低磷藥劑在高電導(dǎo)率循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

張凱瑞，孫國風(fēng)，汪 磊

(上海洗霸科技股份有限公司, 上海 200080)

山東某石化企業(yè)循環(huán)水電導(dǎo)率可達(dá)6570 μs/cm，氯離子高達(dá)1300 mg/L，鈣硬度與堿度相對較低，故該循環(huán)水的腐蝕性極強(qiáng)而結(jié)垢性中等。服務(wù)于該石化企業(yè)的上一家水處理藥劑廠家不能滿足現(xiàn)場的技術(shù)指標(biāo)要求，碳鋼腐蝕率一般在0.1～0.2 mm/a范圍內(nèi)。因此，亟需合適且有效的循環(huán)水處理技術(shù)方案。

根據(jù)已掌握的山東某石化企業(yè)的循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)在試驗(yàn)室進(jìn)行靜態(tài)模擬試驗(yàn)，開發(fā)出能夠適應(yīng)高電導(dǎo)率高氯離子水質(zhì)的緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)，將成套水處理技術(shù)方案應(yīng)用于該石化企業(yè)。經(jīng)監(jiān)測表明，緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)現(xiàn)場應(yīng)用成功，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，腐蝕率達(dá)標(biāo)，取得良好的環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益。

1 山東某石化企業(yè)的循環(huán)水水質(zhì)概況

該石化企業(yè)使用新鮮水與中水兩種補(bǔ)水，從實(shí)際情況來看，現(xiàn)場多使用新鮮水進(jìn)行補(bǔ)水。由于其堿度和鈣硬較高，為防止水質(zhì)呈結(jié)垢趨向，現(xiàn)場日常運(yùn)行采用加酸控制。從現(xiàn)場取循環(huán)水及補(bǔ)水郵寄至公司實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)分析，得到的水質(zhì)指標(biāo)如表1所示：

表1 循環(huán)水及補(bǔ)水水質(zhì)

注：表中的總硬度、鈣硬度、總堿度均以碳酸鈣計(jì)。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)水質(zhì)

根據(jù)該石化企業(yè)的循環(huán)水水質(zhì)檢測結(jié)果，使用蒸餾水添加無水氯化鈣、氯化鈉、碳酸氫鈉、七水硫酸鎂、無水硫酸鈉(所使用的藥劑均為分析純)進(jìn)行模擬循環(huán)水的配制。以配置1L模擬水質(zhì)為例：

①使用無水氯化鈣補(bǔ)鈣硬度：

②使用氯化鈉補(bǔ)剩余的Cl-：

③使用七水硫酸鎂補(bǔ)剩余的硬度：

④使用碳酸氫鈉補(bǔ)堿度：

⑤檢測電導(dǎo)率，使用無水硫酸鈉進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)節(jié)。

配置完成，使用水質(zhì)分析方法進(jìn)行指標(biāo)檢測，檢測結(jié)果表明配置模擬水與現(xiàn)場循環(huán)水質(zhì)基本相似。

2.2 試驗(yàn)藥劑與材料

緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)，系公司技術(shù)中心自主研發(fā)的低磷藥劑。藥劑主要成分：PBTCA，AA/HPA/AMPS三元共聚物，水解聚馬來酸酐，PTSA，水等。

A3碳鋼、不銹鋼I型試片表面積28.0 cm2，A3碳鋼試管Ф10×1×680 mm。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 緩蝕性能試驗(yàn)

使用配置的模擬水，參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 18175-2014 水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉(zhuǎn)掛片法》[4]進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)。使用A3碳鋼材質(zhì)的I型掛片在水溫為45 ℃，轉(zhuǎn)速為75 r/min條件下進(jìn)行72 h的旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)。

2.3.2 靜態(tài)阻垢性能試驗(yàn)

參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 16632-2008 水處理劑阻垢性能的測定 碳酸鈣沉積法》[5]進(jìn)行阻垢性能試驗(yàn)。分別使用國標(biāo)水質(zhì)與模擬循環(huán)水水質(zhì)在投加同等藥劑濃度，80 ℃條件下進(jìn)行10 h的阻垢性能試驗(yàn)。

2.3.3 動態(tài)模擬試驗(yàn)

參照《HG/T 2160-2008冷卻水動態(tài)模擬試驗(yàn)方法》[6]要求，使用通過旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)與靜態(tài)阻垢試驗(yàn)篩選出的藥劑及最佳投加濃度進(jìn)行動態(tài)模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：使用現(xiàn)場補(bǔ)水在自然pH值下進(jìn)行試驗(yàn)，循環(huán)流量600 L/h，控制流速為1.25 m/s、出入口溫差在8～10 ℃、濃縮倍數(shù)3.5～4倍，連續(xù)運(yùn)行15天，綜合評定該藥劑的緩蝕阻垢性能。

