系统，采用本发明的缓蚀剂用量仅需20－120mg/l就可达到缓蚀的要求，在热 力 设备高腐蚀的 循环水 处理中和在钢 铁 系统或化工行业中的循环 水处理 系统中大大节约了工业耗水量和经济 费用 ，具有良好的经济效益和社会效益。，下面是用于开路软化水系统的碳钢保护剂及其制备方法和应用专利的具体信息内容。
1.用于开路软化水系统的碳钢保护剂，包括以下组分：甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸 酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐、水。
2.根据权利要求1所述的用于开路软化水系统的碳钢保护剂，其特征在于：所述各组分 的重量份范围为：甘氨酸二甲叉膦酸10-35份、多元醇膦酸酯1-10份、羟基亚乙基二膦酸 1-10份、高分子聚合物锌盐5-25份、水20-60份。
3.根据权利要求1所述的用于开路软化水系统的碳钢保护剂，其特征在于：所述各组分 的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸15-25份、多元醇膦酸酯4-8份，羟基亚乙基二膦 酸4-6份，高分子聚合物锌盐12-18份、水30-55份。
4.根据权利要求1所述的用于开路软化水系统的碳钢保护剂，其特征在于：所述各组分 的重量份范围还可优选为：甘氨酸二甲叉膦酸25份、多元醇膦酸酯5份，羟基亚乙基二膦 酸5份，高分子聚合物锌盐15份、水50份。
5.根据权利要求2-4之一所述的用于开路软化水系统的碳钢保护剂的制备方法，包括以 下步骤：
按比例取组分甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物 锌盐、水。
将有甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸抽入反应釜中，搅拌，混 匀；
加水搅拌，再加入高分子聚合物锌盐，搅拌均匀即得本发明的碳钢保护剂。
6.根据权利要求1-4之一所述的用于开路软化水系统的碳钢保护剂在热力设备高腐蚀的 循环水处理中的应用，该组合物按补充水量计，其投加量为20～120mg/l。
7.根据权利要求1-4之一所述的用于开路软化水系统的碳钢保护剂在钢铁系统或化工行 业中的循环水处理系统应用，该碳钢保护剂按补充水量计，其投加量为20～120mg/l。
技术领域
本发明涉及工业水处理技术领域，具体的说是一种用于电力、热力等领域的循环冷却 水系统中的缓蚀技术，防止管路、设备腐蚀，特别是一种用于开路软化水系统的碳钢保护 剂及其制备方法和应用。
背景技术
当今，世界面临人口增长，生态环境恶化，水资源短缺等危机，水资源的匮乏和污染 对社会稳定、经济发展构成威胁，成为世界绝大多数国家稳定和发展面临的最突出问题之 一，节约用水，提高水资源的利用率已是当务之急。节水首先要抓住比较集中使用的工业 用水，在工业用水中，冷却水的比例最大，约占60-70％，因此，节约冷却水就成为工业节 水最紧迫的任务，冷却水分直流冷却水和循环冷却水。循环冷却水把用于冷却后的水通过 冷却塔降温后再用于冷却。冷却水循环使用后，大大节约了用水量，但由于冷却水不断蒸 发，水中盐类被浓缩，加上冷却水与大气充分接触，溶解氧和细菌含量大大增加，导致循 环冷却水出现严重的结垢、腐蚀和菌藻滋生等等不利影响，直接影响设备的正常运行和设 备的使用寿命，进而，直接制约着机组安全、经济运行，严重时将会给企业带来重大损失。 为此，需要在冷却水中加入水处理药剂，如阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂等，来防止循环 水结垢、腐蚀和菌藻滋生等。在众多的方法中，采用化学水处理技术是当前国内外公认的 工业节水最普遍使用的有效手段，同时，采取适当的水处理技术能够对热力设备进行防腐 阻垢处理，能够有效地延长系统设备的使用寿命。
冷却水处理要解决的问题之一就是金属设备的腐蚀，工业循环冷却水中大多数换热设 备的材质为碳钢和铜。金属腐蚀的影响因素有水质、pH、溶解氧、微生物、流速等。这几 种因素是以一个辩证的关系存在的，只有很好地协调各种关系，使他们处于一个稳定的范 围之内，腐蚀才是可以避免的。如果材料与其所处的环境及其界面不相适应，腐蚀将不断 持续，最终导致材料的损坏。由于各种原因，金属的表面并不是均匀的。当它与冷却水接 触时，会形成许多微小的腐蚀电池(微电池)，其中活泼的部位称为阳极，腐蚀学上把其称 为阳极区；而不活泼的部位则称为阴极，腐蚀学上把它称为阴极区。由于各种原因，金属 的表面并不是均匀的。
以碳钢为例，其腐蚀反应历程可以由以下反应式表示：
在阳极区：Fe＝Fe2++2e
在阴极区：1/2O2+H2O+2e＝2OH-
在水中：Fe2++2OH-＝Fe(OH)2
总反应：Fe+1/2O2+H2O＝Fe(OH)2
在阳极区，碳钢因失去电子被氧化生成亚铁离子Fe2+而溶于水中，同时，电子通过碳 钢向阴极移动。与此同时，水中的溶解氧在阴极区得到电子而形成OH-。当亚铁离子Fe2+ 和氢氧根离子OH-在水中相遇时，就会生成白色沉淀物Fe(OH)2，堆积在碳钢表面。如果水 中的溶解氧较充足，则Fe(OH)2会进一步氧化，生成黄色的锈Fe2O2或Fe2O3，这样碳钢材 料会缓慢腐蚀。
