循環(huán)冷卻水高濃縮倍數(shù)配方的應(yīng)用
摘 要：濃縮倍數(shù)是循環(huán)水運(yùn)行管理的一項(xiàng)重要指標(biāo)，提高濃縮倍數(shù)能夠節(jié)省藥劑和水量，但首先必須解決高濃度離子對換熱設(shè)備造成的腐蝕和結(jié)垢問題。中原乙烯循環(huán)冷卻水裝置的設(shè)計(jì)能力2×104m3/h，而實(shí)際運(yùn)行能力為14000m3/h，系統(tǒng)保有水量6100m3，自1995年開車以來，濃縮倍數(shù)N值平均為2.5，且在水質(zhì)較差時(shí)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，碳鋼掛片腐蝕率達(dá)到0.1128mm/a，銅掛片腐蝕率0.009mm/a，均達(dá)不到碳鋼腐蝕速率0.075mm/a，銅腐蝕速率0.005mm/a，不銹鋼腐蝕速率0.005mm/a的要求[1]。為提高循環(huán)水裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，并嚴(yán)格控制腐蝕和結(jié)垢，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)、靜態(tài)阻垢試驗(yàn)及動態(tài)模擬試驗(yàn)，篩選出的緩蝕阻垢劑配方，較好地滿足了循環(huán)水的各項(xiàng)要求。
前言
濃縮倍數(shù)是循環(huán)水運(yùn)行管理的一項(xiàng)重要指標(biāo)，提高濃縮倍數(shù)能夠節(jié)省藥劑和水量，但首先必須解決高濃度離子對換熱設(shè)備造成的腐蝕和結(jié)垢問題。中原乙烯循環(huán)冷卻水裝置的設(shè)計(jì)能力2×104m3/h，而實(shí)際運(yùn)行能力為14000m3/h，系統(tǒng)保有水量6100m3，自1995年開車以來，濃縮倍數(shù)N值平均為2.5，且在水質(zhì)較差時(shí)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，碳鋼掛片腐蝕率達(dá)到0.1128mm/a，銅掛片腐蝕率0.009mm/a，均達(dá)不到碳鋼腐蝕速率0.075mm/a，銅腐蝕速率0.005mm/a，不銹鋼腐蝕速率0.005mm/a的要求[1]。為提高循環(huán)水裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，并嚴(yán)格控制腐蝕和結(jié)垢，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)、靜態(tài)阻垢試驗(yàn)及動態(tài)模擬試驗(yàn)，篩選出的緩蝕阻垢劑配方，較好地滿足了循環(huán)水的各項(xiàng)要求。
1 補(bǔ)水水質(zhì)和設(shè)備情況
1.1 補(bǔ)水水質(zhì)
1998年以前，中原乙烯循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水全部來自黃河水。為解決黃河水?dāng)嗔鲉栴}，開始使用脫堿后的地下水作補(bǔ)充水。補(bǔ)充水中黃河水占60％，脫堿地下水占40％，補(bǔ)充水的水質(zhì)見表1。
表1 補(bǔ)充水水質(zhì)分析結(jié)果
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通過計(jì)算在濃縮倍數(shù)N=4.5倍時(shí)，經(jīng)混合后的循環(huán)水pH值為9.13，飽和pH為6.2，Ryzner穩(wěn)定指數(shù)為3.27[2]，水質(zhì)屬嚴(yán)重結(jié)垢型。但是濃縮4.5倍后Cl-已超過300mg/L，SO42-達(dá)387mg/L。這些腐蝕性強(qiáng)的離子又給系統(tǒng)帶來嚴(yán)重腐蝕。因此，要求循環(huán)冷卻水的藥劑配方既要能解決結(jié)垢問題，也要能解決腐蝕問題。
1.2 設(shè)備情況
全廠共有換熱器約120臺，銅（T2）換熱器32臺，不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）換熱器24臺，其余為碳鋼（20＃鋼）換熱器。換熱器設(shè)計(jì)進(jìn)水溫度≤32℃，總回水溫度≤42℃。
2 緩蝕阻垢配方的篩選
試驗(yàn)共選了6種緩蝕阻垢劑，其中BC-605系列4種：BC-605H1、BC-605H2、BC-605H3、BC-605H4。該系列緩蝕阻垢劑主要成分是磺化丙烯酸、有機(jī)磷竣酸、BPTA、丙烯酸酯多元共聚物等。配方中各組份配比含量不同；S－113；系統(tǒng)原使用藥劑（其主要成分為磷酸鹽、EDP、BPTA等）。試驗(yàn)用水水質(zhì)按表1所示，濃縮倍數(shù)4.5。試驗(yàn)藥劑濃度分別為50mg/L、60mg/L和70mg/L3種。
2.1 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)
用配水的方法使試液的Ca2+及堿度達(dá)到250mg/L，P042-為5mg/L，然后加藥劑，濃縮1.5倍，80℃下恒溫10h，再分別測出水中鈣離子的含量、計(jì)算出碳酸鈣、磷酸鈣的阻垢率。結(jié)果如表2、表3所示。
表2 碳酸鈣阻垢率
