全有機高效緩蝕阻垢劑在煉油廠循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用
摘要：通過對全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720的性能評定，以及在煉油廠循環(huán)水系統(tǒng)實際 應(yīng)用 情況，闡述了ZJ-720緩蝕阻垢劑具有優(yōu)異的阻垢和緩蝕性能。同時，作者在 總結(jié) 試驗和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對其緩蝕阻垢機理進行了初步的 分析 。
關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水 阻垢劑 高效緩蝕 。
工業(yè) 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是煉油 企業(yè) 生產(chǎn)的重要公用工程，良好的循環(huán)冷卻系統(tǒng)是企業(yè)生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)的必要條件之一。提高水處理技術(shù)水平，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能，延長設(shè)備使用壽命和裝置運行周期是提高企業(yè)整體 經(jīng)濟 效益的一條重要途徑。然而我國煉油行業(yè)的一些水系統(tǒng) 目前 使用的是較為傳統(tǒng)的配方和低效藥劑，我廠也屬此類煉油系統(tǒng)。為了擺脫這一現(xiàn)狀，煉油廠供排水車間根據(jù)現(xiàn)場實際情況選用了全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720，從目前現(xiàn)場使用情況來看，該藥劑緩蝕、阻垢效果顯著。
1 循環(huán)水冷卻系統(tǒng)概況及補充水水質(zhì)狀況
煉油廠二循系統(tǒng)負(fù)責(zé)向Ⅱ催化、鉑重整、加氫、芳烴抽提、石蠟成型及二火炬生產(chǎn)裝置供水，換熱器主要材質(zhì)為碳鋼，其系統(tǒng)的運行參數(shù)見表1，補充水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表2。煉油廠根據(jù)二循實際情況選用了全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720，并對此進行了性能試驗。
表1 二循系統(tǒng)運行參數(shù)
|
項目 |
單位 |
二循 |
|
循環(huán)水量 |
m3/h |
5200 |
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保有水量V |
m3 |
2500 |
|
溫差 |
℃ |
7.0 |
|
蒸發(fā)損失量E |
m3/h |
45.5 |
|
風(fēng)吹損失D |
m3/h |
5.0 |
|
排污量B |
m3/h |
17.8～6.4 |
|
補水量M |
m3/h |
68.8～56.9 |
|
濃縮倍數(shù)K |
/ |
3～5 |
表2 補充水分析數(shù)據(jù)
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序號 |
項目 |
單位 |
補充水水質(zhì) |
|
1 |
pH |
/ |
8.17 |
|
2 |
濁度 |
FTU |
≤5.0 |
|
3 |
總硬度(以CaCO3計) |
mg/L |
104.5 |
|
4 |
總堿度(以CaCO3計) |
mg/L |
85.07 |
|
5 |
可溶性二氧化硅 |
mg/L |
6.69 |
|
6 |
K+ |
mg/L |
1.21 |
|
7 |
Na+ |
mg/L |
11.9 |
|
8 |
Ca2+(以CaCO3計) |
mg/L |
86.7 |
|
9 |
Cl－ |
mg/L |
16.56 |
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10 |
SO42－ |
mg/L |
24.57 |
|
11 |
HCO3－ |
mg/L |
77.07 |
|
12 |
CO32-(以CaCO3計) |
mg/L |
8.00 |
|
13 |
電導(dǎo)率 |
μs/cm |
235 |
2 試驗部分(1)
2.1旋轉(zhuǎn)掛片試驗
2.1.1試驗條件