冷却材质的腐蚀是现场运行中一个比较严重的问题，同时腐蚀也是一个非常复杂的电 化学过程，解决腐蚀的方法一般就是在换热器材质表面形成保护膜，不同的材质工况和选 用的不同缓蚀剂配方，其成膜机理也不同。循环冷却水系统中金属腐蚀的控制方法很多， 其中添加缓蚀剂是最有效、最经济的方法。缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的 添加剂。对于一定的金属腐蚀介质体系，只要在腐蚀介质中加入少量的缓蚀剂，就能有效 地降低该金属的腐蚀速度。缓蚀剂的使用浓度一般较低，故添加缓蚀剂后腐蚀介质的基本 性质不发生变化。缓蚀剂的加入不需要特殊的附加设备，也不需要改变金属设备或构件的 材质进行表面处理。按所用缓蚀剂种类不同，可以分成氧化型、沉淀膜型和吸附型缓蚀剂 三大类。氧化型缓蚀剂主要是抑制腐蚀的阳极过程，也称其为阳极型缓蚀剂，通过其在金 属表面生成钝化膜，提高金属的钝性，起到缓蚀作用。沉淀膜型缓蚀剂是非氧化性物质， 它们的作用在于能和金属表面阳极部分溶解下来的金属离子生成难溶化合物，沉淀在阳极 区表面，或者修补氧化膜的破损处，从而抑制阳极反应。吸附型缓蚀剂一般属于混合型缓 蚀剂，这些缓蚀剂中的有机物在金属表面定向吸附，形成保护性的吸附膜，可以阻止水分 和侵蚀性物质接近金属表面或阻滞腐蚀的阴、阳过程，从而起到缓蚀作用。
冷却水处理要解决的问题之一就是金属设备的腐蚀，工业循环冷却水中大多数换热设 备的材质为碳钢和铜。金属腐蚀的影响因素有水质、pH、溶解氧、微生物、流速等。这几 种因素是以一个辩证的关系存在的，只有很好地协调各种关系，使他们处于一个稳定的范 围之内，腐蚀才是可以避免的。如果材料与其所处的环境及其界面不相适应，腐蚀将不断 持续，最终导致材料的损坏。由于各种原因，金属的表面并不是均匀的。当它与冷却水接 触时，会形成许多微小的腐蚀电池(微电池)，其中活泼的部位称为阳极，腐蚀学上把其称 为阳极区；而不活泼的部位则称为阴极，腐蚀学上把它称为阴极区。由于各种原因，金属 的表面并不是均匀的。
以碳钢为例，其腐蚀反应历程可以由以下反应式表示：
在阳极区：Fe＝Fe2++2e
在阴极区：1/2O2+H2O+2e＝2OH-
在水中：Fe2++2OH-＝Fe(OH)2
总反应：Fe+1/2O2+H2O＝Fe(OH)2
在阳极区，碳钢因失去电子被氧化生成亚铁离子Fe2+而溶于水中，同时，电子通过碳 钢向阴极移动。与此同时，水中的溶解氧在阴极区得到电子而形成OH-。当亚铁离子Fe2+ 和氢氧根离子OH-在水中相遇时，就会生成白色沉淀物Fe(OH)2，堆积在碳钢表面。如果水 中的溶解氧较充足，则Fe(OH)2会进一步氧化，生成黄色的锈Fe2O2或Fe2O3，这样碳钢材 料会缓慢腐蚀。
冷却材质的腐蚀是现场运行中一个比较严重的问题，同时腐蚀也是一个非常复杂的电 化学过程，解决腐蚀的方法一般就是在换热器材质表面形成保护膜，不同的材质工况和选 用的不同缓蚀剂配方，其成膜机理也不同。循环冷却水系统中金属腐蚀的控制方法很多， 其中添加缓蚀剂是最有效、最经济的方法。缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的 添加剂。对于一定的金属腐蚀介质体系，只要在腐蚀介质中加入少量的缓蚀剂，就能有效 地降低该金属的腐蚀速度。缓蚀剂的使用浓度一般较低，故添加缓蚀剂后腐蚀介质的基本 性质不发生变化。缓蚀剂的加入不需要特殊的附加设备，也不需要改变金属设备或构件的 材质进行表面处理。按所用缓蚀剂种类不同，可以分成氧化型、沉淀膜型和吸附型缓蚀剂 三大类。氧化型缓蚀剂主要是抑制腐蚀的阳极过程，也称其为阳极型缓蚀剂，通过其在金 属表面生成钝化膜，提高金属的钝性，起到缓蚀作用。沉淀膜型缓蚀剂是非氧化性物质， 它们的作用在于能和金属表面阳极部分溶解下来的金属离子生成难溶化合物，沉淀在阳极 区表面，或者修补氧化膜的破损处，从而抑制阳极反应。吸附型缓蚀剂一般属于混合型缓 蚀剂，这些缓蚀剂中的有机物在金属表面定向吸附，形成保护性的吸附膜，可以阻止水分 和侵蚀性物质接近金属表面或阻滞腐蚀的阴、阳过程，从而起到缓蚀作用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种用于开路软化水系统的碳钢保护 剂，该保护剂是一种组合物，该组合物适合溶解氧高、低硬度的开路软化水系统的水处理， 具有高效、低膦环保的特点。
本发明还提供一种上述用于开路软化水系统的碳钢保护剂的制备方法。
本发明还提供一种上述用于开路软化水系统的碳钢保护剂的应用。
本发明的技术构思是，针对开路软化水系统中的水所具有的溶解氧高、低硬度的特性， 通过研究、试验或实验，选择出五种物质组合而成，该五种物质分别是：甘氨酸二甲叉膦 酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐、水等组成，其中水起溶剂的 作用。实际使用中，通过配方中各种药剂内在的协同效应，使这种配方具有高效用的缓蚀 功能，尤其适合在开路软化水系统中使用。
