循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢試驗研究

劉 鵬, 魏彥林, 楊志剛, 王 珂

循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢試驗研究

劉 鵬1, 魏彥林2, 楊志剛2, 王 珂2

（1. 陜西延長石油（集團）有限責任公司，陜西 西安 710075； 2. 陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西 西安 710075）

長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水屬典型的負硬度水質(zhì)，含有較高濃度的陰離子SO42-、HCO3-和陽離子Ca2+、Mg2+，易結(jié)垢，且具有較強的腐蝕性。針對這一問題，本研究進行了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢因素分析，并結(jié)合現(xiàn)行各種防腐阻垢控制方式及其主要控制指標，對四種緩蝕阻垢劑 WT-901，WT-225， ZY-121和ZY-310的緩蝕阻垢性能進行分析評價，并對比分析了長慶氣田第二凈化廠使用的緩蝕阻垢劑A的性能，篩選出性能優(yōu)良的緩蝕阻垢劑ZY-310，以解決目前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢問題。

循環(huán)冷卻水；結(jié)垢；腐蝕；緩蝕阻垢劑；性能評價

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是天然氣凈化廠的重要組成部分，長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要用于冷卻凈化裝置區(qū)酸氣、MDEA貧液、空壓站空壓機組和甲醇回收裝置產(chǎn)品甲醇的冷凝。其補充水屬典型的負硬度水質(zhì)，含有較高濃度的陰離子 SO42-、HCO3-和陽離子 Ca2+、Mg2+，冷卻水在經(jīng)過系統(tǒng)的熱交換器、冷卻塔及長短不一的管道傳輸后，會使水中的陰陽離子不斷富集、微生物及細菌繁衍滋生，形成結(jié)垢和生物粘泥，嚴重時還會出現(xiàn)腐蝕穿孔[1-3]，影響到系統(tǒng)的正常運行。因此，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行時需要進行必要的水質(zhì)穩(wěn)定處理[4-6]。

針對長慶氣田第二凈化廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在的問題，進行了系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢因素分析，并結(jié)合現(xiàn)行各種防腐阻垢控制方式及其主要控制指標[7,8]，通過靜態(tài)阻垢試驗、腐蝕試驗、鐵離子沉積抑制性試驗、熱穩(wěn)定性試驗和濃縮倍數(shù)對緩蝕阻垢劑性能影響試驗等，篩選出性能優(yōu)良的緩蝕阻垢劑。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

無水乙醇（AR，國藥集團化學試劑有限公司）；石油醚（沸程60-90℃）（AR，國藥集團化學試劑有限公司）；鹽酸（AR，國藥集團化學試劑有限公司）；六偏磷酸鈉（AR，國藥集團化學試劑有限公司）；氯化銨（AR，西安化學試劑廠）；氨水（AR，西安化學試劑廠）；EDTA（AR，西安化學試劑廠）；試驗掛片材質(zhì)：A3鋼、黃銅、不銹鋼。

1.2 主要儀器

紫外可見分光光度計（SPECORD 200型，德國 Analytik Jena AG）；多功能離子色譜分析系統(tǒng)（ICS5000型、美國DIONEX）；全自動電位滴定儀（T50型，瑞士METTLER TOLEDO）；pH酸度計（PHS-3C，上海儀電科學儀器股份有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 腐蝕試驗

首先用濾紙將試驗掛片表面的防銹油脂擦拭干凈，然后分別在丙酮和無水乙醇中用脫脂棉擦洗，濾紙吸干后置于干燥器中4 h以上，稱量（精確到0.0002 g）；在一定的試驗條件下，將預處理好的試驗掛片置于加有緩蝕阻垢劑的試驗用水中，一段時間后取出，在酸洗溶液中浸泡3～5 min后迅速用蒸餾水沖洗，并立即浸入氫氧化鈉溶液中約30 s，蒸餾水沖洗并用濾紙擦拭吸干，在無水乙醇中浸泡約3 min，濾紙吸干后置于干燥器中4 h以上，稱量（精確到0.000 2 g）。緩蝕阻垢劑的效果可用下式計算腐蝕速率：緩蝕阻垢劑的效果可用下式計算腐蝕速率：

式中：Ra—腐蝕速率，mm/a;

ΔW—試件失量，g;

S —試片的表面積，cm2;

t —腐蝕時間，h;