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表3 磷酸鈣阻垢率
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2.2 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)
根據(jù)阻垢試驗(yàn)結(jié)果，選取BC－605系列中阻垢效果最好的BC-605H3，BC-605H4兩種與原使用藥劑以及S－113作對比。采用3種材質(zhì)掛片（20＃碳鋼、不銹鋼和銅）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)。結(jié)果如表4所示。由表4可知以BC-605H4的腐蝕率最低。
表4 不同藥劑濃度的腐蝕速率
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2.3 動態(tài)模擬試驗(yàn)
根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性，選S－113和BC－605H。兩種藥劑進(jìn)行動態(tài)模擬試驗(yàn)。藥劑濃度60mg/L，試片為20＃碳鋼、不銹鋼和銅3種材質(zhì)洞時(shí)用φ10×1的碳鋼試管2支。動模12d后投加有機(jī)溴殺菌劑30mg/L。結(jié)果如表5所示，從表中看出，BC-605H4的腐蝕率均低于S－113，同時(shí)前者的成膜厚度較后者厚，試管粘附速率前者也較后者低（S－113粘附速率已超標(biāo)）。
表5 動態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果
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以上試驗(yàn)結(jié)果表明，BC-605H4更適合于中原乙烯的特殊水質(zhì)，可以作進(jìn)一步的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。
3 現(xiàn)場應(yīng)用
3.1 濃縮倍數(shù)及藥劑濃度
系統(tǒng)濃縮倍數(shù)初步控制在3.5－4.0之間，后來又逐步提高到4.0以上。表6給出了試用期間的月均濃縮倍數(shù)。
根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果并考慮用藥的經(jīng)濟(jì)性，試驗(yàn)藥劑濃度控制在60mg/L左右。
3.2 細(xì)菌和濁度控制
為控制細(xì)菌數(shù)量，減少因生物粘泥帶來的腐蝕，日常殺菌是每天沖擊性投加液氯l－2次。加氯機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)用氯錠（主要成分是次氯酸鈉）代替。另外，每20d左右交叉投加非氧化性殺菌劑1次，以剝離管壁上沉積的生物粘泥。異氧菌量嚴(yán)格控制在小于1×105個(gè)/mL（正常運(yùn)行時(shí)為103－104左右）。
濁度的控制主要通過旁濾地進(jìn)行，旁濾量為5％－6％，正常運(yùn)行情況下濁度小于5.0mg/L。
3.3 監(jiān)測掛片和監(jiān)測換熱器
表6給出了試用8個(gè)月來監(jiān)測掛片和監(jiān)測換熱器的腐蝕和結(jié)垢情況。其中3月份因運(yùn)行水溫過低（平均為20℃）和循環(huán)水系統(tǒng)有物料泄漏，造成碳鋼監(jiān)測掛片腐蝕率偏高，經(jīng)采取措施后恢復(fù)正常。氯離子在320－350mg/L情況下運(yùn)行，不銹鋼掛片腐蝕率為0。
表6 現(xiàn)場試用結(jié)果
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其中4月份小修期間，為檢驗(yàn)藥劑配方的實(shí)際運(yùn)行效果，打開部分換熱器進(jìn)行了檢查。經(jīng)過將近4個(gè)月的運(yùn)行，設(shè)備狀況良好，換熱器內(nèi)部無粘泥，無點(diǎn)蝕，無銹瘤和結(jié)垢，換熱器不需任何清洗。其中檢查兩臺不銹鋼換熱器無點(diǎn)蝕，無應(yīng)力腐蝕。
4 結(jié)論
4.1 BC-605H4緩蝕阻垢劑比較適合中原乙烯的水質(zhì)特點(diǎn)，平均N值由2.5提高到4.0。而且因黃河水質(zhì)惡化導(dǎo)致的腐蝕和結(jié)垢傾向得到了控制，水質(zhì)狀況良好。
4.2 腐蝕速度的降低使設(shè)備的大修周期由1a提高到2－3a，每年節(jié)省的全廠設(shè)備檢修費(fèi)就達(dá)上千萬元。
4.3 N值由25提高到4.0用F污量由121m3/h降為69m3/h，每年可節(jié)水41×104t，折合人民幣50多萬元。另外，因排污量的減少，每年少交排污費(fèi)80多萬元，具有良好的環(huán)境效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]中國石化集團(tuán)公司．煉油化工企業(yè)工業(yè)水管理制度[M]．北京：中國石化集團(tuán)公司1999.7.
[2]周本。I(yè)水處理技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．1997
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