降低淡化海水腐蝕性的研究與應(yīng)用

薛　瑞，曹　陽，孫　肖，仇進(jìn)城

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津300131）

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降低淡化海水腐蝕性的研究與應(yīng)用

薛瑞，曹陽，孫肖，仇進(jìn)城

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津300131）

天津大港區(qū)某化工企業(yè)使用淡化海水作為循環(huán)冷卻水的補(bǔ)水，針對淡化海水腐蝕性強(qiáng)的特性，使用補(bǔ)水管道緩蝕劑和循環(huán)水系統(tǒng)緩蝕劑，同時(shí)配合殺菌劑，提出循環(huán)水成套處理方案。經(jīng)過4 a的現(xiàn)場應(yīng)用，該循環(huán)水系統(tǒng)總鐵平均質(zhì)量濃度低于0.5mg/L，碳鋼掛片和監(jiān)測管的平均腐蝕率為0.012mm/a，監(jiān)測管沉積速率為6.08mcm，符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—2007）要求。

淡化海水；循環(huán)水；腐蝕；緩蝕劑

目前大部分工礦企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水幾乎占到企業(yè)總用水量的70%～80%，而淡水資源短缺是各企業(yè)普遍存在的現(xiàn)象，開發(fā)利用非傳統(tǒng)水資源顯得尤為重要。淡化海水用作循環(huán)冷卻水在解決用水緊缺的同時(shí)，也增加了循環(huán)水系統(tǒng)處理維護(hù)的難度。淡化海水硬度堿度低、氯根高，對補(bǔ)水管道和運(yùn)行設(shè)備都有極強(qiáng)的腐蝕性。

天津大港區(qū)某化工企業(yè)供乙烯、汽油加氫、丁二烯裝置的循環(huán)水場使用淡化海水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水。該循環(huán)系統(tǒng)容量3.8萬m3，循環(huán)量7.0萬m3/h，系統(tǒng)換熱設(shè)備材質(zhì)主要為碳鋼和海軍銅。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)共有旁濾12臺，單臺過濾處理能力為250 m3/h，有冷卻塔18臺，單臺處理能力4 500m3/h，冷卻塔都為機(jī)械通風(fēng)逆流冷卻塔。針對該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)特點(diǎn)，篩選出了適合淡化海水用的緩蝕劑和成套水處理方案，通過4 a多的現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行，處理效果良好，各項(xiàng)指標(biāo)符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—2007）要求。

1　試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)方法

旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)：參考《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉(zhuǎn)掛片法》（GB/T 18175—2000），使用RCC-Ⅱ型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)。各試驗(yàn)pH均調(diào)至8.5左右，溫度50℃，控制濃縮倍數(shù)為4.5，試驗(yàn)96 h，轉(zhuǎn)速為75 r/min，試驗(yàn)材質(zhì)包括20#、A3碳鋼、黃銅。

冷卻水動態(tài)模擬試驗(yàn)：參考《冷卻水動態(tài)模擬試驗(yàn)方法》（HG/T 2160—2008）?？刂茲饪s倍數(shù)為5，貯水量70 L，循環(huán)量180 L/h，蒸汽溫度（100±2）℃，進(jìn)水溫度32℃，出水溫度40～45℃，pH 8.2～8.6，試驗(yàn)材質(zhì)包括20#、A3碳鋼、黃銅。

1.2淡化海水水質(zhì)指標(biāo)及腐蝕結(jié)垢趨勢判斷

試驗(yàn)所用淡化海水均取自天津大港新泉海水淡化廠，該企業(yè)為大港電廠發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)提供海水，使用超濾膜作預(yù)處理，采用國際最先進(jìn)的反滲透及能源回收系統(tǒng)生產(chǎn)海水淡化水。淡化海水具體水質(zhì)如表1所示。

表1　淡化海水水質(zhì)

該循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)控制在5，淡化海水原水和濃縮5倍水的R.S.I.指數(shù)顯示，該淡化海水腐蝕性極強(qiáng)，淡化海水原水和濃縮5倍水的R.S.I.指數(shù)分別為14.47、10.83。實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)碳鋼掛片顯示，淡化海水原水腐蝕率為1.96mm/a，濃縮5倍后腐蝕率為1.07mm/a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—2007）中≤0.075 mm/a要求。

2　處理方案

2.1補(bǔ)水管道的腐蝕及管道緩蝕劑的應(yīng)用

該廠補(bǔ)水管道為鑄鐵管道，在使用淡化海水之前，其管道未作任何防腐措施，補(bǔ)水管道末端出水中總鐵含量持續(xù)走高，由開始的0.1mg/L最高升到3.62mg/L，管道嚴(yán)重腐蝕，補(bǔ)水呈黃色。