ρ —試件材料密度，g/cm3;

C—時間換算常數(shù)8.76×103。

1.3.2 阻垢試驗

取配制好的試驗用水分成若干等分，分別加入不同緩蝕阻垢劑，并保留一份作空白，將這些水溶液搖勻后，放入恒溫箱中恒溫一定時間，取出冷卻后，過濾，各取濾液一定體積，加pH=10的緩沖液10 mL，以鉻黑T為指示劑，用EDTA標準溶液滴定，當溶液由紅色滴定到亮藍色為終點。根據(jù)空白水樣與加有阻垢劑水樣的EDTA消耗量來評價阻垢效果。阻垢劑的效果可用下式計算阻垢率：

式中：V0—未加阻垢劑時，滴定所消耗的EDTA標準溶液的體積，mL;

V1—滴定總鈣時所消耗的EDTA標準溶液的體積，mL;

V2—加阻垢劑時，滴定所消耗的EDTA標準溶液的體積，mL。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢因素分析

2.1.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)分析

長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水源井水和補充水水質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。

從表1水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出，補充水屬典型的負硬度水質(zhì)，再加上其總?cè)芄毯枯^高，具有較強的腐蝕性；且水源井水中含有較高的等陰離子和Ca2+、Mg2+等陽離子，存在很大的結(jié)垢傾向。

2.1.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定性分析

分別采用Langelier飽和指數(shù)（L.S.I）對補充水及循環(huán)水在不同溫度下的穩(wěn)定性進行分析判斷，以確定其結(jié)垢和腐蝕傾向，計算結(jié)果如表2所示。從表中L.S.I計算結(jié)果可以看出，在低溫及低濃縮倍數(shù)情況下，已存在較嚴重的結(jié)垢傾向；同時隨著溫度及濃縮倍數(shù)提高，結(jié)垢傾向加劇。

由以上分析可知，長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行工況條件下既有較強的腐蝕性、又有很大的結(jié)垢傾向，因此在選擇水處理方案及藥劑時必須兼顧緩蝕和阻垢兩個方面。

2.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕阻垢試驗

實驗選用WT和ZY系列緩蝕阻垢劑作為長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕阻垢劑，通過靜態(tài)阻垢試驗、腐蝕試驗、鐵離子沉積抑制性試驗、熱穩(wěn)定性試驗和濃縮倍數(shù)對緩蝕阻垢劑性能影響試驗等對緩蝕阻垢劑的性能進行評價，并對比分析了長慶氣田第二凈化廠使用的緩蝕阻垢劑A的性能。

2.2.1 試驗用水

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕阻垢劑的篩選與評價試驗中，試驗用水選用長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)，并配制成濃縮倍數(shù)分別為1.0、2.0、3.0的模擬水，其水質(zhì)特性如表3所示。

2.2.2 靜態(tài)阻垢試驗

靜態(tài)阻垢試驗結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看出，WT-225、WT-901、ZY-121和 ZY-310四種緩蝕阻垢劑的阻垢性能相當，但其阻垢性能均明顯優(yōu)于長慶氣田第二凈化廠原先所使用的緩蝕阻垢劑A，其中WT-225、ZY-310阻垢性能明顯更好一些。

2.2.3 腐蝕試驗

腐蝕試驗結(jié)果如表5所示。從表中可以看出，WT和ZY系列緩蝕阻垢劑的耐腐蝕性能明顯優(yōu)于長慶氣田第二凈化廠原先所使用的緩蝕阻垢劑A；且由于WT和ZY系列緩蝕阻垢劑中含有銅緩蝕劑及點蝕抑制劑，有效地保護了試驗用水對銅及不銹鋼的腐蝕。

2.2.4 鐵離子沉積抑制性試驗

在循環(huán)水系統(tǒng)中，鐵離子的存在一方面會因沉積而導致鐵垢形成，另一方面由于高價鐵離子的沉積會對碳鋼、銅材等產(chǎn)生腐蝕，因此緩蝕阻垢劑要有抑制鐵離子沉積的能力，其試驗結(jié)果如表6所示。

從表6中可以看出，緩蝕阻垢劑A、WT-901和ZY-121基本沒有阻鐵垢的能力，WT-225和ZY-310都能有較好地抑制鐵離子沉積的能力，ZY-310最為突出。

