油氣處理廠循環(huán)水設(shè)備防腐阻垢技術(shù)研究

司 小 明

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院， 陜西 西安 710075）

循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，受生產(chǎn)環(huán)境、水質(zhì)波動(dòng)等因素的影響，常在系統(tǒng)管網(wǎng)不同部位產(chǎn)生生物黏泥、鹽垢類沉積物和腐蝕產(chǎn)物等，影響系統(tǒng)換熱效果及長周期運(yùn)行。為保證循環(huán)水系統(tǒng)長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，提高換熱效率，對(duì)裝置需定期進(jìn)行清洗。清洗后，整個(gè)系統(tǒng)再進(jìn)行預(yù)膜，即在冷卻器及管道的金屬表面形成一層薄而致密的抗腐蝕保護(hù)膜，并在循環(huán)水中添加適當(dāng)?shù)姆拦竸┖途徫g劑以延長設(shè)備清洗周期，保持換熱效果。不停車清洗預(yù)膜緩蝕阻垢技術(shù)在循環(huán)水處理系統(tǒng)具有重要的意義[1-4]?，F(xiàn)以哈國油氣處理廠循環(huán)水系統(tǒng)為例，闡述不停車清洗，預(yù)膜并添加藥劑技術(shù)的應(yīng)用情況。

1 技術(shù)路線

1.1 系統(tǒng)參數(shù)與狀態(tài)

該廠循環(huán)水系統(tǒng)由集水池、循環(huán)水泵、水處理設(shè)備、循環(huán)水用戶（各換熱器）、冷卻塔、旁濾系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、排污系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)中循環(huán)水量為1400 m3/h，旁濾處理流量為80 m3/h，排污泵的排污能力為70 m3/h。在進(jìn)行處理前循環(huán)供水、回水溫差只有4 ℃左右，只是冷卻塔設(shè)計(jì)能力的一半，不能把工藝介質(zhì)冷卻到要求的工藝溫度?，F(xiàn)場生產(chǎn)記錄顯示，循環(huán)水供水溫度不高，最高溫度記錄為25 ℃；換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，部分換熱器介質(zhì)流量大大低于設(shè)計(jì)參數(shù)。在循環(huán)水系統(tǒng)供水水量、溫度正常的情況下，冷卻效率低主要是由于換熱器的熱交換效率低造成的。

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)場情況，我們采用不停車的化學(xué)清洗除銹除垢方案，清洗后立即加預(yù)膜劑進(jìn)行預(yù)膜，并定期投加緩蝕阻垢劑來進(jìn)行處理?；瘜W(xué)清洗的目的是去除系統(tǒng)中的水垢、銹垢，提高換熱設(shè)備的效率；化學(xué)清洗后干凈的金屬表面反應(yīng)活性高，預(yù)膜劑可以在金屬表面吸附成保護(hù)膜，降低設(shè)備的腐蝕；投加緩蝕阻垢劑的目的是在循環(huán)水系統(tǒng)正常運(yùn)行中控制系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢。

2 室內(nèi)藥劑篩選

根據(jù)現(xiàn)場循環(huán)冷卻水系統(tǒng)狀態(tài)，采用室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)緩蝕劑和阻垢劑進(jìn)行篩選，并對(duì)藥劑配伍性能進(jìn)行研究。

2.1 現(xiàn)場水質(zhì)分析

對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)使用的現(xiàn)場水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，pH為7.24，其他離子濃度見表1。依據(jù)現(xiàn)場記錄，循環(huán)水濃縮倍數(shù)在2.0上下浮動(dòng)。取現(xiàn)場自來水水樣進(jìn)行室內(nèi)藥劑篩選工作。

表1 循環(huán)水水質(zhì)分析Table 1 The water quality analysis of circulating water g·L-1

2.2 緩蝕劑篩選

針對(duì)現(xiàn)場循環(huán)水的水質(zhì)特點(diǎn)，模擬現(xiàn)場使用環(huán)境，采用旋轉(zhuǎn)掛片法對(duì)緩蝕劑進(jìn)行篩選[5]。在敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中，循環(huán)水有一定的蒸發(fā)，水中各離子濃度都會(huì)發(fā)生變化，因此對(duì)水樣在一定濃縮倍數(shù)時(shí)緩蝕劑的性能進(jìn)行了比較。試驗(yàn)表明，KL1、KL2和PBTCA具有一定的緩蝕性能。對(duì)緩蝕性能較好的三種藥劑加樣量進(jìn)行研究，在水樣濃縮2倍時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可看出，KL2與KL1緩蝕率較高，加藥濃度選擇50 mg·L-1可滿足現(xiàn)場使用。

