低磷藥劑在高電導率循環水系統中的應用

張凱瑞，孫國風，汪 磊

(上海洗霸科技股份有限公司, 上海 200080)

山東某石化企業循環水電導率可達6570 μs/cm，氯離子高達1300 mg/L，鈣硬度與堿度相對較低，故該循環水的腐蝕性極強而結垢性中等。服務于該石化企業的上一家水處理藥劑廠家不能滿足現場的技術指標要求，碳鋼腐蝕率一般在0.1～0.2 mm/a范圍內。因此，亟需合適且有效的循環水處理技術方案。

根據已掌握的山東某石化企業的循環水水質指標在試驗室進行靜態模擬試驗，開發出能夠適應高電導率高氯離子水質的緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)，將成套水處理技術方案應用于該石化企業。經監測表明，緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)現場應用成功，設備運行平穩，腐蝕率達標，取得良好的環保效益與經濟效益。

1 山東某石化企業的循環水水質概況

該石化企業使用新鮮水與中水兩種補水，從實際情況來看，現場多使用新鮮水進行補水。由于其堿度和鈣硬較高，為防止水質呈結垢趨向，現場日常運行采用加酸控制。從現場取循環水及補水郵寄至公司實驗室進行水質指標分析，得到的水質指標如表1所示：

表1 循環水及補水水質

注：表中的總硬度、鈣硬度、總堿度均以碳酸鈣計。

2 試驗部分

2.1 試驗水質

根據該石化企業的循環水水質檢測結果，使用蒸餾水添加無水氯化鈣、氯化鈉、碳酸氫鈉、七水硫酸鎂、無水硫酸鈉(所使用的藥劑均為分析純)進行模擬循環水的配制。以配置1L模擬水質為例：

①使用無水氯化鈣補鈣硬度：

②使用氯化鈉補剩余的Cl-：

③使用七水硫酸鎂補剩余的硬度：

④使用碳酸氫鈉補堿度：

⑤檢測電導率，使用無水硫酸鈉進行電導率調節。

配置完成，使用水質分析方法進行指標檢測，檢測結果表明配置模擬水與現場循環水質基本相似。

2.2 試驗藥劑與材料

緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)，系公司技術中心自主研發的低磷藥劑。藥劑主要成分：PBTCA，AA/HPA/AMPS三元共聚物，水解聚馬來酸酐，PTSA，水等。

A3碳鋼、不銹鋼I型試片表面積28.0 cm2，A3碳鋼試管Ф10×1×680 mm。

2.3 試驗方法

2.3.1 緩蝕性能試驗

使用配置的模擬水，參照國家標準《GB/T 18175-2014 水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》[4]進行旋轉掛片試驗。使用A3碳鋼材質的I型掛片在水溫為45 ℃，轉速為75 r/min條件下進行72 h的旋轉掛片試驗。

2.3.2 靜態阻垢性能試驗

參照國家標準《GB/T 16632-2008 水處理劑阻垢性能的測定 碳酸鈣沉積法》[5]進行阻垢性能試驗。分別使用國標水質與模擬循環水水質在投加同等藥劑濃度，80 ℃條件下進行10 h的阻垢性能試驗。

2.3.3 動態模擬試驗

參照《HG/T 2160-2008冷卻水動態模擬試驗方法》[6]要求，使用通過旋轉掛片試驗與靜態阻垢試驗篩選出的藥劑及最佳投加濃度進行動態模擬試驗，試驗條件為：使用現場補水在自然pH值下進行試驗，循環流量600 L/h，控制流速為1.25 m/s、出入口溫差在8～10 ℃、濃縮倍數3.5～4倍，連續運行15天，綜合評定該藥劑的緩蝕阻垢性能。

2.4 結果與討論

2.4.1 藥劑投加濃度的篩選結果

通過旋轉掛片試驗和靜態阻垢試驗篩選出緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的最佳投加濃度。

使用模擬水進行旋轉掛片試驗，補水為蒸餾水，使用A3碳鋼I型試片進行試驗。投加不同濃度的緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)，根據掛片失重量計算腐蝕速率，研究不同藥劑濃度對碳鋼的緩蝕作用。試驗結果表明：藥劑濃度越高，掛片上的銹跡越少，水的濁度也越小。具體試驗數據結果如表2所示：

表2 不同藥劑濃度的緩蝕性能試驗結果

因為該石化企業的循環水水質結垢性中等，所以同時使用國標水質進行藥劑的靜態阻垢性能試驗。投加不同濃度的緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)，按碳酸鈣沉積法進行阻垢性能試驗，根據水中Ca2+濃度計算阻垢率，研究不同藥劑濃度的阻垢性能，具體試驗結果數據如表3所示：

表3 不同藥劑濃度的阻垢性能試驗結果

由旋轉掛片與靜態阻垢性能試驗結果可知：隨著緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)使用濃度的增加，腐蝕率降低，阻垢率升高。綜合考慮該石化企業的技術指標要求及運營成本等因素，推薦緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的使用濃度為120 mg/L。

2.4.2 動態模擬試驗結果

以現場取回的補充水進行動態模擬實驗，A3碳鋼試管安裝在換熱器位置，A3碳鋼與不銹鋼I型試片安裝在掛片器內，記錄編號和初始重量，根據失重計算腐蝕率。推薦緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的控制濃度為120 mg/L左右，裝置連續運行15天，定期投加非氧化性殺菌劑，控制微生物繁殖，保持系統連續穩定運行。

試驗過程中完全按照既定的試驗方案執行，未出現藥劑與水質等控制超標的現象。試驗結束后，可以看到A3碳鋼試管內壁有輕微腐蝕痕跡，A3碳鋼試片表面有少量的浮銹，腐蝕不明顯，不銹鋼試片看不到明顯的腐蝕。具體試驗數據結果如表4所示：

表4 動態模擬試驗結果

3 緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)藥劑在該石化企業的現場應用

根據在試驗室的一系列靜態動態試驗結果，將緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)在山東該石化企業的循環水系統中進行現場應用。該石化企業的循環水系統參數如表5所示：

表5 循環水系統參數

現場采用熒光示蹤系統控制緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的投加濃度為120 ～140 mg/L，在運行過程中定期投加適量的非氧化性殺菌劑和粘泥剝離劑，控制微生物的繁殖與粘泥滋生，保證系統的穩定運行。現場進行為期三個月的腐蝕率監測，其結果為：由于該項目裝置內大多數換熱器服務年限較長，在無明顯泄漏的情況下，碳鋼平均腐蝕率為0.0421 mm/a，換熱管的粘附速率為4.36 mg/cm2，均能滿足技術指標要求。

4 結論

(1)針對該山東某石化企業循環水系統的高電導率高氯離子的強腐蝕性的水質，通過靜態及動態試驗結果表明，公司自主研發的低磷緩蝕阻垢劑ZH141ECH(A)的使用濃度為120 mg/L時，可滿足腐蝕率<0.075 mm/a，阻垢率>85%的技術指標要求。

(2)技術中心得到的成套水處理技術方案在山東某石化企業成功應用，現場運行良好，腐蝕率可以控制在0.04～0.06 mm/a之間，長期監測下系統運行平穩，既滿足了環保技術指標要求又能保證良好的經濟效益。