判斷煉油廠中循環(huán)冷卻水的腐蝕結(jié)垢傾向性

高 楠，謝海兵，王健生，陳 寧，王新凱，鄭麗群

(1．沈陽(yáng)中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng)，110180;2．中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波，315812;3．中國(guó)石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司，廣西 欽州， 535008)

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判斷煉油廠中循環(huán)冷卻水的腐蝕結(jié)垢傾向性

高 楠1，謝海兵2，王健生3，陳 寧1，王新凱1，鄭麗群1

(1．沈陽(yáng)中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng)，110180;2．中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波，315812;3．中國(guó)石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司，廣西 欽州， 535008)

通過(guò)計(jì)算飽和指數(shù)(L.S.I)為-2.35(小于0)，穩(wěn)定指數(shù)(R.S.I)為11.7(大于7.5)判定出是嚴(yán)重腐蝕型的水質(zhì)。用臨界pH值方法測(cè)得水的實(shí)際pH值小于其臨界pHc值(即7.57<11.32)，說(shuō)明循環(huán)水不結(jié)垢，為腐蝕型水質(zhì)。同時(shí)通過(guò)電化學(xué)及電感探針監(jiān)測(cè)的方法驗(yàn)證，電化學(xué)測(cè)得循環(huán)水樣的腐蝕速率為0.176 8 mm/a，電感探針測(cè)得的循環(huán)水樣的腐蝕速率為0.162 8 mm/a，結(jié)果表明A煉油廠循環(huán)水質(zhì)為嚴(yán)重腐蝕型水質(zhì)。

循環(huán)水 腐蝕 結(jié)垢

1 概述

A煉油廠全廠循環(huán)水共分為四個(gè)系統(tǒng)，其中以四循水為例進(jìn)行分析，其處理量為4 000 m3/h，循環(huán)冷水溫度為34 ℃。在使用冷卻水時(shí)，設(shè)備和管線往往會(huì)有腐蝕、結(jié)垢等現(xiàn)象發(fā)生。判斷循環(huán)水是傾向于腐蝕還是傾向于結(jié)垢，采用計(jì)算飽和指數(shù)(即朗格利指數(shù)L.S.I) 和穩(wěn)定指數(shù)(雷茲諾指數(shù)R.S.I)、臨界pHc值結(jié)垢指數(shù)、并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室電化學(xué)及電感探針監(jiān)測(cè)的方法測(cè)定腐蝕速率，來(lái)分析判斷A煉廠循環(huán)水質(zhì)的腐蝕結(jié)垢性。

2 腐蝕結(jié)垢分析

在判別循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢傾向時(shí)的計(jì)算中，可用飽和指數(shù)L.S.I.、穩(wěn)定指數(shù)R.S.I、臨界pHc值結(jié)垢指數(shù)來(lái)判斷水的腐蝕結(jié)垢傾向性。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室電化學(xué)及電感探針監(jiān)測(cè)的方法驗(yàn)證其腐蝕速率。

煉油廠補(bǔ)充水水質(zhì)應(yīng)符合循環(huán)水的工藝控制要求，濁度應(yīng)不超過(guò)3(NTU)，其它指標(biāo)宜符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3838—2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)一般工業(yè)用水區(qū)的水質(zhì)要求。循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)充水(新鮮水)水質(zhì)分析見(jiàn)表1。由表1得知此屬于低硬度低堿度水質(zhì)，主要依照水的總硬度劃分，總硬度0～30 mg/L稱為低硬度軟水，總硬度30～100 mg/L稱為中硬水，總硬度100 mg/L以上稱為硬水。

2.1 飽和指數(shù)

采用計(jì)算飽和指數(shù)的方法，就是水的pH值相同，重碳酸鹽硬度過(guò)多時(shí)，水容易結(jié)垢；而非碳酸鹽硬度過(guò)多時(shí)，水易于腐蝕，根據(jù)碳酸鈣溶解度平衡式導(dǎo)出了朗格里指數(shù)，亦稱為飽和指數(shù)[1]，即

L.S.I. = pH - pHs

(1)

式中：L.S.I. —飽和指數(shù); pH— 水的實(shí)際pH值;

pHs—水的飽和pH值, 即碳酸鈣處于平衡狀態(tài)時(shí)水的pH值，可按下式計(jì)算：

pHs = 9.3+A+B-C-D

(2)

式中： A —溶解固體系數(shù)，由表1查得； B —溫度系數(shù)，由表2查得； C —鈣硬度系數(shù)，由表3查得； D — 總堿度系數(shù)，由表3查得。