表2 緩蝕劑篩選（水樣濃縮2倍）Table2 The screening of corrosion inhibitors

2.3 阻垢劑篩選

表3 阻垢劑篩選Table 3 The screening of corrosion inhibitors

采用高溫失鈣法[6]對(duì)阻垢劑進(jìn)行篩選，加藥濃度選擇各藥劑的常規(guī)加藥濃度。結(jié)果表明水樣不濃縮時(shí)各阻垢劑阻垢性能差異很小，這主要是由于水中的鈣離子濃度比較低，采用高溫失鈣法對(duì)水樣處理后，基本沒有鈣垢析出，從而導(dǎo)致各結(jié)果之間差異較小。要對(duì)比藥劑阻垢性能的差異，應(yīng)該在較高的濃縮倍數(shù)下進(jìn)行高溫失鈣試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)過程中水樣濃縮倍數(shù)達(dá)到2.5倍，加藥濃度選擇50 mg·L-1時(shí)，篩選出較好的阻垢劑為 MA-AA、PAAS、HPMA、T-255、KP03，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可看出阻垢效果最好的藥劑是KP03，。

2.4 藥劑配伍性能試驗(yàn)

由于緩蝕劑和阻垢劑在現(xiàn)場是同時(shí)使用，因此對(duì)阻垢劑和緩蝕劑的配伍性能需進(jìn)行研究。試驗(yàn)中對(duì)緩蝕劑KL2與阻垢劑KP03的配伍性能進(jìn)行了研究，二者混合后混合液呈淡黃色，澄清且透明，穩(wěn)定不產(chǎn)生沉淀；二者混合使用時(shí)緩蝕率沒有明顯變化；阻垢效果有一定提高，因此二者具有一定的協(xié)同作用，可混合使用。

2.5 預(yù)膜劑評(píng)價(jià)

清洗劑清洗后的金屬表面活性很高，很容易腐蝕。預(yù)膜處理是系統(tǒng)清洗后，采用預(yù)膜劑使金屬表面快速形成保護(hù)膜，防止腐蝕產(chǎn)生。預(yù)膜劑評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可看出，預(yù)膜劑加藥量在200 mg·L-1以上時(shí)，預(yù)膜效果明顯。

圖1 掛片腐蝕狀況（1-4預(yù)膜劑加量分別為：100, 200, 300, 0 mg·L-1）Fig.1 The corrosion of slices（the dosage of prefilming agent(1-4): 100 mg·L-1, 200 mg·L-1, 300 mg·L-1,0 mg·L-1, respectively）

預(yù)膜的主要目的是防腐，因此將預(yù)膜劑和緩蝕劑結(jié)合起來評(píng)價(jià)藥劑對(duì)金屬的緩蝕效果，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。由表4可看出，經(jīng)過預(yù)膜后投加緩蝕劑，明顯提高了藥劑的緩蝕性能。

表4 預(yù)膜劑對(duì)緩蝕劑性能的影響Table 4 The effect of prefilming agent to corrosion inhibitor

3 現(xiàn)場效果評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場循環(huán)水系統(tǒng)情況，現(xiàn)場處理方案為：1）在涼水塔下的集水盤與水池一次性投加500 kg有機(jī)酸化學(xué)清洗劑，運(yùn)行5 d；2）清洗后置換水，再一次性加入300 kg預(yù)膜劑，運(yùn)行2天；3）水再次置換后加入緩蝕阻垢劑混合液100 kg，運(yùn)行1 d后開始正常運(yùn)行，正常運(yùn)行中每天適量補(bǔ)加緩蝕阻垢劑混合液。操作過程中對(duì)總鐵、Ca2+濃度和濁度進(jìn)行監(jiān)測(cè)[7,8]。

3.1 化學(xué)清洗除垢效果及分析

在整個(gè)現(xiàn)場操作過程中，循環(huán)水濁度一直不高，多數(shù)時(shí)間處在3.0 FTU以下，在補(bǔ)充水量突然增大時(shí)濁度明顯偏高。該廠循環(huán)補(bǔ)充水是自來水，濁度波動(dòng)大。在取樣間隔的4 h里，系統(tǒng)水總體可循環(huán)8次，補(bǔ)充水量突然增大時(shí)，系統(tǒng)濁度會(huì)快速上升，補(bǔ)充水量下降時(shí)，系統(tǒng)濁度又很快恢復(fù)，因此系統(tǒng)的濁度主要受到補(bǔ)充水量和補(bǔ)充水濁度的影響。