本发明的技术方案如下：
用于开路软化水系统的碳钢保护剂，包括以下组分：甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸 酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐和水。
所述各组分的重量份范围为：甘氨酸二甲叉膦酸10-35份、多元醇膦酸酯1-10份、羟 基亚乙基二膦酸1-10份、高分子聚合物锌盐5-25份、水20-60份。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸15-25份、多元醇膦酸酯4-8份， 羟基亚乙基二膦酸4-6份，高分子聚合物锌盐12-18份、水30-55份。
所述各组分的重量份范围还可优选为：甘氨酸二甲叉膦酸25份、多元醇膦酸酯5份， 羟基亚乙基二膦酸5份，高分子聚合物锌盐15份、水50份。
上述用于开路软化水系统的碳钢保护剂的制备方法，包括以下步骤：
按比例取组分甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物 锌盐、水。
将有甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸抽入反应釜中，搅拌，混 匀；
加水搅拌，加入高分子聚合物锌盐，搅拌均匀即得本发明的碳钢保护剂。
上述用于开路软化水系统的保护剂在钢铁系统或化工行业中的循环水处理系统应用 时，该碳钢保护剂按补充水量计，其投加量为20～120mg/l。
本发明的技术效果如下：
由于本发明是一种用于开路软化水系统的碳钢保护剂(TWZL-001)，是将几种物质混 合成组合物，这几种物质包括甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、和 高分子聚合物锌盐。甘氨酸二甲叉膦酸经常与高分子聚合物锌盐复配使用，对碳钢有好的 缓蚀性能。多元醇膦酸酯分子结构中引入了多个聚氧乙烯基，所以与国内目前生产的有机 膦系水质稳定剂相比，不仅提高了对钙垢的剥离和对泥沙的分散能力，也提高了缓蚀性能。 尤其是还消除了磷酸酯由于磷氧链易水解的缺点，其稳定性高于一般有机膦酸酯。多元醇 膦酸酯与两价金属离子作用在碳钢表面形成沉积保护膜，阻止了水中的溶解氧向金属表面 扩散，从而对金属材料得到了保护，起到良好的缓蚀性能。羟基亚乙基二膦酸属于阴极型 有机膦酸类缓蚀剂，能与铁、铜、锌等多种金属离子形成稳定的络合物，能溶解金属表面 的氧化物。在200℃温度下引起良好的缓蚀阻垢作用，在高pH值下仍很稳定，不易水解， 一般光热条件下不易分解，并且耐酸碱性、耐氯氧化性能较其它有机膦酸(盐)好。当和 其它水处理剂复合使用时，表现出理想的协同效应。但是在单独作缓蚀剂使用时，所需剂 量较高，故常需与其他缓蚀剂(例如，锌离子)合用以获协同效果，同时剂量也降低了。 锌盐属阴极型缓蚀剂，在阴极部位，当锌离子接近金属表面时，能与阴极区聚积的OH-快 速地形成氢氧化锌沉淀物，沉积于阴极表面，从而起到缓蚀作用。锌盐能在水介质中的金 属表面快速成膜，这是其他无机缓蚀剂无法比拟的，但膜松软不牢固，所以锌盐单独使用 时不可能完全抑制金属在水溶液中的腐蚀。几种组分复配起增效作用，并可降低这些有机 物的用量。
由于本发明对各组分的重量份范围进行了限定，这些限定结合了试验或实验数据、实 际应用效果、经济和环境效益的考虑，充分满足常温环保、应用范围广和高效的技术要求， 同时也为本发明的推广使用提供了便利。
由于本发明还是针对热力设备的腐蚀问题研制而成的工业循环水处理组合物，通过大 量试验证明其缓蚀性能优良，技术优势明显。在循环水系统中投加本发明的组合物药剂后， 碳钢的腐蚀速率小于0.025mm/a(毫米/年)，完全达到国家循环冷却水处理设计规范的要求， 腐蚀速率仅相当于国家标准的1/5。
在石化系统、钢铁系统和化工行业等循环冷却水软水系统中，本发明的组合物药剂产 品投加量为20～120mg/l，而钼系、硅系等传统药剂投加量为1000～2000mg/l，可见其使 用剂量低，具有可观的经济效益。充分显示了本发明具有低剂量、高效节能的技术效果。
使用本发明的复合配方后进行设备检查，无论是碳钢材质，还是铜及铜合金材质的设 备内壁及封头均无明显锈蚀发生，无点蚀及锈镏，设备检查状态明显优于国内同类装置同 期水平。更值得一提的是，本发明缓蚀剂的配方使用过程中可以在碳钢材质表面形成保护 膜，用硫酸铜溶液滴定不还原，说明预膜效果很好，故缓蚀性能非常好。
本发明还提供一种上述用于开路软化水系统的碳钢保护剂的制备方法。
本发明还提供一种上述用于开路软化水系统的碳钢保护剂的应用。
本发明的技术构思是，针对开路软化水系统中的水所具有的溶解氧高、低硬度的特性， 通过研究、试验或实验，选择出五种物质组合而成，该五种物质分别是：甘氨酸二甲叉膦 酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐、水等组成，其中水起溶剂的 作用。实际使用中，通过配方中各种药剂内在的协同效应，使这种配方具有高效用的缓蚀 功能，尤其适合在开路软化水系统中使用。