其中，TDS(總?cè)芙夤腆w含量，單位mg/L)和電導(dǎo)率往往存在一種相通的關(guān)系， TDS也可以用來(lái)表示電導(dǎo)率，兩者的關(guān)系：1TDS=0.5 μS/cm(其中μS/cm為電導(dǎo)率的單位)。當(dāng)電導(dǎo)率為97.22 μS/cm時(shí)， TDS=0.5×97.22 =48.61 mg/L。

表1 循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)充水水質(zhì)分析(2015年) mg/L

根據(jù)TDS=48.61 mg/L、鈣硬度平均值為10 mg/L，總堿度為8.44 mg/L，查表2可得A,B,C,D的對(duì)應(yīng)值。

表2 用來(lái)計(jì)算pHs的常數(shù)[2]

代入(2)式：

pHs = 9.3+A+B-C-D

=9.3+0.07+1.88-1.0-0.9

=9.35

根據(jù)(2)式pHs=9.35代入(1)式中：

L.S.I. =pH - pHs

= 7.0-9.35

=-2.35

當(dāng)L.S.I.> 0 時(shí)結(jié)垢；

當(dāng)L.S.I.= 0 時(shí)不腐蝕不結(jié)垢；

當(dāng)L.S.I. < 0 時(shí)腐蝕。

計(jì)算的飽和指數(shù)L.S.I. =-2.35 < 0，是腐蝕型的水質(zhì)。

2.2 穩(wěn)定指數(shù)

1942年雷茲諾( Ryzanr)根據(jù)大量的實(shí)際工程資料經(jīng)研究而得到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式如下:

R.S.I.=2 pHs - pH

(3)

R.S.I.稱為雷茲諾指數(shù)，亦稱穩(wěn)定指數(shù)

式中： pHs依據(jù)(2)式算得9.35，pH為7.0，可用 R.S.I.判斷結(jié)垢腐蝕情況，把數(shù)據(jù)代入(3)式：

R.S.I. =2 pHs - pH

=2× 9.35 - 7.0

物料成本是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本的重要組成部分，物料采購(gòu)協(xié)同，是影響服裝產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率的難題。通過(guò)PDM系統(tǒng)的實(shí)施，采購(gòu)人員可以通過(guò)拍攝物料照片、輸入物料參數(shù)并上傳系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多部門協(xié)同共享物料數(shù)據(jù)；倉(cāng)管部門可以根據(jù)設(shè)計(jì)部門的進(jìn)程與指令及時(shí)調(diào)整樣衣物料的倉(cāng)儲(chǔ)狀況；PDM系統(tǒng)內(nèi)完成入庫(kù)信息采集、領(lǐng)用申請(qǐng)與出庫(kù)管理。通過(guò)系統(tǒng)集成全面開(kāi)展物料管理，可以有效避免物料供應(yīng)延后、計(jì)劃外采購(gòu)和重復(fù)采購(gòu)等問(wèn)題。

=11.7

此煉油廠新鮮水的飽和指數(shù)L.S.I. =-2.35 <0，穩(wěn)定指數(shù)R.S.I. =11.7> 7.5，是嚴(yán)重腐蝕型的水質(zhì)(見(jiàn)表3)。

表3 R.S.I.雷茲諾指數(shù)腐蝕與結(jié)垢判斷指標(biāo)[3]

2.3 臨界pHc結(jié)垢指數(shù)法

晶體生長(zhǎng)理論認(rèn)為碳酸鹽必需要達(dá)到一定的過(guò)飽和度才能析出沉淀，沉淀析出時(shí)溶液的pH 值就是臨界pH 值，即pHc。當(dāng)水的實(shí)際pH 值超過(guò)pHc, 就會(huì)結(jié)垢；小于pHc，就不會(huì)結(jié)垢。法特諾(Fcitler) 在1972 年用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出結(jié)垢時(shí)水的真實(shí)pH 值，即pHc，用于水質(zhì)結(jié)垢傾向的預(yù)測(cè)[3]。

(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

表4 臨界pHc測(cè)定數(shù)據(jù)(以CaCO3計(jì))

(2)結(jié)果與分析

三個(gè)平行樣初始的pH值分別為7.54，7.58和7.58，其平均pH值為：

臨界pHc值腐蝕與結(jié)垢判斷指標(biāo)

pH>pHc結(jié)垢pH=pHc穩(wěn)定pH

由于水的實(shí)際pH值小于其臨界pHc值(即7.57<11.32)，所以循環(huán)水不結(jié)垢為腐蝕型水質(zhì)。

2. 4 電化學(xué)及腐蝕監(jiān)測(cè)法

試驗(yàn)介質(zhì)：四循水樣。試驗(yàn)溫度：35 ℃。儀器：電化學(xué)工作站(三電極體系)、電感探針。

(1)電化學(xué)法

碳鋼等金屬材質(zhì)在循環(huán)水中腐蝕過(guò)程的本質(zhì)是電化學(xué)反應(yīng)。在強(qiáng)極化區(qū)，將陽(yáng)極、陰極極化曲線的塔菲爾線性區(qū)外推得到的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為腐蝕電流密度的對(duì)數(shù)，以此得到腐蝕電流密度，再根據(jù)法拉第定律求得腐蝕速率。

