工業循環冷卻水系統正磷含量對系統的影響

葉曉林，劉 遠

中國石化集團北京燕山石油化工有限公司水務氣體管理中心，北京 102500

0 引言

敞開式循環冷卻水系統通常采用投加化學藥劑的方法來控制系統的結垢、腐蝕等問題。工業循環水系統大多采用以有機磷、聚合磷為主要成分的磷系緩蝕阻垢劑，但其受水溫、系統PH值等因素的影響，磷系緩蝕阻垢劑易發生水解。正磷過高既可能引起腐蝕也可能產生結垢現象。因此在投加磷系緩蝕阻垢劑時應考慮多方面的因素，如補水水質、系統水溫和pH值等，在綜合考慮這些因素后，合理地投加藥劑以達到系統平穩運行的效果。

1 循環水系統中正磷的來源

正磷的來源主要有兩個方面：一是水穩劑的水解，磷系配方的水穩劑易受多種因素的影響發生水解，水解速度會隨這些影響因素的不同而有所不同。二是循環水的補水也有可能帶入正磷。另外，循環水場的不斷濃縮水質，各種離子濃度不斷增大，也是正磷含量升高的另一個原因。

2 正磷含量對系統的影響

為了盡可能節約水資源，循環水系統通常是在高濃縮倍數的情況下運行的，濃縮倍數越大要求系統的穩定性就越高，稍微的腐蝕或是結垢傾向都會對循環水系統造成很大的影響。緩蝕阻垢劑水解產生的正磷酸鹽易與水中的鈣、鋅離子產生磷酸鹽垢，容易形成難以去除的硬垢，影響換熱器的換熱效果；生成的磷酸鹽垢還會引起垢下腐蝕，使換熱器穿孔而損壞。

正磷酸鹽還是菌藻的營養物，大量的菌藻會吸附系統中的懸浮物及泥沙、塵土等，形成附著或堆積的軟泥性沉積物。這些沉積物不僅會降低換熱器的換熱效果，引起設備的腐蝕、降低藥劑的效能。

3 正磷含量對循環水系統影響實例

燕山石化水務管理中心五供水六循的補水以地下水為主，鈣離子濃度為300mg/L左右，濃縮倍數長期在4左右運行，循環水鈣離子濃度在1 200mg/L左右，屬于高鈣高硬循環水；下面以五供水六循2010的實際運行情況為例說明。

六循4月份～9月份水質及補水情況如下表所示：

六循 5月 6月 7月 8月 9月循環水正磷（mg/L） 5.81 6.09 5.013 4.72 4.85新鮮水總磷（mg/L） 0.22 0.35 0.33 1.86 0.17新鮮水耗（噸） 50686 60251 55202 54895 47101循環水鈣離子（mg/L） 1200 1240 1228 1254 1235冷凝水正磷（mg/L） 3.0～4.0

腐蝕速率（mm/a） 0.032 0.034 0.034 0.035 0.035粘附速率（m.c.m） 17.500 17.2000 18.800 18.800 12.900循環水總磷（mg/L） 8.58 8.41 7.81 8.09 9.72循環水鋅離子（mg/L） 3.67 3.93 4.83 3.56 4.39

從表中可以看出，5月～7月循環水中正磷和鈣離子濃度均較高，系統粘附率一直居高不下，但系統腐蝕速率偏低。對表格中數據作如下分析：

1）藥劑配方不合理。藥劑配方中含有正磷加上水解產生的正磷，使循環水中正磷含量過高，產生了過多的磷酸鹽沉淀，致使系統粘附速率偏高；2）鍋爐冷凝水補水。冷凝水中正磷含量為3.0mg/L～4.0mg/L范圍內，當將冷凝水補進循環系統后，系統正磷過高，產生磷酸鹽沉淀，使系統粘附速率偏高，腐蝕速率偏低。

針對以上原因，采取以下方法來改善水質狀況。

1）改變藥劑配方

8月開始將藥劑改為有機磷＋磺酸共聚物的配方，藥劑中不含正磷，循環系統中有機磷的含量相對提高。總磷控制在7.0mg/L～8.0mg/L范圍內，但從8月的實際運行效果看，系統的粘附速率與7月相比沒有下降，分析原因為冷凝水的補水對循環系統正磷含量有一定的影響。

2）提高系統總磷含量

維持系統冷凝水補水量，將總磷提高到9.72mg/L運行，系統粘附速率從8月的18.8m.c.m降到了9月的12.9m.c.m，循環系統結垢趨勢得到了緩解。

4 結論

通過長期的現場監測數據分析，水穩劑配方中正磷含量對循環水系統有較大影響。正磷含量偏高，則會使循環水系統偏結垢；正磷含量偏低，在循環水系統表面不能形成有效的保護膜，使循環水系統偏向腐蝕，設備得不到有效的保護。實際運行中需合理的選擇藥劑配方和藥劑投加量，充分發揮正磷的積極作用，最大限度的減少其負面影響；

在實際生產過程中，根據每月的實時水質監測數據，分析循環水系統的結垢和腐蝕趨勢，補水各種離子濃度的高低以及正磷含量的多少，及時的更改藥劑的投加量，調整好總磷的控制指標，保證水體中的有機磷含量，使其能對系統起到良好的保護作用。另外，根據每種藥劑配方的性質不同，及時調節循環水系統的pH值控制范圍，避免緩釋阻垢劑發生水解和變質，充分發揮藥劑的緩釋阻垢能力，可以避免大量的水耗藥耗浪費，節省生產成本。

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