2.4 結(jié)果與討論

2.4.1 藥劑投加濃度的篩選結(jié)果

通過旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)和靜態(tài)阻垢試驗(yàn)篩選出緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的最佳投加濃度。

使用模擬水進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)，補(bǔ)水為蒸餾水，使用A3碳鋼I型試片進(jìn)行試驗(yàn)。投加不同濃度的緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)，根據(jù)掛片失重量計(jì)算腐蝕速率，研究不同藥劑濃度對碳鋼的緩蝕作用。試驗(yàn)結(jié)果表明：藥劑濃度越高，掛片上的銹跡越少，水的濁度也越小。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示：

表2 不同藥劑濃度的緩蝕性能試驗(yàn)結(jié)果

因?yàn)樵撌髽I(yè)的循環(huán)水水質(zhì)結(jié)垢性中等，所以同時(shí)使用國標(biāo)水質(zhì)進(jìn)行藥劑的靜態(tài)阻垢性能試驗(yàn)。投加不同濃度的緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)，按碳酸鈣沉積法進(jìn)行阻垢性能試驗(yàn)，根據(jù)水中Ca2+濃度計(jì)算阻垢率，研究不同藥劑濃度的阻垢性能，具體試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表3所示：

表3 不同藥劑濃度的阻垢性能試驗(yàn)結(jié)果

由旋轉(zhuǎn)掛片與靜態(tài)阻垢性能試驗(yàn)結(jié)果可知：隨著緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)使用濃度的增加，腐蝕率降低，阻垢率升高。綜合考慮該石化企業(yè)的技術(shù)指標(biāo)要求及運(yùn)營成本等因素，推薦緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的使用濃度為120 mg/L。

2.4.2 動態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果

以現(xiàn)場取回的補(bǔ)充水進(jìn)行動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，A3碳鋼試管安裝在換熱器位置，A3碳鋼與不銹鋼I型試片安裝在掛片器內(nèi)，記錄編號和初始重量，根據(jù)失重計(jì)算腐蝕率。推薦緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的控制濃度為120 mg/L左右，裝置連續(xù)運(yùn)行15天，定期投加非氧化性殺菌劑，控制微生物繁殖，保持系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

試驗(yàn)過程中完全按照既定的試驗(yàn)方案執(zhí)行，未出現(xiàn)藥劑與水質(zhì)等控制超標(biāo)的現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)束后，可以看到A3碳鋼試管內(nèi)壁有輕微腐蝕痕跡，A3碳鋼試片表面有少量的浮銹，腐蝕不明顯，不銹鋼試片看不到明顯的腐蝕。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表4所示：

表4 動態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果

3 緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)藥劑在該石化企業(yè)的現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)在試驗(yàn)室的一系列靜態(tài)動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果，將緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)在山東該石化企業(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。該石化企業(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)如表5所示：

表5 循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)

現(xiàn)場采用熒光示蹤系統(tǒng)控制緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的投加濃度為120 ～140 mg/L，在運(yùn)行過程中定期投加適量的非氧化性殺菌劑和粘泥剝離劑，控制微生物的繁殖與粘泥滋生，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)場進(jìn)行為期三個(gè)月的腐蝕率監(jiān)測，其結(jié)果為：由于該項(xiàng)目裝置內(nèi)大多數(shù)換熱器服務(wù)年限較長，在無明顯泄漏的情況下，碳鋼平均腐蝕率為0.0421 mm/a，換熱管的粘附速率為4.36 mg/cm2，均能滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

(1)針對該山東某石化企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)的高電導(dǎo)率高氯離子的強(qiáng)腐蝕性的水質(zhì)，通過靜態(tài)及動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明，公司自主研發(fā)的低磷緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的使用濃度為120 mg/L時(shí)，可滿足腐蝕率<0.075 mm/a，阻垢率>85%的技術(shù)指標(biāo)要求。

(2)技術(shù)中心得到的成套水處理技術(shù)方案在山東某石化企業(yè)成功應(yīng)用，現(xiàn)場運(yùn)行良好，腐蝕率可以控制在0.04～0.06 mm/a之間，長期監(jiān)測下系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，既滿足了環(huán)保技術(shù)指標(biāo)要求又能保證良好的經(jīng)濟(jì)效益。