任化琴,李爱玲,李昌富 (中原石油化工有限责任公司,河南 濮阳457000) 摘 要:针对中原乙烯循环水的浓缩倍数偏低和系统发生腐蚀的问题,筛选出一种以磺化丙烯酸,有机解羧酸等为主剂的适合高浓缩倍数运行配方。现场应用在浓缩倍数4.0条件下,运行指标和监测数据达到并优于中石化规定的要求,碳钢、铜、不锈钢换热器无明显锈蚀、污垢发生,无点蚀及锈瘤。 关键词:循环冷却水;缓蚀阻垢剂;腐蚀性水质;动模试验 中图分类号:TU991.27 文献标识码:B 文章编号:1009-2455(2001)O1-0020-03 前言 浓缩倍数是循环水运行管理的一项重要指标,提高浓缩倍数能够节省药剂和水量,但首先必须解决高浓度离子对换热设备造成的腐蚀和结垢问题。中原乙烯循环冷却水装置的设计能力2×104m3/h,而实际运行能力为14000m3/h,系统保有水量6100m3,自1995年开车以来,浓缩倍数N值平均为2.5,且在水质较差时发生腐蚀现象,碳钢挂片腐蚀率达到0.1128mm/a,铜挂片腐蚀率0.009mm/a,均达不到碳钢腐蚀速率0.075mm/a,铜腐蚀速率0.005mm/a,不锈钢腐蚀速率0.005mm/a的要求[1]。为提高循环水装置运行的经济性,并严格控制腐蚀和结垢,经过旋转挂片试验、静态阻垢试验及动态模拟试验,筛选出的缓蚀阻垢剂配方,较好地满足了循环水的各项要求。 1 补水水质和设备情况 1.1 补水水质 1998年以前,中原乙烯循环水系统补水全部来自黄河水。为解决黄河水断流问题,开始使用脱碱后的地下水作补充水。补充水中黄河水占60%,脱碱地下水占40%,补充水的水质见表1。 表1 补充水水质分析结果项目 | 脱碱地下水 | 黄河水 | Ca2+/(mg·L-1) | 40 | 135 | 总碱度/(mmol·L-1) | 2.1 | 3.18 | pH | 8.12 | 8.34 | Cl-/(mg·L-1) | 48 | 90 | SO42-/(mg·L-1) | 44.7 | 112.5 | 总固体/(mg·L-1) | 278 | 560 | 通过计算在浓缩倍数N=4.5倍时,经混合后的循环水pH值为9.13,饱和pH为6.2,Ryzner稳定指数为3.27[2],水质属严重结垢型。但是浓缩4.5倍后Cl-已超过300mg/L,SO42-达387mg/L。这些腐蚀性强的离子又给系统带来严重腐蚀。因此,要求循环冷却水的药剂配方既要能解决结垢问题,也要能解决腐蚀问题。 1.2 设备情况 全厂共有换热器约120台,铜(T2)换热器32台,不锈钢(1Cr18Ni9Ti)换热器24台,其余为碳钢(20#钢)换热器。换热器设计进水温度≤32℃,总回水温度≤42℃。 2 缓蚀阻垢配方的筛选 试验共选了6种缓蚀阻垢剂,其中BC-605系列4种:BC-605H1、BC-605H2、BC-605H3、BC-605H4。该系列缓蚀阻垢剂主要成分是磺化丙烯酸、有机磷竣酸、BPTA、丙烯酸酯多元共聚物等。配方中各组份配比含量不同;S-113;系统原使用药剂(其主要成分为磷酸盐、EDP、BPTA等)。试验用水水质按表1所示,浓缩倍数4.5。试验药剂浓度分别为50mg/L、60mg/L和70mg/L3种。 2.1 静态阻垢试验 用配水的方法使试液的Ca2+及碱度达到250mg/L,P042-为5mg/L,然后加药剂,浓缩1.5倍,80℃下恒温10h,再分别测出水中钙离子的含量、计算出碳酸钙、磷酸钙的阻垢率。结果如表2、表3所示。 表2 碳酸钙阻垢率药剂浓度/(mg·L-1) | 阻垢率/% | BC-605H1 | BC-605H2 | BC-605H3 | BC-605H4 | 原使用药剂 | S-113 | 50 | 79.2 | 63.8 | 88.8 | 90.3 | 86.8 | 87.6 | 60 | 80.0 | 68.1 | 91.0 | 96.1 | 86.0 | 89.3 | 70 | 83.4 | 75.7 | 89.5 | 90.3 | 73.8 | 85.2 | 表3 磷酸钙阻垢率药剂浓度/(mg·L-1) | 阻垢率/% | BC-605H1 | BC-605H2 | BC-605H3 | BC-605H4 | 原使用药剂 | S-113 | 50 | 23.9 | 21.4 | 26.8 | 30.4 | 15.2 | 18.6 | 60 | 26.6 | 25.7 | 30.4 | 33.6 | 17.8 | 24.5 | 70 | 29.8 | 25.4 | 33.9 | 35.1 | 19.6 | 25.2 | 2.2 旋转挂片腐蚀试验 根据阻垢试验结果,选取BC-605系列中阻垢效果最好的BC-605H3,BC-605H4两种与原使用药剂以及S-113作对比。采用3种材质挂片(20#碳钢、不锈钢和铜)进行旋转挂片试验。结果如表4所示。由表4可知以BC-605H4的腐蚀率最低。 