本发明的技术方案如下：
用于开路软化水系统的碳钢保护剂，包括以下组分：甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸 酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐和水。
所述各组分的重量份范围为：甘氨酸二甲叉膦酸10-35份、多元醇膦酸酯1-10份、羟 基亚乙基二膦酸1-10份、高分子聚合物锌盐5-25份、水20-60份。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸15-25份、多元醇膦酸酯4-8份， 羟基亚乙基二膦酸4-6份，高分子聚合物锌盐12-18份、水30-55份。
所述各组分的重量份范围还可优选为：甘氨酸二甲叉膦酸25份、多元醇膦酸酯5份， 羟基亚乙基二膦酸5份，高分子聚合物锌盐15份、水50份。
上述用于开路软化水系统的碳钢保护剂的制备方法，包括以下步骤：
按比例取组分甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物 锌盐、水。
将有甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸抽入反应釜中，搅拌，混 匀；
加水搅拌，加入高分子聚合物锌盐，搅拌均匀即得本发明的碳钢保护剂。
上述用于开路软化水系统的保护剂在钢铁系统或化工行业中的循环水处理系统应用 时，该碳钢保护剂按补充水量计，其投加量为20～120mg/l。
本发明的技术效果如下：
由于本发明是一种用于开路软化水系统的碳钢保护剂(TWZL-001)，是将几种物质混 合成组合物，这几种物质包括甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、和 高分子聚合物锌盐。甘氨酸二甲叉膦酸经常与高分子聚合物锌盐复配使用，对碳钢有好的 缓蚀性能。多元醇膦酸酯分子结构中引入了多个聚氧乙烯基，所以与国内目前生产的有机 膦系水质稳定剂相比，不仅提高了对钙垢的剥离和对泥沙的分散能力，也提高了缓蚀性能。 尤其是还消除了磷酸酯由于磷氧链易水解的缺点，其稳定性高于一般有机膦酸酯。多元醇 膦酸酯与两价金属离子作用在碳钢表面形成沉积保护膜，阻止了水中的溶解氧向金属表面 扩散，从而对金属材料得到了保护，起到良好的缓蚀性能。羟基亚乙基二膦酸属于阴极型 有机膦酸类缓蚀剂，能与铁、铜、锌等多种金属离子形成稳定的络合物，能溶解金属表面 的氧化物。在200℃温度下引起良好的缓蚀阻垢作用，在高pH值下仍很稳定，不易水解， 一般光热条件下不易分解，并且耐酸碱性、耐氯氧化性能较其它有机膦酸(盐)好。当和 其它水处理剂复合使用时，表现出理想的协同效应。但是在单独作缓蚀剂使用时，所需剂 量较高，故常需与其他缓蚀剂(例如，锌离子)合用以获协同效果，同时剂量也降低了。 锌盐属阴极型缓蚀剂，在阴极部位，当锌离子接近金属表面时，能与阴极区聚积的OH-快 速地形成氢氧化锌沉淀物，沉积于阴极表面，从而起到缓蚀作用。锌盐能在水介质中的金 属表面快速成膜，这是其他无机缓蚀剂无法比拟的，但膜松软不牢固，所以锌盐单独使用 时不可能完全抑制金属在水溶液中的腐蚀。几种组分复配起增效作用，并可降低这些有机 物的用量。
由于本发明对各组分的重量份范围进行了限定，这些限定结合了试验或实验数据、实 际应用效果、经济和环境效益的考虑，充分满足常温环保、应用范围广和高效的技术要求， 同时也为本发明的推广使用提供了便利。
由于本发明还是针对热力设备的腐蚀问题研制而成的工业循环水处理组合物，通过大 量试验证明其缓蚀性能优良，技术优势明显。在循环水系统中投加本发明的组合物药剂后， 碳钢的腐蚀速率小于0.025mm/a(毫米/年)，完全达到国家循环冷却水处理设计规范的要求， 腐蚀速率仅相当于国家标准的1/5。
在石化系统、钢铁系统和化工行业等循环冷却水软水系统中，本发明的组合物药剂产 品投加量为20～120mg/l，而钼系、硅系等传统药剂投加量为1000～2000mg/l，可见其使 用剂量低，具有可观的经济效益。充分显示了本发明具有低剂量、高效节能的技术效果。
使用本发明的复合配方后进行设备检查，无论是碳钢材质，还是铜及铜合金材质的设 备内壁及封头均无明显锈蚀发生，无点蚀及锈镏，设备检查状态明显优于国内同类装置同 期水平。更值得一提的是，本发明缓蚀剂的配方使用过程中可以在碳钢材质表面形成保护 膜，用硫酸铜溶液滴定不还原，说明预膜效果很好，故缓蚀性能非常好。
具体实施方式
下面将通过实例对本发明做进一步说明。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
用于开路软化水系统的碳钢保护剂包括以下组分为：甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸 酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐、水。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸15-25份、多元醇膦酸酯4-8份， 羟基亚乙基二膦酸4-6份，高分子聚合物锌盐12-18份、水30-55份。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸25份、多元醇膦酸酯5份，羟基 亚乙基二膦酸5份，高分子聚合物锌盐15份、水50份。
