水處理藥劑動態(tài)模擬實驗研究及應(yīng)用

楊海燕

（中油股份獨山子石化分公司研究院防腐研究中心，新疆 獨山子 833699）

0 引言

動態(tài)模擬試驗是一種對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢狀況進(jìn)行研究的測試方法。這種試驗裝置是動態(tài)的、有傳熱面和熱交換器，模擬生產(chǎn)上冷卻器的材質(zhì)、壁溫和水流動狀態(tài)等，是試驗室內(nèi)評定水穩(wěn)配方和工藝條件的一種理想的綜合性測試方法，試驗數(shù)據(jù)可為中試及現(xiàn)場應(yīng)用提供依據(jù)。綜合前期靜態(tài)阻垢和旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕阻垢實驗的分析數(shù)據(jù)，初步確定8#、7#這兩組藥劑配方能夠滿足公司中水回用循環(huán)水系統(tǒng)的水處理藥劑緩蝕阻垢性能使用要求。但由于5#藥劑是現(xiàn)場在用配方，便于性能對比，針對8#、7#、5#這3組藥劑配方的最佳投加濃度進(jìn)行動態(tài)模擬評價實驗。

1 動態(tài)模擬評價實驗

1.1 動態(tài)模擬試驗方案

根據(jù)靜態(tài)緩蝕阻垢劑篩選評價實驗選出的3組藥劑，按照藥劑配方控制濃度、實驗水質(zhì)條件、動模過程水質(zhì)控制參數(shù)、實驗過程要求及條件、實驗結(jié)果討論等內(nèi)容制定動態(tài)模擬實驗方案，以比較不同藥劑緩蝕阻垢性能的優(yōu)劣程度，選擇較優(yōu)藥劑配方參與乙烯廠循環(huán)水系統(tǒng)水處理藥劑招標(biāo)，提高循環(huán)水緩蝕阻垢處理效果。主要實驗方案如下：

（1）藥劑控制濃度：動態(tài)模擬試驗方法執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《冷卻水動態(tài)模擬試驗方法》HG/T 2160-2008。表1為開展動態(tài)模擬試驗的3組藥劑配方及濃度；

表1 動態(tài)模擬試驗各組藥劑配方控制濃度

（2）實驗水質(zhì)條件：新水取用現(xiàn)場新水，中水取用凈化水場活性炭過濾器出水，兩種水樣的取樣地點定在凈化水聯(lián)合車間；動態(tài)模擬試驗水質(zhì)按新水與中水1:1摻混。試驗水樣每兩天拉運一次，防止久置變質(zhì)；

（3）試驗所需殺菌劑：由乙烯廠提供：氧化性殺菌劑采用次氯酸鈉；非氧化性殺菌劑采用7330NC；

（4）試驗所需緩蝕、阻垢劑：試驗所需藥劑由乙烯廠技術(shù)處負(fù)責(zé)聯(lián)系廠家提供，由乙烯廠技術(shù)處以盲樣形式交付；

（5）試驗濃縮倍數(shù)按5～8倍控制，表2為動態(tài)模擬試驗評定水質(zhì)控制參數(shù)；

表2 動態(tài)模擬試驗評定水質(zhì)控制參數(shù)

（6）根據(jù)要求制定相應(yīng)實驗方案，交由研究院、乙烯廠技術(shù)處和公司科技信息處共同審核、確認(rèn)、審批后，方可進(jìn)行試驗；

（7）對所選動模的藥劑進(jìn)行全面分析，以便盡可能掌握其理化指標(biāo)；

（8）實驗試片、試管為：20#鋼，不做預(yù)膜處理；

（9）試驗時間：18天，試驗過程派技術(shù)人員監(jiān)督試驗全過程；

（10）試驗結(jié)果討論：動模實驗18天結(jié)束后停機，分別取出試片和試管，試管干燥后稱重，測粘附速率，然后分別對試片、試管進(jìn)行清洗，除去污垢稱重，測其腐蝕率。并對實驗現(xiàn)象及結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評價，篩選出最佳的藥劑配方。

1.2 實驗過程及結(jié)果

動態(tài)模擬實驗的整個實驗過程完全按照實驗方案執(zhí)行。具體實驗結(jié)果如下：

（1）實驗用水每隔一天拉水一次，保證實驗用水質(zhì)量。嚴(yán)格按照1:1配置實驗水；

（2）動模實驗期間的水質(zhì)分析，嚴(yán)格按照方案及合同要求分析檢測；

（3）實驗試管、試片均按照標(biāo)準(zhǔn)方法制備、處理和評價；

（4）表3為3組藥劑的實驗數(shù)據(jù)匯總；

表3 實驗數(shù)據(jù)匯總

（5）圖1～圖3為3組藥劑循環(huán)水掛片器中20#碳鋼掛片照片匯總（左邊正面、右邊反面）。

從3#藥劑的掛片來看，5#藥劑有較多腐蝕產(chǎn)物，有較明顯的腐蝕；7#藥劑試片表面有少量浮銹，腐蝕不顯著；8#藥劑試片，表面有少量的腐蝕痕跡，腐蝕不顯著；

（6）3組藥劑的循環(huán)水中20#碳鋼試管腐蝕剖面圖；

圖4～圖6為3組藥劑的試管解剖圖，由圖中可看出，5#藥劑試管內(nèi)壁腐蝕比較嚴(yán)重，有明顯的腐蝕痕跡；7#藥劑試管內(nèi)壁有輕微腐蝕痕跡，腐蝕不明顯；8#藥劑試管內(nèi)壁有輕微腐蝕痕跡，腐蝕不明顯。