(1) 試片：20#優(yōu)質(zhì)碳素鋼
(2) 試驗用水：濃縮倍數(shù)N=1(即新水)
(3) 物理參數(shù)：
旋轉(zhuǎn)速度：80～85r/min;試驗溫度：50±1℃;試驗時間：72h
2.1.2試驗結(jié)果
試驗結(jié)果見表3
試表3 旋轉(zhuǎn)掛片驗結(jié)果
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藥劑名稱 |
藥劑濃度(mg/L) |
腐蝕率(mm/a) |
試片表面狀況 |
|
ZJ-720 |
60 |
0.021 |
試片光亮,無明顯腐蝕 |
|
新水 |
/ |
1.985 |
腐蝕嚴(yán)重 |
試驗結(jié)果表明：在這種水質(zhì)條件下，如不加緩蝕阻垢劑處理，腐蝕及結(jié)垢嚴(yán)重，而加全有機高效緩蝕阻垢劑 ZJ-720處理，腐蝕率僅為0.021mm/a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于腐蝕率為0.07mm/a的試驗指標(biāo)，顯示出優(yōu)異的緩蝕和阻垢性能。
2.2靜態(tài)阻垢試驗
靜態(tài)阻垢試驗著重評價ZJ-720藥劑的阻垢性能，試驗 方法 按 中國 石油化工總公司冷卻水分析和試驗方法中的靜態(tài)阻垢評定試驗方法。
2.2.1試驗條件
(1) 多孔恒溫水浴鍋，滿足80±1℃的要求
(2) 刻度燒杯：1000mL
(3) 配制水水質(zhì)：用蒸餾水配制，配水水質(zhì)為Ca2+(以CaCO3計)濃度280.10mg/L，HCO3-(以CaCO3計)堿度273.75mg/L。
(4) 濃縮倍數(shù)：N=1.5。
2.2.2試驗結(jié)果
表4 靜態(tài)阻垢試驗結(jié)果
|
藥劑名稱 |
藥劑濃度(mg/L) |
阻垢率% |
|
ZJ-720 |
60 |
92.12 |
|
空白 |
/ |
/ |
試驗結(jié)果見表4。
結(jié)果顯示：在易結(jié)垢的水質(zhì)情況下，全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720的阻垢率可高達92.12%，說明ZJ-720具有優(yōu)異的阻垢效果。
2.3動態(tài)模擬試驗
試驗?zāi)康氖窃谟袀鳠崦鏃l件下，全面考察全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720的緩蝕阻垢性能。
試驗條件及結(jié)果試驗條件及結(jié)果見表5
表5 動態(tài)模擬試驗條件及結(jié)果
|
藥劑名稱 |
ZJ-720 |
腐蝕速度 0.029mm/a 粘附速度 4.32mcm |
|
維持藥量 |
60mg/L |
|
|
掛片材質(zhì) |
碳 鋼 |
|
|
水質(zhì) |
現(xiàn)場水 |
|
|
掛片時間 |
360h |
|
|
濃縮倍數(shù) |
4.5～5.5 |
從動態(tài)模擬試驗可得到如下結(jié)果：
(1) ZJ-720具有優(yōu)異的緩蝕性能，掛片表面清潔，無點蝕和銹蝕，試管腐蝕速度0.029mm/a，達到很好級別。(國家標(biāo)準(zhǔn)：S5001-83：很好 0～0.037mm/a，好0.037～0.070mm/a，可以允許0.070～0.093mm/a)
(2) ZJ-720阻垢性能強，在現(xiàn)場水條件，濃縮倍數(shù)4.5～5.5，其粘附速度4.32mcm，達到很好級別。(國家標(biāo)準(zhǔn)：很好0～10mcm，好10～20mcm，可以允許20～30mcm。)
3 生產(chǎn)使用效果
煉油廠二循系統(tǒng)于2001年12月開始投用，不改變原生產(chǎn)工藝，不增加新材料，用全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720替代原有配方。循環(huán)水質(zhì)數(shù)據(jù)始終保持在表6中的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)運行。
在正常運行中，循環(huán)水清澈，水面下無明顯菌藻滋生，涼水塔布水孔無堵塞現(xiàn)象，散熱良好。同時，我們在循環(huán)水場進行了監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表7。
表6 運行中系統(tǒng)水水質(zhì)指標(biāo)
|
序號 |
項目 |
指標(biāo) |
|
1 |
水溫 |
