正磷含量對元壩氣田工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響

楊鵬昊，龍飛飛，楊 易

（中石化廣元天然氣凈化有限公司，廣元蒼溪 628415)

正磷含量對元壩氣田工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響

楊鵬昊，龍飛飛，楊 易

（中石化廣元天然氣凈化有限公司，廣元蒼溪 628415)

簡單介紹了循環(huán)水中正磷的一般來源以及元壩天然氣凈化廠循環(huán)水系統(tǒng)特有的正磷來源，簡要說明了正磷濃度對循環(huán)水系統(tǒng)的影響。通過實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析了循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中各種因素對循環(huán)水質(zhì)的影響。針對分析結(jié)果，提出了在藥劑使用過程中應(yīng)注意的問題和改進(jìn)的方法。

高含硫凈化廠；循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；正磷；結(jié)垢；腐蝕

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常采用投加化學(xué)藥劑的方法來控制系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕等問題。工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)大多采用以有機(jī)磷、聚合磷為主要成分的磷系緩蝕阻垢劑，但其受水溫、系統(tǒng)pH值等因素的影響，磷系緩蝕阻垢劑易發(fā)生水解。一定濃度的正磷對于抑制腐蝕存在正促進(jìn)，但是正磷過高既可能引起腐蝕也可能產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。因此在投加磷系緩蝕阻垢劑時(shí)應(yīng)考慮多方面的因素，如補(bǔ)水水質(zhì)、系統(tǒng)水溫和pH值等，在綜合考慮這些因素后，合理地投加藥劑以達(dá)到系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的效果。

1 循環(huán)水系統(tǒng)中正磷的來源

正磷的來源主要有兩個(gè)方面：一是水穩(wěn)劑的水解，磷系配方的水穩(wěn)劑易受多種因素的影響發(fā)生水解，水解速度會隨這些影響因素的不同而有所不同，有機(jī)磷和聚合磷類緩腐蝕阻垢劑隨著時(shí)間推移會逐漸水解為正磷酸根。二是循環(huán)水的補(bǔ)水也有可能帶入正磷。另外，循環(huán)水場的不斷濃縮水質(zhì)，各種離子濃度不斷增大，也是正磷含量升高的另一個(gè)原因。

元壩高含硫天然氣凈化廠采用鍋爐排污降溫水作為循環(huán)水系統(tǒng)的部分補(bǔ)水，由于鍋爐采用爐內(nèi)磷酸鹽處理，排污降溫水存在這一定濃度的磷酸根（平均濃度10mg/L），該部分補(bǔ)水進(jìn)入循環(huán)水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)后經(jīng)過濃縮，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)的磷含量偏高。

2 正磷含量對系統(tǒng)的影響

2.1 CaPO4沉積的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)中由于磷系緩蝕阻垢劑的水解和其他來源無機(jī)磷進(jìn)行累積時(shí)，會與Ca2+離子結(jié)合形成溶解度很低的酸鈣沉積。

在一定水質(zhì)條件中，CaPO4沉積是否產(chǎn)生決定于以下因素：水溫、pH值、鈣硬度和磷酸根含量，而在高濃度倍數(shù)，高負(fù)荷下運(yùn)行的循環(huán)水系統(tǒng)，其水溫、pH值及鈣硬度均較高，一旦磷酸根含量不得到有效控制，發(fā)生CaPO4沉積的風(fēng)險(xiǎn)非常大。

元壩天然氣凈化廠為了盡可能節(jié)約水資源，將高溫高pH且含磷的鍋爐排污降溫水利用循環(huán)水混合冷卻后，進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)作為補(bǔ)水利用，在混合冷卻瞬間，pH在9左右，溫度85～90℃，循環(huán)水的鈣硬度450mg/L，磷酸根含量10mg/L，在如此極端的情況下，必然會形成CaPO4結(jié)晶，沉積在混合接觸面或者以極微小懸浮物狀態(tài)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)的濁度出現(xiàn)變化。

磷酸鹽是構(gòu)成核蛋白（細(xì)胞核的基本分子）、磷酸酯和磷酸糖類的重要原料，是藻類正常生產(chǎn)不可缺少的營養(yǎng)元素，而且只有正磷酸鹽才能被吸收。綠藻細(xì)胞中含磷量約為細(xì)胞干重的2%～3%。

大量菌藻的新陳代謝會影響到水質(zhì)變化。其光合作用大量吸收水中的二氧化碳，使水質(zhì)向堿性變化。當(dāng)藻類死亡，其尸體會產(chǎn)生一些有害的成分。同時(shí)藻類細(xì)胞核中油狀物及環(huán)狀醇在藻類死亡后釋放出來，是循環(huán)水發(fā)臭。藻類尸體又是非活性有機(jī)物，成為異養(yǎng)微生物的碳源，能促進(jìn)異養(yǎng)菌類增加。藍(lán)、綠、硅藻細(xì)胞外壁均有膠質(zhì)，能夠黏結(jié)在設(shè)備上群體滋生，誘發(fā)垢下腐蝕，造成堵塞。

