無(wú)磷緩蝕阻垢劑在大型石化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊繼，周兆年，馬研

（江蘇精科霞峰環(huán)保科技有限公司，江蘇　常州　213022）

無(wú)磷緩蝕阻垢劑在大型石化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊繼，周兆年，馬研

（江蘇精科霞峰環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇常州213022）

為了滿足環(huán)保對(duì)無(wú)磷排放的要求，通過(guò)系列試驗(yàn)篩選出由聚環(huán)氧琥珀酸、聚天冬氨酸、緩蝕劑等復(fù)配而成的無(wú)磷緩蝕阻垢劑JC-602，在石化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用，JC-602投加量在90～120 mg/L，控制總鋅質(zhì)量濃度為0.8～1.6 mg/L，系統(tǒng)濃縮倍數(shù)在4.0～6.0，運(yùn)行結(jié)果表明，生產(chǎn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)良好，取得了良好的處理效果。

無(wú)磷緩蝕阻垢劑；循環(huán)冷卻水；聚環(huán)氧琥珀酸；聚天冬氨酸

隨著國(guó)家對(duì)于污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，無(wú)磷和低磷水質(zhì)穩(wěn)定劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用應(yīng)是循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的發(fā)展方向。目前，各類無(wú)磷水質(zhì)穩(wěn)定劑的試驗(yàn)研究較多［1-3］，但真正在大型循環(huán)冷卻水系統(tǒng)成功應(yīng)用的案例并不多。

華中地區(qū)某乙烯廠第二循環(huán)水場(chǎng)主要為供熱電聯(lián)產(chǎn)裝置、空分裝置、乙烯低溫罐裝置提供冷卻水，設(shè)備材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼和黃銅，補(bǔ)充水使用長(zhǎng)江水。該循環(huán)水場(chǎng)原采用磷系水質(zhì)穩(wěn)定劑配方，為了適應(yīng)環(huán)保排放對(duì)磷的要求，擬于2015年8月調(diào)整為無(wú)磷處理方案。為開(kāi)發(fā)該循環(huán)冷卻水的無(wú)磷水質(zhì)穩(wěn)定劑處理方案，本研究對(duì)無(wú)磷緩蝕阻垢劑JC-602的無(wú)磷處理方案進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，并考察了該無(wú)磷處理方案的工程應(yīng)用效果。

1　試驗(yàn)部分

1.1儀器和藥劑

（1）儀器。PCC-1旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置。

（2）藥劑。緩蝕阻垢劑JC-602，由聚天冬氨酸（PASP）、聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）、AA/AMPS三元共聚物作為阻垢組分，以鋅鹽配合銅緩蝕劑復(fù)配而成，外觀呈淡黃色液體，是一種綠色、無(wú)磷的水處理藥劑。

1.2試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)用水為長(zhǎng)江水。水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.1　Experimenta1 water characteristics

1.3試驗(yàn)方法

（1）靜態(tài)阻碳酸鈣垢試驗(yàn)。試驗(yàn)方法參照GB/ T 16632—1996《水處理劑阻垢性能的測(cè)定碳酸鈣沉積法》。試驗(yàn)條件：溫度為（80±1）℃，Ca2+（以CaCO3計(jì)）的質(zhì)量濃度為 600 mg/L，HCO3-（以CaCO3計(jì)）的質(zhì)量濃度為732 mg/L，pH值為9.0，恒溫10 h。

（2）靜態(tài)緩蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)方法參照HG/T 18175—2000《水處理劑緩蝕性能測(cè)定 旋轉(zhuǎn)掛片法》。試片材質(zhì)：20#碳鋼，不銹鋼和黃銅，面積均為28.0 cm2；溫度為（45±1）℃；試片線速度為（0.35±0.02）m/s；時(shí)間為72 h。

（3）動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)方法參照HG/T 2160—2008《冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法》。試驗(yàn)條件見(jiàn)表2。

表2　動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)條件Tab.2　Condition of dynamic simu1ation test