其中多元醇膦酸酯分子式为PO4HR1R2，结构式为
n和m在此共聚物分子式中为已知的整数，并且这些共聚物在本发明中具有相近的效 果。
一般先将丙三醇氧乙基化，然后再膦酸酯化，合成多元醇膦酸酯。羟基乙叉二膦酸， 分子式为C2H8O7P2，结构式为：
通常以三氯化磷、冰醋酸和水为原料生产羟基乙叉二膦酸。
本发明用于开路软化水系统的碳钢保护剂(以下简称TWZL-001)的生产工艺介绍如下：
一、备料：严格按照配方配比，用计量泵依次称取定量的甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇 膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐。
二、生产：开启真空泵，将甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、 高分子聚合物锌盐抽入反应釜中，当反应温度在40～50℃时，开启搅拌(80转/分)，约20 分钟，混匀；在搅拌的情况下，加水使其全部溶解，继续搅拌约20分钟，混匀后分装，即 得本发明物。
三、分装检析：将上述产品一种用于开路软化水系统的碳钢保护剂(TWZL-001)分装 到25公斤塑料包装桶中。
四、采样分析。
五、粘贴标签及合格证并办理入库。
用于开路软化水系统的碳钢保护剂(TWZL-001)的技术性能指标介绍如下：
外观：棕红色液体；
固体含量(％)：＞30
总磷(％)：＞10
pH值(1％水溶液)：1.5-2.5；
密度g/cm3(20℃)：1.1-1.2。
本发明还提供上述用于开路软化水系统的碳钢保护剂作为缓蚀剂的应用。上述用于开 路软化水系统的碳钢保护剂在钢铁系统或化工行业中的循环水处理系统应用时，该碳钢保 护剂按补充水量计，其投加量为20～120mg/l。充分体现出其低剂量的特性。
软水用作冷却水的补充水，在技术上存在几点难点。首先，软水没有硬度，循环使用 存在严重的腐蚀现象，是目前开路系统处理难度最大的循环水系统。尝试采用了其他配方， 均控制不住本系统的腐蚀现象。其次，系统中的溶解氧含量高，水中的溶解氧通常是造成 热力设备腐蚀的主要原因，它可以导致在运行期间和停用期间的氧腐蚀。另外，软水造价 成本颇高，对于必须采用软水为冷却水补水的系统，我们能做的就是尽量减少循环水的排 放量，避免大量软水的流失，这样就要求缓蚀剂等化学处理药剂的性能要非常好。
本发明碳钢保护剂主要由以下的组份组成：甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基 亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐和水组成。本发明的缓蚀剂是由甘氨酸二甲叉膦酸、多 元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸和高分子聚合物锌盐复配而成，本发明还提供了碳钢保护 剂在开路软化水系统的应用。结果表明，该碳钢保护剂具有显著的缓蚀的效果，碳钢腐蚀 速率仅为0.025mm/a，只相当于国家标准的1/5。本发明物适应富含溶解氧、易腐蚀的开路 软化水系统，采用本发明的缓蚀剂用量仅需20-120mg/l就可达到缓蚀的要求，大大节约了 工业耗水量和经济费用，具有良好的经济效益和社会效益。
实施例1：
用于开路软化水系统的铜管保护剂(TWZL-001)，含以下组分(千克)：甘氨酸二甲叉 膦酸25份、多元醇膦酸酯5份，羟基亚乙基二膦酸5份、高分子聚合物锌盐15份、水50 份。
该碳钢保护剂的制备方法为：
1、备料：按照上述配方配比，用计量泵依次称取甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、 羟基亚乙基二膦酸和高分子聚合物锌盐。
2、生产：开启真空泵，甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸将抽入 反应釜中，当反应温度在40～50℃时，搅拌速度为80转/分的条件下，搅拌20分钟；此后， 加水搅拌，再加入高分子聚合物锌盐，加水继续搅拌约20分钟使其全部溶解，混匀后分装， 即得本发明物。
实施例2：
本发明缓蚀剂(TWZL-001)对碳钢的缓蚀实验。
2.1实验目的。
旋转挂片腐蚀试验方法是在实验室给定的条件下，用试片的损失质量计算出腐蚀率和 缓蚀率来评定水处理剂的缓蚀性能。采用旋转挂片腐蚀测定法，考察开路软化水系统的腐 蚀特性，将通过试验后碳钢的外观颜色变化、失重法测得的腐蚀速率等指标综合评判本发 明物缓蚀性能。
2.2实验条件。