3 正磷含量對循環(huán)水系統(tǒng)影響實(shí)例

元壩凈化廠設(shè)置五套循環(huán)水系統(tǒng)分別為公用工程各單元和四套主裝置提供循環(huán)冷卻水，循環(huán)量合計(jì)10 000m3/h，設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)4～5。補(bǔ)水為工業(yè)新水和鍋爐排污降溫水的混合水。緩蝕阻垢劑配方為有機(jī)磷+鋅鹽配方，設(shè)計(jì)有機(jī)磷的控制指標(biāo)為2～4mg/L。

由于鍋爐排污降溫水連續(xù)不斷地直接進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，其含有的約10mg/L的磷酸根直接進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，雖然經(jīng)過系統(tǒng)水量的稀釋，但是經(jīng)過蒸發(fā)濃縮以后，使系統(tǒng)正磷含量居高不下，同時(shí)緩蝕阻垢劑的逐漸水解也帶來一定量的正磷，該系統(tǒng)的正磷長期處于6～8mg/L，極端情況下由于鍋爐檢修排污等原因，可能會達(dá)到15 mg/L。

由于系統(tǒng)正磷含量較高，與循環(huán)水中的鈣、鋅離子形成磷酸鹽沉積，在分散劑的作用下，微小的沉積物分散在水中，導(dǎo)致濁度飆升，水質(zhì)明顯發(fā)白，嚴(yán)重時(shí)發(fā)白如牛奶。

在對換熱器的定期檢修中，雖未發(fā)現(xiàn)換熱器水側(cè)有明顯結(jié)垢，但仍然發(fā)現(xiàn)管壁附著有大量白色沉積物，無法呈現(xiàn)出與緩蝕藥劑結(jié)合后的光潔表面。

下圖為2015年12月—2016年1月份水質(zhì)情況

4 正磷含量偏高的主要原因

1）高含磷酸鹽鍋爐排污水的連續(xù)補(bǔ)入，是最主要的正磷來源，其貢獻(xiàn)了系統(tǒng)正磷含量的絕大部分，且其屬于連續(xù)不斷的補(bǔ)充，由于鍋爐爐水對于磷酸鹽含量的要求，無法進(jìn)行杜絕。

2）藥劑配方不合理。藥劑配方中含有的有機(jī)磷水解產(chǎn)生的正磷，使循環(huán)水中正磷含量過高，產(chǎn)生了過多的磷酸鹽沉淀，致使系統(tǒng)黏附速率偏高。

5 改善系統(tǒng)正磷偏高的措施及效果

1）改變藥劑配方，3月份開始將藥劑改為無磷的配方，藥劑中不含任何正磷和有機(jī)磷成分，不存在任何因?yàn)樗巹┒鴰胂到y(tǒng)的磷組分。

2）杜絕鍋爐排污降溫水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，徹底將鍋爐排污降溫水切換出循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水，直接從源頭切斷正磷的最直接和重要的來源。

經(jīng)過近三個(gè)月的實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)正磷維持在極低的水平，同時(shí)系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)任何因磷酸鹽而發(fā)生的沉積現(xiàn)象，濁度一直維持在5NTU以下，以下為2016年4月—6月的磷含量與濁度變化情況：

通過以上措施后，總磷含量能控制在0.2mg/L以下，同時(shí)濁度完全能控制在5NTU以下，未發(fā)現(xiàn)任何沉積現(xiàn)象。

6 結(jié)論

通過長期的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，水穩(wěn)劑配方中正磷含量對循環(huán)水系統(tǒng)有較大影響。正磷含量偏高，會使循環(huán)水系統(tǒng)偏結(jié)垢；特別是形成磷酸鈣和鋅鹽的垢以后，附著在換熱器上極難去除。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于含磷藥劑存在者一定的缺陷以及環(huán)保排放的要求，通過采用無磷的緩蝕阻垢劑，根據(jù)每月的實(shí)時(shí)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)垢和腐蝕趨勢，補(bǔ)水各種離子濃度的高低，及時(shí)調(diào)整藥劑的投加量，保證水體中的藥劑含量，使其能對系統(tǒng)起到良好的保護(hù)作用。

Effect of Phosphorus Content on Industrial Circulating Cooling Water System in Yuanba Gas Field

Yang Peng-hao，Long Fei-fei，Yang Yi

The general sources of orthophosphate in recirculating water and the source of positive phosphorus in the circulating water system of Yuanba natural gas purification plant are briefly introduced.The effect of orthophosphate concentration on circulating water system is briefly described.Through the actual monitoring data，the influence of various factors on the circulating water quality during the actual operation of the circulating water system is analyzed.Aiming at the analysis results，the problems that should be paid attention to in the process of pharmaceutical use and the improved method are put forward.

high sulfur purification plant；circulating cooling water system；orthophosphate；scaling；corrosion

TQ085.4

A

1003–6490（2017）11–0064–02

2017–09–04

楊鵬昊（1989—），男，四川閬中人，助理工程師，主要從事油氣田工程工作。