（7）3組藥劑的循環(huán)水污垢熱阻曲線圖匯總

圖7～圖9為污垢熱阻趨勢圖，從圖中可以看出，5#、7#、8#藥劑的循環(huán)水污垢熱阻均控制在0.2×10-4m2·℃.W-1以下，換熱效率較好；

（8）動態(tài)模擬試驗過程中濃縮倍數(shù)控制情況

濃縮倍數(shù)在5～6倍的情況下，分析鈣離子（以CaCO3計）濃度變化情況，表4為動模試驗濃縮倍數(shù)在5～6倍時分析結(jié)果。

表4 動模試驗濃縮倍數(shù)在5～6倍時分析結(jié)果

表4（續(xù)）

由試驗數(shù)據(jù)可見，濃縮倍數(shù)控制在5～6倍時，鈣離子（以CaCO3計）濃度均在600mg.L-1以下，因此實際運行過程中控制鈣離子（以CaCO3計）濃度≤600mg.L-1即可。

1.3 實驗結(jié)論

（1）該實驗完全按照技術(shù)方案要求控制各項技術(shù)參數(shù)，過程中未出現(xiàn)控制超標(biāo)等現(xiàn)象；

（2）本次動態(tài)模擬實驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《冷卻水動態(tài)模擬試驗方法》HG/T 2160-2008。所使用的DM-C型循環(huán)冷卻水動態(tài)模擬試驗裝置為大連光明化工研究所研制，即標(biāo)準(zhǔn)起草單位研制，該儀器全部采用電腦自動化控制，控制精準(zhǔn)。該方法和實驗設(shè)備完全滿足實驗要求；

（3）該實驗過程質(zhì)量控制按照《計量認(rèn)證手冊》執(zhí)行，完全保證了實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實性；

（4）動態(tài)模擬實驗過程中，表5為3組藥劑的主要控制參數(shù)pH、總磷或有機磷、鋅離子等，從分析結(jié)果的匯總情況來看，3組藥劑的投加情況及水質(zhì)控制情況良好，未出現(xiàn)明顯的失控現(xiàn)象，3組試驗的結(jié)果具有代表性。

表5 3組藥劑動模試驗過程主要參數(shù)控制情況

（5）試驗過程中出現(xiàn)的問題及建議

1）實驗過程中，5#冷卻塔填料及補水桶，沉積了大量黑色絮凝狀雜質(zhì)，但從水質(zhì)分析來看，實驗水樣無明顯差別；

2）實驗過程中，通過觀察發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行4h左右，掛片的腐蝕痕跡基本上就能定型，后期實驗過程中腐蝕現(xiàn)象就明顯變慢。總結(jié)原因：補水為中水和新水的混合水，腐蝕很大，初期啟動實驗時系統(tǒng)藥劑含量偏低，這些原因造成3組藥劑的腐蝕率偏高。因此建議：現(xiàn)場系統(tǒng)運行時，使用新水啟動，并加大初始藥劑的投加量，同時要進(jìn)行清洗預(yù)膜工作，如此才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；

3）3組藥劑均為加酸方案，由于該系統(tǒng)使用的中水和新水的硬度偏低，最高電導(dǎo)率3000μS.cm-1，系統(tǒng)水質(zhì)偏腐蝕，建議不進(jìn)行調(diào)酸，進(jìn)行自然調(diào)節(jié)pH，提升堿度，稍微偏向結(jié)垢，對系統(tǒng)會有很好的保護(hù)作用；

4）綜合上述實驗數(shù)據(jù)分析，對公司中水回用循環(huán)水后的濃縮倍數(shù)建議控制在5～6倍、控制鈣離子（以CaCO3計）濃度≤600mg.L-1為宜；

（6）3組藥劑綜合評判

根據(jù)GB 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》和中石油《煉油企業(yè)工業(yè)水管理制度》規(guī)定腐蝕速率小于0.075mm.a-1（并無明顯孔蝕），粘附速率小于15mcm，污垢熱阻小于3.44×10-4m2.℃.W-1。表6為3組藥劑配方動態(tài)模擬實驗綜合評判結(jié)果，實驗結(jié)果表明：本次實驗的7#、8#藥劑腐蝕速率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，5#藥劑腐蝕率超標(biāo)嚴(yán)重，不滿足要求。粘附速率5#藥劑超標(biāo)，7#、8#藥劑粘附速率均在5mcm以內(nèi)，阻垢效果較好。3組藥劑的污垢熱阻較好，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。整體評判7#、8#藥劑，緩蝕阻垢效果較好，符合要求。建議公司在中水回用循環(huán)水的系統(tǒng)中選用7#或8#藥劑配方。

表6 3組藥劑配方動態(tài)模擬實驗綜合評判結(jié)果

2 結(jié)語

（1）綜合中水回用循環(huán)水處理的緩蝕阻垢性能靜態(tài)和動態(tài)評定實驗及結(jié)果表明，7#｛120mg.L-1（阻垢劑）+30mg.L-1（緩蝕劑）｝、8#｛60mg.L-1（阻垢劑）+12mg.L-1（緩蝕劑）｝這兩組藥劑配方優(yōu)于5#藥劑，通過招標(biāo)選商已采用7#藥劑代替現(xiàn)有的5#藥劑；

（2）通過試驗研究，提出了中水回用循環(huán)水工藝控制建議性方案，經(jīng)推廣應(yīng)用，取得了很好的實際應(yīng)用效果。統(tǒng)計近9個月化工三循系統(tǒng)腐蝕與粘附速率監(jiān)測數(shù)據(jù)，平均腐蝕速率為0.0098mm.a-1，平均粘附速率為0.79mcm，遠(yuǎn)低于乙烯廠內(nèi)控指標(biāo)要求：年腐蝕速率≤0.02mm.a-1；粘附速率≤10mcm。