無磷水穩(wěn)劑在軟水水質(zhì)條件下的應用

馬力

（中海油東方石化有限責任公司，海南東方572600）

1 引言

循環(huán)水水穩(wěn)劑目前仍大量采用磷系配方，磷系配方具有價格便宜、效果好的優(yōu)點，但排放易引起水體富營養(yǎng)化等環(huán)保問題，易引起菌藻類的大量增殖，為避免磷排放造成的環(huán)保問題，循環(huán)水處理藥劑由傳統(tǒng)的磷系配方逐漸被無磷環(huán)保配方替代。海南某煉化企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)補充水水質(zhì)類型為南方典型的低硬度、低堿度軟水水質(zhì)，腐蝕傾向強，同時循環(huán)水系統(tǒng)供應用戶均為高溫高壓的換熱器，其運行熱負荷高，換熱器進出口溫差大，因此在運行至一定濃縮倍率之后，水的結垢傾向會明顯突出，要求無磷藥劑配方的阻垢性能必須滿足運行要求。

2 應用條件

2.1 系統(tǒng)參數(shù)

該系統(tǒng)為煉化企業(yè)用循環(huán)水廠，由5間逆流式機械通風冷卻塔組成，系統(tǒng)總循環(huán)水量：20000m3/h，保有水量：7500m3，回水溫度：36～40℃，給水溫度：28～32℃，濃縮倍率：≥5.0，系統(tǒng)材質(zhì)：碳鋼、不銹鋼、銅。

2.2 補充水水質(zhì)

循環(huán)水系統(tǒng)補充水水源為經(jīng)絮凝沉淀的水庫水，受降雨、臺風等環(huán)境因素影響，其水質(zhì)隨季節(jié)稍有變化，典型水質(zhì)數(shù)據(jù)如下表1。

表1 循環(huán)水補水水質(zhì)

用穩(wěn)定指數(shù)(Ryznar指數(shù)）判斷該類型水質(zhì)的傾向，該循環(huán)水補充水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)為9.564，判斷為嚴重腐蝕型水質(zhì)。

2.3 無磷藥劑方案的確定

為了滿足環(huán)保排放要求，該循環(huán)水系統(tǒng)要求采用完全無磷處理方案。所用主藥劑為：ECH3x無磷復合水穩(wěn)劑，該劑以水為溶劑，主要組分為羧酸-磺酸二元共聚物、烷基羧酸共聚物、水解聚馬來酸酐（PHMA）以及其他助劑復合組成。該劑是一種環(huán)境友好型水穩(wěn)劑，有較好的阻CaCO3垢、Ca3（PO4)2垢能力，對多種金屬均有較好的緩蝕作用。

配合使用的復合殺菌劑ECH18是以改性季銨鹽為主劑，復配其他輔劑的高效殺生劑，同時改性季銨鹽對石化系統(tǒng)較為常見的點蝕現(xiàn)象具有良好的覆蓋作用，有效阻止腐蝕電流的產(chǎn)生。

3 配方的小試

本次使用的無磷水穩(wěn)劑，是針對本系統(tǒng)低硬度、堿度的軟水水質(zhì)特點而設定開發(fā)的。為確保藥劑的正常使用，我們選擇在不同水質(zhì)濃縮倍率條件下進行了旋轉掛片、靜態(tài)阻垢試驗及動態(tài)模擬試驗，以確定最佳藥劑投加濃度及使用條件。

3.1 不同濃縮倍率條件的緩蝕性能試驗

根據(jù)補充水特點，當濃縮倍率增加后，水的結垢傾向會增加，而腐蝕傾向會減弱，因此重點考察、比較不同藥劑濃度條件下的緩蝕性能。

試驗設定：無磷藥劑ECH3x投加濃度按其組分數(shù)據(jù)作用，進行多因素矩陣計算后，優(yōu)選 60 mg/l，75 mg/l，85mg/l三個點作為本次小試濃度，濃縮倍數(shù)：1.0～5.0倍。試驗方法參照《GB／T 18175-2014水穩(wěn)劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》，試驗結果如圖所示：

根據(jù)試驗結果，在濃縮倍率為1～5倍范圍時，藥劑濃度在大于等于75ppm時腐蝕率均小于0.04mm/a，優(yōu)于中石化《Q SH 0374-2010水穩(wěn)劑復合阻垢緩蝕劑技術要求》技術要求的腐蝕率小于0.04mm/a。