实验水质：实验用水由唐山某连铸净环系统提供；水稳定剂加入量为50mg/L(商品浓 度)；实验水温：50±1℃；试片线速度：170r/min；试片上端与试液面的距离：应大于2cm； 试片规格及表面积：50×25×2mm；28cm2；试验时间：216小时；挂入碳钢片数：每杯中 三片。
试验方法按《水处理剂缓蚀性能的测定------旋转挂片法》GB/T18175-2000标准进行。
2.3实验步骤。
1.用滤纸把挂片表面油脂擦拭干净，然后分别在正己烷和无水乙醇中用脱脂棉擦洗，用滤 纸吸干，置于干燥器中4小时以上，称重，精确到0.0001g，保存于干燥器中，待用。
2.按实验要求，配制好水处理剂储备液。储备液浓度一般为运转浓度的100倍左右。
3.按试验要求准备好实验用水。
4.在试杯中加入水处理储备溶液，加实验用水到一定体积，混匀，即为试液。在试杯外壁 与液面同一水平处做标记，将试杯置于水浴中。
5.待试液达到指定温度时，挂入试片，启动电机，使挂片按一定旋转速度转动，并开始计 时。
6.试杯不加盖，令试液自然蒸发，每4小时补水一次，使液面保持在固定位置。
7.在试验过程中，根据实际要求，可更换试液。
8.当运转时间达到指定值时，停止挂片转动，取出试片并进行外观观察。
9.在腐蚀试验的同时做未加水处理剂的空白试验。
10.将试片用毛刷刷洗干净，然后在酸洗溶液中浸泡3-5分钟，取出，迅速用自来水冲洗后， 立即用氢氧化钠溶液中和约30秒，用自来水、蒸馏水冲洗，用滤纸擦拭并吸干，在无 水乙醇溶液中浸泡约3分钟，用滤纸吸干，置于干燥器中4小时以上，称重，精确到 0.0001g。同时做三片挂片的酸洗空白实验。
11.对酸洗后的试片进行观察，若有点蚀，应测定点蚀的最大深度和单位面积上的数量。
2.4腐蚀实验中水样的分析。
表1实验水样的分析
项目 pH Cl-(mg/L) 电导率 连铸净环水系统 8.41 27.0 371
2.5腐蚀性能实验分析及结论。
1)实验后碳钢试片外观变化。
表2不同加药量下碳钢的腐蚀速率
产品型号 碳钢保护剂(TWZL-001) 加药量 mg/L 0 50 75 100 120 碳钢mm/a 0.9682 0.1228 0.0558 0.0224 0.0202
表3加药量100mg/l试杯中碳钢试片外观变化
水样名称 碳钢试片外观颜 未加药水样 红褐色锈垢，表面发污，附有腐蚀产物 加药水样 无腐蚀现象、挂片表明光泽
2)结论。
实验碳钢挂片速率分析见表2。从表2可知，未加药的空白水样的腐蚀速率为0.9682， 通过实验可知，随着TWZL-001碳钢保护剂浓度的增加，碳钢的腐蚀率逐渐减小，当药剂 投加量达到100mg/l以上时，腐蚀率基本稳定，不再明显变化，说明其使用量存在“阈值效 应”。加入100mg/l本发明组合物即碳钢保护剂后碳钢的腐蚀速率为0.0224mm/a，远远小于 国家要求(＜0.125mm/a)。开路软化水系统中，硬度非常低，但溶解氧含量比较高，设备腐 蚀现象严重，随着试验浓缩倍数提高，循环水含盐量急剧增大，其强腐蚀性离子含量明显 加大，碳钢的腐蚀倾向加剧，但从实验现象可见，碳钢试片没有明显的腐蚀特征，而且其 表面已形成一层比较连续的保护膜，说明本发明组合物对碳钢起到了很好的保护作用，其 缓蚀性能良好。
实施例3：
本发明组合物即碳钢保护剂与其他缓蚀剂缓蚀性能的对比实验。
3.1实验目的。
对于不同的缓蚀剂进行碳钢缓蚀实验，依然利用旋转挂片腐蚀测定法，采用相同的软 水系统、通过比较评判本发明物的缓蚀性能。
3.2实验条件、实验步骤。
同2.2和2.3。
3.3实验结论。
下表为本发明与其他同类缓蚀剂在碳钢表面的试验结果。
表4不同缓蚀剂下碳钢腐蚀速率的比较。阻垢缓蚀剂B为不同重要组分的组合物
产品型号 不加药剂 阻垢缓蚀剂 B 碳钢保护剂TWZL-001 加药量(以补水计) mg/L 0 100 50 75 100 碳钢mm/a 0.9682 0.2316 0.0558 0.0224 0.0202
经过对比可见，在相同的药剂用量下，本发明缓蚀剂对碳钢的腐蚀速率小于其他同类产 品缓蚀剂，并且完全符合国家标准。
在此指出，本发明人就同属于有机膦酸盐的羟基乙叉二膦酸和氨基三亚甲基膦酸进行 了互换试验，实际技术效果相同或近似。
总之，本发明缓蚀剂对碳钢等金属的腐蚀倾向能够起到显著的抑制作用，具有良好的 防腐性能。用于开路软化水系统的碳钢保护剂(TWZL-001)，包括以下组分为：甘氨酸二 甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐、水。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸15-25份、多元醇膦酸酯4-8份， 羟基亚乙基二膦酸4-6份，高分子聚合物锌盐12-18份、水30-55份。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸25份、多元醇膦酸酯5份，羟基 亚乙基二膦酸5份，高分子聚合物锌盐15份、水50份。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