2.2.5 緩蝕阻垢劑熱穩(wěn)定性試驗

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)所使用的緩蝕阻垢劑要求具有良好的耐熱性能，因此在選擇緩蝕阻垢劑時，必須對其熱穩(wěn)定性能進行評價，試驗結(jié)果如表7所示。

從表7中可以看出，ZY-310和WT-225具有良好的熱穩(wěn)定性，適用于對高溫、高堿工況條件下的循環(huán)水進行處理。

2.2.6 濃縮倍數(shù)對緩蝕阻垢性能的影響

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行初期，其濃縮倍數(shù)相對較低，運行一段時間后濃縮倍數(shù)會逐漸升高。隨著濃縮倍數(shù)的增加，其結(jié)垢與腐蝕傾向增加，因此所選擇的緩蝕阻垢劑要對濃縮倍數(shù)有很好的容忍度，即在不同濃縮倍數(shù)下都應具有良好的緩蝕、阻垢性能。濃縮倍數(shù)對緩蝕阻垢性能的影響如表8所示。

從表8中可以看出，ZY-310和WT-225對不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水都有較高的容忍度；其中ZY-310可以在不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水中使用，尤其是在較高濃縮倍數(shù)下，顯示出了優(yōu)良的緩蝕阻垢性能，而緩蝕阻垢劑A和 WT-901對不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水的容忍度相對較差。

通過上述試驗可以看出，WT和ZY系列緩蝕阻垢劑的性能明顯優(yōu)于緩蝕阻垢劑A；從綜合性能方面看，含磺酸基團的ZY-310和WT-225尤為突出，具有很好的緩蝕、阻垢性能。另外，能很好抑制鐵離子沉積及耐高溫是含磺酸基團緩蝕阻垢劑的獨特性能，因此，ZY-310和WT-225 適用于對高溫及不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水進行水質(zhì)穩(wěn)定處理。相比較而言，ZY-310的緩蝕阻垢性能要優(yōu)于WT-225，因此優(yōu)選ZY-310作為長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)的主緩蝕阻垢劑。

3 結(jié) 論

（1）長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水屬典型的負硬度水質(zhì)，含有較高濃度的陰離子SO42-、HCO3-和陽離子Ca2+、Mg2+，易結(jié)垢，且具有較強的腐蝕性。

（2）對比分析了 4種緩蝕阻垢劑 WT-901，WT-225，ZY-121和ZY-310與長慶氣田第二凈化廠使用的緩蝕阻垢劑A的緩蝕阻垢性能，并篩選出緩蝕阻垢性能優(yōu)良的ZY-310，該緩蝕阻垢劑具有良好的緩蝕、阻垢和耐高溫性能，并能很好地分散鐵離子的沉積。

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Research on Corrosion and Scale Inhibition of the Circulatory Cooling Water

LIU Peng1，WEI Yan-lin2，YANG Zhi-gang2，WANG Ke1
（1. Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710075, China；2. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710075, China）

The circulatory cooling water system of the second purge factory of Changqing gas field is typical minus rigidity water. The concentrations of SO42-, HCO3-and Ca2+, Mg2+are high, so it is easy scaling, and has strong corrosive. In response to this problem, the factors of corrosion and scale for circulating cooling water system were analyzed. In additional, combined with existing corrosion and scale inhibition control methods and main control indexes, the corrosion-scale inhibition properties of four kinds of corrosion and scale inhibitors (WT-901, WT-225, ZY-121 and ZY-310) were evaluated. What’s more, the corrosion and scale inhibitor A used in the second purge factory was compared with the four kinds of corrosion and scale inhibitors. At last, corrosion and scale inhibitor ZY-310 with good performance was screened out to solve the corrosion and scaling problem of the circulatory cooling water system.

Circulatory cooling water; Scale; Corrosion; Corrosion and scale inhibitor; Performance evaluation

TQ 050

： A

： 1671-0460（2015）05-0935-04

陜西省“13115”科技創(chuàng)新工程重大科技專項（2010ZDKG-100）。

2014-11-20

劉鵬（1983-），男，陜西綏德人，工程師，注冊安全工程師，主要從事石油開采煉制安全、環(huán)?？萍脊芾砉ぷ鳌?/p>

魏彥林，男，博士，工程師，主要從事油氣田環(huán)境保護方面的研究工作，E-mail：weiyl1016@163.com。