針對此狀況以及補(bǔ)水水質(zhì)，篩選出由有機(jī)磷酸為主的緩蝕劑TS-215C，配合氯化鈣和硫酸鋅水溶液組成管道緩蝕劑，總共投加質(zhì)量濃度共25mg/L。2011年2月中旬開始在補(bǔ)水管道前端持續(xù)投加管道緩蝕劑，經(jīng)過半個(gè)月的運(yùn)行，管道末端補(bǔ)水總鐵含量回落到1mg/L以下。

2.2緩蝕劑的篩選

淡化海水緩蝕劑的篩選極其重要，直接影響日常循環(huán)冷卻水的運(yùn)行狀況。淡化海水的pH較低，濃縮5倍后pH仍然低于8，提高水體pH是減緩水體腐蝕的有效措施。淡化海水總堿度和總硬度都很低，結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較低，因此重點(diǎn)考慮篩選適用于淡化海水的緩蝕劑。

在濃縮5倍的淡化海水中，投加NaOH固體，保持水質(zhì)pH在8.2～8.5。同時(shí)投加由有機(jī)磷酸、丙烯酸類聚合物、磺酸類聚合物和銅緩蝕劑按不同比例復(fù)配成的6種緩蝕劑（TS-528A～TS-528F），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室篩選評價(jià)，結(jié)果見表2。

表2　各類緩蝕劑實(shí)驗(yàn)室旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2可以看出，其中TS-528E和TS-528F在投加質(zhì)量濃度為60、80、100mg/L時(shí)，都能達(dá)到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—2007）標(biāo)準(zhǔn)要求，即碳鋼腐蝕速率≤0.075mm/a，不銹鋼腐蝕速率≤0.005mm/a的要求?？紤]到緩蝕效果和經(jīng)濟(jì)效益，選擇TS-528E和TS-528F，投加質(zhì)量濃度80 mg/L，進(jìn)行動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3　緩蝕劑動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表3可以看出，緩蝕劑TS-528F在動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)中具有良好的穩(wěn)定性，緩蝕效果突出，在淡化海水作補(bǔ)水的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中能夠起到很好的緩蝕作用，能夠滿足循環(huán)水場現(xiàn)場要求〔1〕。

2.3殺菌劑的投加

該廠循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)量大，細(xì)菌黏泥較難控制，現(xiàn)場投加氯系殺菌劑，每天維持5 h余氯在0.5mg/L以上，間隔投加異噻唑啉酮或1227殺菌劑100mg/L，保持細(xì)菌總數(shù)低于1×105mL-1。同時(shí)檢驗(yàn)了緩蝕阻垢劑TS-528F和殺菌劑之間的配伍性，配伍性實(shí)驗(yàn)顯示，它們之間相互藥效不減弱，配伍性良好。

3　現(xiàn)場應(yīng)用效果

該廠循環(huán)水系統(tǒng)2009年底開始運(yùn)行，從2011年初開始使用此成套技術(shù)方案，即投加TS-215C等管道緩蝕劑共25mg/L，投加緩蝕阻垢劑TS-528F 80mg/L，殺菌劑氧化型與非氧化型交替使用，控制循環(huán)水pH在8.2～8.5。

其后連續(xù)4 a對該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明，控制濃縮倍數(shù)為5，進(jìn)出口溫差6～8℃的條件下，循環(huán)水系統(tǒng)總鐵平均質(zhì)量濃度低于0.5mg/L，碳鋼平均腐蝕速率為0.012mm/a，平均沉積速率6.08mcm。

2015年初，部分換熱器檢修，打開換熱設(shè)備，內(nèi)壁干凈，無明顯腐蝕坑點(diǎn)，無黏泥和垢塊沉積，處理效果良好。

4　結(jié)論

淡化海水用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，可有效降低淡水的使用量。根據(jù)淡化海水的特殊水質(zhì)選擇針對性強(qiáng)的緩蝕阻垢劑，合理投加殺菌劑，形成成套水處理方案，是解決此類問題的有效途徑。

［1］高溪，劉磊，郭猛，等.海水淡化水的腐蝕控制研究與應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，2013，33（4）：88-89.

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1005-829X（2016）07-0106-02

薛瑞（1981—），工程師。電話：13662147215，E-mail：xuerui0016@163.com。

2016-03-18（修改稿）