清洗期間，循環(huán)水中鈣離子濃度和總鐵濃度顯著提高，清洗效果明顯，結(jié)合清洗監(jiān)測(cè)結(jié)果和排污量，自開始加藥至循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)基本穩(wěn)定，共清洗掉鐵垢（以Fe2O3計(jì)）1.0 kg、鈣垢（以CaCO3計(jì)）166.5 kg。

3.2 腐蝕控制效果

在化學(xué)清洗之前與投加緩蝕阻垢劑之后，在集水池同一位置掛腐蝕掛片（A3鋼）各7 d，監(jiān)測(cè)掛片腐蝕情況。結(jié)果表明化學(xué)清洗處理之前，系統(tǒng)循環(huán)水有一定腐蝕性，腐蝕監(jiān)測(cè)掛片表面除有 1 cm2的斑蝕外，點(diǎn)蝕較多；而加緩蝕阻垢劑處理后，試驗(yàn)后掛片表面仍然光亮如新。試驗(yàn)結(jié)果表明，化學(xué)清洗前平均腐蝕速率為0.107 7 mm·a-1，投加緩蝕阻垢劑后平均腐蝕速率下降到0.002 0 mm·a-1，腐蝕控制效果明顯。

3.3 結(jié)垢抑制效果

不加化學(xué)藥劑時(shí)，現(xiàn)場自來水不同濃縮倍數(shù)下的失鈣率情況如表5所示。循環(huán)水系統(tǒng)投加緩蝕阻垢劑后，失鈣率情況如表6所示。

表5 現(xiàn)場自來水不同濃縮倍數(shù)下的失鈣情況Table 5 The calcium loss of tap water with differentconcentration multiple

表6 現(xiàn)場循環(huán)水加緩蝕阻垢劑后的失鈣情況Table 6 The calcium loss of circulating water after adding agents on site

由表5可看出，在不加緩蝕阻垢劑的情況下，自來水經(jīng)過水浴不間斷加熱濃縮處理后，不同濃縮倍數(shù)下，鈣離子濃度有所不同，在濃縮倍數(shù)為 2.0時(shí)，水中鈣離子濃度達(dá)到最大值34 mg/L，之后隨濃縮倍數(shù)的提高，鈣離子濃度反而下降，失鈣率迅速上升，因此系統(tǒng)投加合適的緩蝕阻垢劑進(jìn)行處理是必要的[9]。與表 5中的不加藥時(shí)自來水不同濃縮倍數(shù)下的失鈣率相比，表6中系統(tǒng)循環(huán)水失鈣率下降明顯，表明投加緩蝕阻垢劑后，鈣析出結(jié)垢的趨勢(shì)明顯下降。

4 結(jié)束語

該廠循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)有機(jī)酸除銹除垢劑清洗，從清洗過程循環(huán)水中鈣離子濃度的變化可看出，換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，清洗效果明顯。從緩蝕阻垢劑投加前后的腐蝕掛片監(jiān)測(cè)情況看，緩蝕阻垢劑產(chǎn)生了良好的緩蝕作用,有效控制了系統(tǒng)腐蝕；從控制結(jié)垢的數(shù)據(jù)分析看，在系統(tǒng)運(yùn)行濃縮倍數(shù)下，失鈣率較自來水失鈣率低，達(dá)到了控制鈣析出結(jié)垢的目的，阻垢效果明顯。實(shí)踐結(jié)果表明不停車清洗、預(yù)膜，并投加適當(dāng)?shù)木徫g阻垢劑進(jìn)行循環(huán)水處理是一種有效方案。

［1］葛墁麗, 余維松. 不停車清洗預(yù)膜技術(shù)在循環(huán)水場的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2010, 30 (3): 89-92.

［2］李鵬.電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不停車清洗預(yù)膜實(shí)踐與評(píng)價(jià)[J]. 輕松排水動(dòng)態(tài), 2007 (4): 10-11.

［3］GB 50050-95工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［4］周本省. 工業(yè)水處理技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002: 168-169.

［5］GB/T 18175-2000. 水處理劑緩蝕性能的測(cè)定: 旋轉(zhuǎn)掛片法[S].

［6］GB/T 16632-1996. 水處理藥劑阻垢性能的測(cè)定：碳酸鈣沉積法[S].

［7］GB 7476-87. 水質(zhì)鈣的測(cè)定EDTA滴定法[S].

［8］F-HZ-DZ - LSYS-0047. 天然鹵水及鹽水—鐵（總鐵、高鐵、亞鐵）的測(cè)定—分光光度法[S].

［9］張曉燕, 陶大富. 塔西南石化廠循環(huán)水提高濃縮倍數(shù)初探[J]. 工業(yè)水處理, 2007, 27(1): 81-83.