用于开路软化水系统的碳钢保护剂包括以下组分为：甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸 酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐、水。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸15-25份、多元醇膦酸酯4-8份， 羟基亚乙基二膦酸4-6份，高分子聚合物锌盐12-18份、水30-55份。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸25份、多元醇膦酸酯5份，羟基 亚乙基二膦酸5份，高分子聚合物锌盐15份、水50份。
其中多元醇膦酸酯分子式为PO4HR1R2，结构式为
n和m在此共聚物分子式中为已知的整数，并且这些共聚物在本发明中具有相近的效 果。
一般先将丙三醇氧乙基化，然后再膦酸酯化，合成多元醇膦酸酯。羟基乙叉二膦酸， 分子式为C2H8O7P2，结构式为：
通常以三氯化磷、冰醋酸和水为原料生产羟基乙叉二膦酸。
本发明用于开路软化水系统的碳钢保护剂(以下简称TWZL-001)的生产工艺介绍如下：
一、备料：严格按照配方配比，用计量泵依次称取定量的甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇 膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐。
二、生产：开启真空泵，将甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、 高分子聚合物锌盐抽入反应釜中，当反应温度在40～50℃时，开启搅拌(80转/分)，约20 分钟，混匀；在搅拌的情况下，加水使其全部溶解，继续搅拌约20分钟，混匀后分装，即 得本发明物。
三、分装检析：将上述产品一种用于开路软化水系统的碳钢保护剂(TWZL-001)分装 到25公斤塑料包装桶中。
四、采样分析。
五、粘贴标签及合格证并办理入库。
用于开路软化水系统的碳钢保护剂(TWZL-001)的技术性能指标介绍如下：
外观：棕红色液体；
固体含量(％)：＞30
总磷(％)：＞10
pH值(1％水溶液)：1.5-2.5；
密度g/cm3(20℃)：1.1-1.2。
本发明还提供上述用于开路软化水系统的碳钢保护剂作为缓蚀剂的应用。上述用于开 路软化水系统的碳钢保护剂在钢铁系统或化工行业中的循环水处理系统应用时，该碳钢保 护剂按补充水量计，其投加量为20～120mg/l。充分体现出其低剂量的特性。
软水用作冷却水的补充水，在技术上存在几点难点。首先，软水没有硬度，循环使用 存在严重的腐蚀现象，是目前开路系统处理难度最大的循环水系统。尝试采用了其他配方， 均控制不住本系统的腐蚀现象。其次，系统中的溶解氧含量高，水中的溶解氧通常是造成 热力设备腐蚀的主要原因，它可以导致在运行期间和停用期间的氧腐蚀。另外，软水造价 成本颇高，对于必须采用软水为冷却水补水的系统，我们能做的就是尽量减少循环水的排 放量，避免大量软水的流失，这样就要求缓蚀剂等化学处理药剂的性能要非常好。
本发明碳钢保护剂主要由以下的组份组成：甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基 亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐和水组成。本发明的缓蚀剂是由甘氨酸二甲叉膦酸、多 元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸和高分子聚合物锌盐复配而成，本发明还提供了碳钢保护 剂在开路软化水系统的应用。结果表明，该碳钢保护剂具有显著的缓蚀的效果，碳钢腐蚀 速率仅为0.025mm/a，只相当于国家标准的1/5。本发明物适应富含溶解氧、易腐蚀的开路 软化水系统，采用本发明的缓蚀剂用量仅需20-120mg/l就可达到缓蚀的要求，大大节约了 工业耗水量和经济费用，具有良好的经济效益和社会效益。
实施例1：
用于开路软化水系统的铜管保护剂(TWZL-001)，含以下组分(千克)：甘氨酸二甲叉 膦酸25份、多元醇膦酸酯5份，羟基亚乙基二膦酸5份、高分子聚合物锌盐15份、水50 份。
该碳钢保护剂的制备方法为：
1、备料：按照上述配方配比，用计量泵依次称取甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、 羟基亚乙基二膦酸和高分子聚合物锌盐。
2、生产：开启真空泵，甘氨酸二甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸将抽入 反应釜中，当反应温度在40～50℃时，搅拌速度为80转/分的条件下，搅拌20分钟；此后， 加水搅拌，再加入高分子聚合物锌盐，加水继续搅拌约20分钟使其全部溶解，混匀后分装， 即得本发明物。
实施例2：
本发明缓蚀剂(TWZL-001)对碳钢的缓蚀实验。
2.1实验目的。
旋转挂片腐蚀试验方法是在实验室给定的条件下，用试片的损失质量计算出腐蚀率和 缓蚀率来评定水处理剂的缓蚀性能。采用旋转挂片腐蚀测定法，考察开路软化水系统的腐 蚀特性，将通过试验后碳钢的外观颜色变化、失重法测得的腐蚀速率等指标综合评判本发 明物缓蚀性能。