≤8.0℃ |
|
2 |
含油 |
≤10mg/L |
|
3 |
COD |
≤10mg/L |
|
4 |
Ca2＋ |
75mg/L≤Ca2+≤500mg/L |
|
5 |
濁度 |
≤20FTU |
|
6 |
pH |
8.0～9.0 |
|
7 |
藥劑濃度 |
5.5～6.5 |
|
8 |
異養(yǎng)菌總數(shù) |
≤1.0×105個/mL |
|
9 |
生物粘泥 |
≤5mL/m3 |
|
10 |
濃縮倍數(shù) |
≥3 |
表7 2002年和2003年現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)
|
時間 |
腐蝕速率mm/a |
粘附速率mcm |
|
2002年1～2月 |
0.049 |
18.54 |
|
2002年3月 |
0.075 |
10.44 |
|
2002年4月 |
0.006 |
10.30 |
|
2002年5月 |
0.030 |
6.32 |
|
2003年7月 |
0.016 |
4.57 |
|
2003年9～10月 |
0.014 |
14.66 |
|
2003年11月 |
0.023 |
12.46 |
|
指標(biāo) |
腐蝕速率≤0.100mm/a; 粘附速率≤20mcm |
|
注：2002年6月～2003年6月因監(jiān)測換熱器維修、系統(tǒng)清洗預(yù)膜和藥劑短期更換等原因沒有采到相應(yīng)的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)。
根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，可得以下結(jié)論：
⑴ ZJ-720緩蝕阻垢劑在我廠運用近一年來，各項運行指標(biāo)和監(jiān)測數(shù)據(jù)均達到并優(yōu)于國標(biāo)GBJ50-83、中石化總公司生產(chǎn)部有關(guān)規(guī)定的要求。2002年8月份大修期間，設(shè)備鑒定檢查，水相管束及封頭均無明顯的銹蝕、污垢發(fā)生，檢查的水冷器狀況明顯優(yōu)于國內(nèi)同類裝置同期檢修水平。
⑵ ZJ-720緩蝕阻垢劑在較惡劣條件下仍具有較好的緩蝕阻垢性能，使用這種藥劑處理后的水所形成的污垢極其疏松，這樣既不 影響 傳熱，而且便于清洗。
4 機理 分析
全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720配方中起阻垢作用的主要是有機膦酸鹽和有機膦酸酯，它們通過晶格畸變、螯合作用、分散作用和低劑量效應(yīng)達到阻垢的目的。碳酸鈣是結(jié)晶體，它的成長是按照嚴(yán)格順序，由帶正電荷的Ca2+與帶負(fù)電荷的CO32—相撞才能彼此結(jié)合，并按一定的方向成長。在水中加入有機膦酸鹽和有機膦酸酯后，它們會吸附到碳酸鈣晶體的活性增長點上與Ca2+螯合，抑制晶格向一定的方向成長，因此使 晶格歪曲而長不大，也就是說晶格被有機膦酸等表面去活劑的分子包圍而失去活性。這也是產(chǎn)生臨界效應(yīng)的機理，同樣，這種效應(yīng)也可以阻止其它晶體的沉淀。另外，部分吸附在晶格上的化合物，隨著晶體增長被卷入晶格中，使碳酸鈣晶格發(fā)生錯位，在垢層中形成一些空洞，分子與分子間相互作用減少，使硬垢變軟而易于消除，從而達到阻垢的目的。(2)
全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720配方中起緩蝕作用的主要是Zn2+，當(dāng)腐蝕發(fā)生時，陰極區(qū)高pH值區(qū)域，Zn2+迅速沉積成膜達到緩蝕的目的。同時它與有機膦酸鹽、有機膦酸酯和磺酸共聚物之間存在“協(xié)同效應(yīng)”。磺酸共聚物有中的穩(wěn)鋅能力，而有機膦酸鹽在金屬表面形成的沉積、吸附則起到補膜的作用，因此形成配方優(yōu)良的緩蝕性能。
全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720配方中多元共聚物為丙烯酸/磺酸鹽共聚物具有獨特性能，能與各組份協(xié)同作用，提高配方的緩蝕、 阻垢性能。它具有以下幾大特點：(1)非常高的“鈣容忍度”;(2)對磷酸鈣垢有較好的抑制作用;(3)良好的抗粘泥能力;(4)對腐蝕產(chǎn)物氧化鐵具有好的分散能力;(5)很強的穩(wěn)鋅能力，使堿性介質(zhì)中Zn2+濃度大大提高，增強了配方的緩蝕性能。
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