3.2 不同濃縮倍率條件下的阻垢性能

設定運行濃縮倍率4～8倍運行條件，ECH3x濃度選擇60 mg/l，75 mg/l，85mg/l三個點。試驗方法參照《GBT 16632-2008水穩(wěn)劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》，針對各濃縮倍率條件下的阻垢試驗結果如下：

根據(jù)試驗結果表明，在不同藥劑濃度條件下，濃縮倍率增加后，阻垢率呈下降趨勢，總體性能在4～8倍，濃縮倍率均滿足需求。

3.3 動態(tài)模擬試驗

以現(xiàn)場補充水作為動態(tài)模擬實驗系統(tǒng)的補水，藥劑投加量：無磷藥劑ECH3x投加濃度為65～70mg/L，ECH18投加濃度20～25mg/l，試管不預膜，連續(xù)運行15天。每日投加一次殺菌劑控制微生物繁殖，系統(tǒng)濃縮5～7倍運行。運行結果如下：碳鋼試管腐蝕速率0.0417mm/a，黃銅試管腐蝕速率0.0020mm/a，不銹鋼試管腐蝕速率0.0021 mm/a，年污垢熱阻2.19×10-5m2·℃/W。

動態(tài)模擬實驗說明該無磷藥劑配方在模擬運行的水質(zhì)條件下取得了較好的效果，腐蝕率及試管粘附速率均優(yōu)于設計規(guī)范技術要求。

4 生產(chǎn)應用

在小試結束后，我們結合生產(chǎn)需求確定了無磷水處理藥劑ECH3x的運行濃度為65～70mg/L，補充水水質(zhì)為廠區(qū)新鮮工業(yè)用水，水質(zhì)運行條件按照動態(tài)模擬實驗控制要求。

生產(chǎn)現(xiàn)場的應用自2月初開始，投加無磷藥劑ECH3x、ECH18及交替投加氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑控制微生物的繁殖，對監(jiān)測換熱器運行狀態(tài)逐月跟蹤記錄，至次年2月，實施時間為一年。循環(huán)水濃縮倍率運行范圍3～7倍，平均濃縮6倍。期間因生產(chǎn)介質(zhì)泄漏，循環(huán)水系統(tǒng)進行了一次不停車清洗，清洗過程中因大量投加清洗劑、消泡劑，隨后進行了必要的水質(zhì)置換，全過程總計12天濃縮倍率低于5倍。

監(jiān)測換熱器的全年統(tǒng)計典型數(shù)據(jù)：碳鋼掛片月平均腐蝕率為0.016mm/a，碳鋼換熱管平均腐蝕率為0.03mm/a；不銹鋼掛片平均腐蝕率0.001mm/a，不銹鋼換熱管腐蝕率0.002mm/a；黃銅試片平均腐蝕率0.002 mm/a，黃銅試管腐蝕速率0.003mm/a，粘附速率平均為7.57 mcm。監(jiān)測結果完全滿足國家標準工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范GB50050-2007碳鋼腐蝕率小于0.075mm/a的要求，不銹鋼、銅的腐蝕率均滿足要求。

該循環(huán)水系統(tǒng)實施無磷方案一年來，各種材質(zhì)的監(jiān)測試管、掛片腐蝕率、粘附速率均低于循環(huán)水設計規(guī)范的要求，即使在介質(zhì)泄漏清洗期間，其當月掛片腐蝕、粘附速率仍優(yōu)于標準要求。藥劑的整體運行效果良好。

5 結論

①通過旋轉掛片腐蝕試驗表明，在循環(huán)水逐漸濃縮過程中的軟水水質(zhì)條件下，該無磷藥劑的緩蝕性能均能達到使用要求效果良好，藥劑緩蝕性能均滿足要求，且優(yōu)于國家規(guī)定的技術標準。②根據(jù)試驗結果，當無磷藥劑ECH3x使用濃度大于75mg/l，濃縮倍率運行在4.0～8.0的條件下，平均阻垢率大于95%。靜態(tài)阻垢實驗表明，在較高濃縮倍率條件下，該無磷藥劑阻垢性能仍然能夠取得優(yōu)良的阻垢效果。③通過生產(chǎn)現(xiàn)場一年以來的實踐檢驗，本無磷藥劑性能及應用方案達到并優(yōu)于國家規(guī)定的技術要求，整體運行效果良好，取得了較為滿意的運行效果。