通過(guò)電化學(xué)參數(shù)擬合軟件(見(jiàn)圖1)測(cè)得循環(huán)水樣的腐蝕速率為0.176 8 mm/a。

圖1 電化學(xué)參數(shù)擬合計(jì)算腐蝕速率

(2)電感探針腐蝕監(jiān)測(cè)法

電感探針腐蝕監(jiān)測(cè)是測(cè)量金屬的腐蝕腐蝕損失為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)量腐蝕試片腐蝕減薄引起的交流信號(hào)改變來(lái)計(jì)算腐蝕速率(見(jiàn)圖2)。

圖2 電感探針腐蝕監(jiān)測(cè)

通過(guò)電感探針腐蝕監(jiān)測(cè)測(cè)得的循環(huán)水樣測(cè)得的腐蝕速率為0.162 8 mm/a。依據(jù)國(guó)標(biāo)GB50050—95 《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱設(shè)備的碳鋼腐蝕速率小于0.125 mm/a。電化學(xué)工作站和電感測(cè)得的腐蝕速率，在這種敞開(kāi)式的環(huán)境中，腐蝕速率的控制指標(biāo)與測(cè)得指標(biāo)的對(duì)比，其腐蝕性偏高。

3 結(jié) 論

通過(guò)計(jì)算飽和指數(shù)、穩(wěn)定指數(shù)、臨界pHc結(jié)垢指數(shù)，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室電化學(xué)方法和電感探針監(jiān)測(cè)法驗(yàn)證，此煉油廠循環(huán)水質(zhì)確實(shí)屬于腐蝕性水質(zhì)，說(shuō)明利用以上方法來(lái)確定的結(jié)垢和腐蝕傾向性是可靠的。

確定好循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)類型、再結(jié)合設(shè)備材質(zhì)、工況條件，為煉油廠循環(huán)水系統(tǒng)正確選擇緩蝕劑、阻垢劑、分散劑，優(yōu)化水處理配方，有針對(duì)性地提出工藝控制條件、提供相應(yīng)的清洗、預(yù)膜方案等。有效解決和控制循環(huán)水的腐蝕問(wèn)題，確保裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)運(yùn)行。

[1] 董太一．判斷水的結(jié)垢和腐蝕傾向性的方法[J]．化工給排水設(shè)計(jì)，1984，(3)：26-29.

[2] 周本?。I(yè)水處理技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：44-46．

[3] 張青，吳文輝．臨界pH值在阻垢劑研究中的應(yīng)用[J]．工業(yè)水處理，1999，17(1)：33-34．

(編輯 張向陽(yáng))

Analysis of Corrosion Fouling Tendencies of Cooling Water

GaoNan1,XieHaibing2,WangJiansheng3,ChenNing1,WangXinkai1,ZhengLiqun1

(1.ShenyangZKwellCorrosionControlTechnologyCo.,Ltd.,Shenyang, 110180，China;2.CNOOCNingboDaxiePetrochemicalCo.,Ltd.,Ningbo315812,China;3.PetroChinaGuangxiPetrochemicalCompany,Qinzhou535008，China)

The cooling water in refinery A contains not only dissolved oxygen but also a variety dissolved salts in cooling water. The suspended solids and microorganisms increase with the increase of concentration, which will inevitably cause corrosion and fouling of heat exchange equipment. Therefore, determination of corrosivity and fouling tendency of water and associated effective control are very important for the safe stable operation of the unit. It is determined by computing the saturation index LSI = -2.35 <0 and stability index RSI = 11.7> 7.5 that the water is a seriously corrosive water. The actual critical pH is measured to be less than the critical water pHc value (7.57 <11.32), which indicates that the cooling water does not scale and is a corrosive type water. The monitoring and verification by inductance probe and electrochemical methods confirm that the corrosion rate of water samples measured by electrochemical method is 0.1768mm/a and the cooling water corrosion rate measured by inductance probe is 0.1628mm/a. The results show that the cooling water of the refinery is a seriously corrosive type water.

cooling water, corrosion, fouling

2016-02-02；修改稿收到日期：2016-03-05。

高楠(1985-)，腐蝕工程師，碩士，現(xiàn)今在該公司從事防腐研究工作。E-mail:gaonanbest@163.com