2　結(jié)果與討論

2.1靜態(tài)阻碳酸鈣垢試驗(yàn)結(jié)果

靜態(tài)阻碳酸鈣垢試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　靜態(tài)阻碳酸鈣垢試驗(yàn)結(jié)果Tab.3　Resu1ts of static ca1cium carbonate sca1e inhibition test

結(jié)果表明：無(wú)磷緩蝕阻垢劑JC-602投加量為70 mg/L時(shí)，阻垢率達(dá)到100%，阻碳酸鈣垢性能非常優(yōu)良。

PESA具有無(wú)磷、非氮結(jié)構(gòu)，可生物降解，兼具阻垢和緩蝕雙重功效，是一種真正的綠色水處理劑［4］，結(jié)構(gòu)中含有羧基和醚基 2種基團(tuán)，使得PESA具有較好的阻碳酸鈣垢作用。PASP對(duì)碳酸鈣垢能在較低的濃度完全阻垢，是優(yōu)良的碳酸鈣阻垢劑［5］。

2.2靜態(tài)緩蝕試驗(yàn)結(jié)果

靜態(tài)緩蝕試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 靜態(tài)緩蝕試驗(yàn)結(jié)果Tab.4　Resu1ts of static corrosion inhibition test

結(jié)果表明：當(dāng)水體中不含氨氮時(shí)，無(wú)磷緩蝕阻垢劑JC-602投加量為70 mg/L時(shí)，對(duì)碳鋼、不銹鋼和黃銅均具有優(yōu)良的緩蝕性能；當(dāng)水體中氨氮的質(zhì)量濃度為15 mg/L時(shí)，JC-602投加量需要提高到90 mg/L，才有優(yōu)良的緩蝕性能。

藥劑中的鋅鹽和銅緩蝕劑為主要緩蝕劑，再加上PESA與鋅鹽之間有良好的協(xié)同緩蝕效應(yīng)［6］，能有效抑制多金屬腐蝕。

2.3動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果

無(wú)磷處理方案一般通過(guò)分析水體中的鋅離子濃度，比濁法測(cè)定聚合物濃度［7］，或者采用熒光示蹤技術(shù)［8］來(lái)監(jiān)測(cè)藥劑濃度，本研究采用控制水中總鋅濃度的方法來(lái)確定藥劑投加量?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中濁度、懸浮物、總鐵、微生物等因素的影響，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)中藥劑的投加量要明顯高于靜態(tài)試驗(yàn)，因此，JC-602投加量采用90～120 mg/L。動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果Tab.5　Resu1ts of dynamic simu1ation test

結(jié)果表明：系統(tǒng)濃縮倍數(shù)在4.0～6.0時(shí)，不管是監(jiān)測(cè)腐蝕掛片、還是試管的腐蝕速率、黏附速度和污垢熱阻值均達(dá)到中石化標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)等級(jí)中的“好”級(jí)別，具有優(yōu)良的緩蝕、阻垢效果。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

該循環(huán)水場(chǎng)循環(huán)水量為38 000 m3/h，系統(tǒng)保有水量為15 000 m3/h，排污水量為211 m3/h，進(jìn)出口溫差為8～10℃。

含磷處理方案過(guò)渡到無(wú)磷處理方案：停用原有藥劑，沖擊性投加JC-602無(wú)磷緩蝕阻垢劑200 mg/L，增大補(bǔ)排水量，將系統(tǒng)濃縮倍數(shù)從4.5降到3.0，置換7～10 d，當(dāng)系統(tǒng)中總磷的質(zhì)量濃度低于1.0 mg/L時(shí)，轉(zhuǎn)入無(wú)磷處理方案。無(wú)磷處理方案見(jiàn)表6。