表4 不同药剂浓度的腐蚀速率药剂浓度/(mg·L-1) | 试片材质 | 腐蚀率/(mm·a-1) | BC-605H3 | BC-605H4 | 原使用药剂 | S-113 | 50 | 碳钢挂片 | 0.0219 | 0.0146 | 0.0165 | 0.0157 | 不锈钢挂片 | 0.0001 | 0 | 0.0002 | 0.0002 | 铜挂片 | 0.0002 | 0 | 0.0001 | 0.0002 | 60 | 碳钢挂片 | 0.0170 | 0.0123 | 0.0170 | 0.0148 | 不锈钢挂片 | 0.0001 | 0 | 0.0001 | 0 | 铜挂片 | 0.0001 | 0 | 0.0001 | 0.0001 | 70 | 碳钢挂片 | 0.0142 | 0.0116 | 0.0136 | 0.0150 | 不锈钢挂片 | 0 | 0 | 0.0001 | 0.0001 | 铜挂片 | 0.0001 | 0.0001 | 0.0001 | 0.0001 | 2.3 动态模拟试验 根据上述试验结果,同时考虑到经济性,选S-113和BC-605H。两种药剂进行动态模拟试验。药剂浓度60mg/L,试片为20#碳钢、不锈钢和铜3种材质洞时用φ10×1的碳钢试管2支。动模12d后投加有机溴杀菌剂30mg/L。结果如表5所示,从表中看出,BC-605H4的腐蚀率均低于S-113,同时前者的成膜厚度较后者厚,试管粘附速率前者也较后者低(S-113粘附速率已超标)。 表5 动态模拟试验结果药剂名称 | 项目 | 碳钢挂片 | 不锈钢挂片 | 铜挂片 | 碳钢管 | BC-605H4 | 外观 | 有色晕干净 | 有色晕无腐蚀 | 少色晕无点蚀 | | 膜厚/μm | 48 | 16 | 14 | | 腐蚀率/(mm·a-1) | 0.025 | 0.0031 | 0.0004 | 0.015 | 粘附速率/m.c.m | | | | 9.8 | S-113 | 外观 | 有色晕少腐蚀 | 有色晕无点蚀 | 少色晕无点蚀 | | 膜厚/μm | 32 | 15 | 12 | | 腐蚀率/(mm·a-1) | 0.037 | 0.0045 | 0.0007 | 0.023 | 粘附速率/m.c.m | | | | 17.6 | 以上试验结果表明,BC-605H4更适合于中原乙烯的特殊水质,可以作进一步的工业应用试验。 3 现场应用 3.1 浓缩倍数及药剂浓度 系统浓缩倍数初步控制在3.5-4.0之间,后来又逐步提高到4.0以上。表6给出了试用期间的月均浓缩倍数。 根据上述试验结果并考虑用药的经济性,试验药剂浓度控制在60mg/L左右。 3.2 细菌和浊度控制 为控制细菌数量,减少因生物粘泥带来的腐蚀,日常杀菌是每天冲击性投加液氯l-2次。加氯机出现故障时用氯锭(主要成分是次氯酸钠)代替。另外,每20d左右交叉投加非氧化性杀菌剂1次,以剥离管壁上沉积的生物粘泥。异氧菌量严格控制在小于1×105个/mL(正常运行时为103-104左右)。 浊度的控制主要通过旁滤地进行,旁滤量为5%-6%,正常运行情况下浊度小于5.0mg/L。 3.3 监测挂片和监测换热器 表6给出了试用8个月来监测挂片和监测换热器的腐蚀和结垢情况。其中3月份因运行水温过低(平均为20℃)和循环水系统有物料泄漏,造成碳钢监测挂片腐蚀率偏高,经采取措施后恢复正常。氯离子在320-350mg/L情况下运行,不锈钢挂片腐蚀率为0。 表6 现场试用结果 mm·a-1项目 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 平均浓缩倍数 | 4.01 | 3.88 | 3.95 | 4.05 | 3.97 | 4.20 | 4.08 | 碳钢挂片腐蚀率 | 0.0027 | 0.133 | 0.027 | 0.0014 | 0.0013 | 0.0012 | 0.0013 | 不锈钢挂片腐蚀率 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 铜挂片腐蚀率 | 0 | 0 | 0.0004 | 0.0025 | 0.0023 | 0.00051 | 0.0003 | 碳钢试管腐蚀率 | | 0.0873 | | | 0.001 | | 0.01164 | 不锈钢使馆腐蚀率 | | 0.0010 | | | 0.0009485 | | 0.00093 | 其中4月份小修期间,为检验药剂配方的实际运行效果,打开部分换热器进行了检查。经过将近4个月的运行,设备状况良好,换热器内部无粘泥,无点蚀,无锈瘤和结垢,换热器不需任何清洗。其中检查两台不锈钢换热器无点蚀,无应力腐蚀。 4 结论 4.1 BC-605H4缓蚀阻垢剂比较适合中原乙烯的水质特点,平均N值由2.5提高到4.0。而且因黄河水质恶化导致的腐蚀和结垢倾向得到了控制,水质状况良好。 4.2 腐蚀速度的降低使设备的大修周期由1a提高到2-3a,每年节省的全厂设备检修费就达上千万元。 4.3 N值由25提高到4.0用F污量由121m3/h降为69m3/h,每年可节水41×104t,折合人民币50多万元。另外,因排污量的减少,每年少交排污费80多万元,具有良好的环境效益。 参考文献: [1]中国石化集团公司.炼油化工企业工业水管理制度[M].北京:中国石化集团公司1999.7. [2]周本省.工业水处理技术[M].北京:化学工业出版社.1997
作者简介: 任化琴(1965-),女,1989年毕业于南京农业大学,本科,工程师,现从事水质分析工作。 李爱玲(1971-),女,1993年毕业于郑州工学院水利及环境工程系,本科,工程师,现从事水处理技术管理工作。 |