2.2实验条件。
实验水质：实验用水由唐山某连铸净环系统提供；水稳定剂加入量为50mg/L(商品浓 度)；实验水温：50±1℃；试片线速度：170r/min；试片上端与试液面的距离：应大于2cm； 试片规格及表面积：50×25×2mm；28cm2；试验时间：216小时；挂入碳钢片数：每杯中 三片。
试验方法按《水处理剂缓蚀性能的测定------旋转挂片法》GB/T18175-2000标准进行。
2.3实验步骤。
1.用滤纸把挂片表面油脂擦拭干净，然后分别在正己烷和无水乙醇中用脱脂棉擦洗，用滤 纸吸干，置于干燥器中4小时以上，称重，精确到0.0001g，保存于干燥器中，待用。
2.按实验要求，配制好水处理剂储备液。储备液浓度一般为运转浓度的100倍左右。
3.按试验要求准备好实验用水。
4.在试杯中加入水处理储备溶液，加实验用水到一定体积，混匀，即为试液。在试杯外壁 与液面同一水平处做标记，将试杯置于水浴中。
5.待试液达到指定温度时，挂入试片，启动电机，使挂片按一定旋转速度转动，并开始计 时。
6.试杯不加盖，令试液自然蒸发，每4小时补水一次，使液面保持在固定位置。
7.在试验过程中，根据实际要求，可更换试液。
8.当运转时间达到指定值时，停止挂片转动，取出试片并进行外观观察。
9.在腐蚀试验的同时做未加水处理剂的空白试验。
10.将试片用毛刷刷洗干净，然后在酸洗溶液中浸泡3-5分钟，取出，迅速用自来水冲洗后， 立即用氢氧化钠溶液中和约30秒，用自来水、蒸馏水冲洗，用滤纸擦拭并吸干，在无 水乙醇溶液中浸泡约3分钟，用滤纸吸干，置于干燥器中4小时以上，称重，精确到 0.0001g。同时做三片挂片的酸洗空白实验。
11.对酸洗后的试片进行观察，若有点蚀，应测定点蚀的最大深度和单位面积上的数量。
2.4腐蚀实验中水样的分析。
表1实验水样的分析
项目 pH Cl-(mg/L) 电导率 连铸净环水系统 8.41 27.0 371
2.5腐蚀性能实验分析及结论。
1)实验后碳钢试片外观变化。
表2不同加药量下碳钢的腐蚀速率
产品型号 碳钢保护剂(TWZL-001) 加药量 mg/L 0 50 75 100 120 碳钢mm/a 0.9682 0.1228 0.0558 0.0224 0.0202
表3加药量100mg/l试杯中碳钢试片外观变化
水样名称 碳钢试片外观颜 未加药水样 红褐色锈垢，表面发污，附有腐蚀产物 加药水样 无腐蚀现象、挂片表明光泽
2)结论。
实验碳钢挂片速率分析见表2。从表2可知，未加药的空白水样的腐蚀速率为0.9682， 通过实验可知，随着TWZL-001碳钢保护剂浓度的增加，碳钢的腐蚀率逐渐减小，当药剂 投加量达到100mg/l以上时，腐蚀率基本稳定，不再明显变化，说明其使用量存在“阈值效 应”。加入100mg/l本发明组合物即碳钢保护剂后碳钢的腐蚀速率为0.0224mm/a，远远小于 国家要求(＜0.125mm/a)。开路软化水系统中，硬度非常低，但溶解氧含量比较高，设备腐 蚀现象严重，随着试验浓缩倍数提高，循环水含盐量急剧增大，其强腐蚀性离子含量明显 加大，碳钢的腐蚀倾向加剧，但从实验现象可见，碳钢试片没有明显的腐蚀特征，而且其 表面已形成一层比较连续的保护膜，说明本发明组合物对碳钢起到了很好的保护作用，其 缓蚀性能良好。
实施例3：
本发明组合物即碳钢保护剂与其他缓蚀剂缓蚀性能的对比实验。
3.1实验目的。
对于不同的缓蚀剂进行碳钢缓蚀实验，依然利用旋转挂片腐蚀测定法，采用相同的软 水系统、通过比较评判本发明物的缓蚀性能。
3.2实验条件、实验步骤。
同2.2和2.3。
3.3实验结论。
下表为本发明与其他同类缓蚀剂在碳钢表面的试验结果。
表4不同缓蚀剂下碳钢腐蚀速率的比较。阻垢缓蚀剂B为不同重要组分的组合物
产品型号 不加药剂 阻垢缓蚀剂 B 碳钢保护剂TWZL-001 加药量(以补水计) mg/L 0 100 50 75 100 碳钢mm/a 0.9682 0.2316 0.0558 0.0224 0.0202
经过对比可见，在相同的药剂用量下，本发明缓蚀剂对碳钢的腐蚀速率小于其他同类产 品缓蚀剂，并且完全符合国家标准。
在此指出，本发明人就同属于有机膦酸盐的羟基乙叉二膦酸和氨基三亚甲基膦酸进行 了互换试验，实际技术效果相同或近似。
总之，本发明缓蚀剂对碳钢等金属的腐蚀倾向能够起到显著的抑制作用，具有良好的 防腐性能。用于开路软化水系统的碳钢保护剂(TWZL-001)，包括以下组分为：甘氨酸二 甲叉膦酸、多元醇膦酸酯、羟基亚乙基二膦酸、高分子聚合物锌盐、水。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸15-25份、多元醇膦酸酯4-8份， 羟基亚乙基二膦酸4-6份，高分子聚合物锌盐12-18份、水30-55份。
所述各组分的重量份范围优选为：甘氨酸二甲叉膦酸25份、多元醇膦酸酯5份，羟基 亚乙基二膦酸5份，高分子聚合物锌盐15份、水50份。
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