表6 無(wú)磷處理方案Tab.6　Schemes of phosphorus-free treatment

從運(yùn)行的水質(zhì)數(shù)據(jù)看，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)控制良好，總鐵數(shù)值較低，腐蝕狀況控制良好，不加酸自然pH值運(yùn)行，鈣硬度和總堿度之和在800 mg/L，系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)控制在4.0～6.0，比之前含磷處理方案控制略高，總鋅的質(zhì)量濃度控制在0.8～1.6 mg/L。循環(huán)水水質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7 循環(huán)水水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.7　Characteristics of circu1ating water

從8月份～12月份的5個(gè)月的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，碳鋼掛片的腐蝕率一直保持在≤0.04 mm/a，不銹鋼和銅的腐蝕率≤0.002 mm/a，碳鋼管黏附速率≤8 mg/（cm2·m），各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GB/T 50050—2007的要求，說(shuō)明綠色、無(wú)磷緩蝕阻垢劑JC-602的無(wú)磷處理方案緩蝕阻垢性能優(yōu)良，滿足了生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行要求。

4　結(jié)論

（1）靜態(tài)阻碳酸鈣垢試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)表明，無(wú)磷緩蝕阻垢劑JC-602投加量在90 mg/L時(shí)，阻垢率達(dá)到100%，對(duì)碳鋼、不銹鋼和黃銅的緩蝕率均大大低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，綜合性能優(yōu)良。

（2）經(jīng)過(guò)近半年的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，無(wú)磷緩蝕阻垢劑JC-602投加量在90～120 mg/L時(shí)，控制水中總鋅的質(zhì)量濃度為0.8～1.6mg/L，系統(tǒng)濃縮倍數(shù)為4.0～6.0，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)良好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)要求。

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，藥劑投加量的控制是通過(guò)分析水中總鋅的含量來(lái)調(diào)節(jié)，由于控制范圍小，再加上分析誤差、監(jiān)測(cè)儀器準(zhǔn)確度和靈敏度等因素影響，導(dǎo)致藥劑投加量波動(dòng)大，這是限制無(wú)磷緩蝕阻垢處理技術(shù)大規(guī)模推廣的一個(gè)因素，如何更好地檢測(cè)和控制藥劑濃度成為今后發(fā)展和研究的重點(diǎn)。

［1］譚衛(wèi)剛，陸柱，李燕.無(wú)磷鎢系水處理劑緩蝕阻垢研究［J］.腐蝕與防護(hù)，2001，22（6）：237-239.

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［5］陳瓊嬋，張冰如，李風(fēng)亭.聚天冬氨酸與其它阻垢分散劑的協(xié)同效應(yīng)［J］.工業(yè)用水與廢水，2006，37（2）：69-72.

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［7］梁漢國(guó)，陳邦.工業(yè)循環(huán)水中無(wú)磷緩蝕阻垢劑濃度的控制方法［J］.廣東化工，2012，39（12）：70-72.

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Application of phosphorus-free corrosion and scale inhibitor to largescale circulating cooling water system in petrochemical industry

YANG Ji，ZHOU Zhao-nian，MA Yan
（Jiangsu Jinco Xiafeng Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Changzhou 213022，China）

In order to meet the non-phosphorus discharge requirement for environmenta1 protection，phosphorus-free corrosion and sca1e inhibitor JC-602 consists of po1yepoxysuccinic acid，po1yaspartic acid and corrosion inhibitors，was used in circu1ating coo1ing water system of petrochemica1 industry.The operation resu1ts of the system indicated that，under the condition that the dosage of JC-602 was 90-120 mg/L，the mass concentration of tota1 zinc was 0.8-1.6 mg/L，the concentration mu1tip1e of the system was 4.0-6.0，the production equipments ran steadi1y and had good monitoring data，which gained a good treatment effect fina11y.

phosphorus-free corrosion and sca1e inhibitor；circu1ating coo1ing water；po1yepoxysuccinic acid；po1yaspartic acid

X703.5

A

1009-2455（2016）02-0055-03

楊繼（1976-），男，江蘇常州人，工程師，大專，主要從事水處理技術(shù)研究，（電子信箱）jyang@jincoxf.com。

2016-02-25（修回稿）