循環水腐蝕控制技術方案優選研究

劉亞龍(中原油田分公司天然氣處理廠，河南 濮陽 457162)

某天然氣凈化廠循環水場設計規模為32000m3/h，正常用量為20000m3/h，選用7 座4500m3/h 逆流涼水塔。循環冷卻水用戶主要處理裝置換熱器和機泵等。循環水補水主要有三股，分別為酸性汽提凈化水、鍋爐排污水及新鮮水，三者之間比例不同，導致水質有所波動，現有磷系水處理劑無法有效控制系統腐蝕。同時，磷系水處理劑會使水體富營養化，促使微生物過度繁殖，加大殺菌劑的消耗。因此，無磷緩蝕方案的優選應用對循環水系統的升級相當重要。

1 無磷緩蝕方案優選研究

針對該廠正常水質和波動水質分別進行無磷緩蝕方案的優化和評估實驗。取循環水系統的三股補水(新鮮水、鍋爐排污水以及酸性汽提水)按照一定的比例進行配水，然后按照3 至4 倍濃縮倍數添加所需要的離子。正常水質的補水比例分別為43%新鮮水＋34%酸性汽提水＋23%鍋爐排污水。波動水質其組成為50%酸性汽提水＋50%鍋爐排污水，需要特別添加有機物(甲基二乙醇胺－MDEA)和氨氮以及S2-離子。

1.1 正常水質旋轉掛片緩蝕實驗

表1 給出了正常水質條件下旋轉掛片緩蝕實驗結果。選取的三種不同藥劑按照其作用機理進行實驗，每個藥劑組合均可以達到平均腐蝕速率小于0.075mm/a 的要求，其中最佳組合2可以達到腐蝕速率為0.0282 mm/a。

表1 正常水質旋轉掛片緩蝕實驗結果

對實驗結果進行擬合，考察各個藥劑分別對腐蝕速率的影響，同時考慮到兩種藥劑之間的二階相互作用。擬合的結果見圖1。

圖1 正常水質腐蝕速率理論計算值與實驗值對比

由圖1 中可以看出數據模型的理論計算值與實驗值吻合(試驗點落在理論值和實驗值相等的對角線附近)，數據模型的方差R2可以達到0.99，為下一步計算最佳用藥量提供了基礎。這充分說明針對特定水質，各個藥劑的添加量和相互之間的比例是有規律可循的。

隨著955AP 的增加腐蝕速率顯著降低。在選取的濃度范圍內，增加其他兩種藥劑的量會使腐蝕速率緩慢降低。因此，方案2 作為正常水質情況下的優選方案。

1.2 波動水質旋轉掛片緩蝕實驗

波動水質條件下旋轉掛片緩蝕實驗，結果如下表1-2 所示。從表中可以看出同樣的藥劑方案對于正常水質和波動水質的實驗結果完全不同。波動水質結果表1-2 中的實驗1(0.741mm/a)和7(0.193mm/a)組的藥劑方案分別對應正常水質結果表2 的實驗3(0.034mm/a)和6(0.032mm/a)組的藥劑方案，但是腐蝕速率卻相差甚遠。這主要是因為波動水質中添加了S2-離子，實驗中最低腐蝕速率可以達到0.047mm/a，有四組方案其腐蝕速率可以滿足0.075mm/a 的要求。

表2 波動水質旋轉掛片緩蝕實驗

從上表2 可以看出，EP3533 的用量對腐蝕速率的影響最為顯著，其次是955AP，在實驗用量區間內增加EP3533 和955AP 的用量能顯著降低腐蝕速率。增加NP4400 的量基本對腐蝕速率沒有影響。

對實驗結果進行擬合，結果見圖2。理論計算值和實驗值之間基本符合。計算得到的最佳用藥方案與實驗相一致。因此，第9 組為波動水質條件下優選方案。

圖2 波動水質腐蝕速率理論計算值與實驗值對比

1.3 動態在線腐蝕速率監測實驗結果

動態在線腐蝕速率監測實驗的水質見表3。

表3 動態在線腐蝕速率監測實驗水質

圖3 是7 天動態監測后的實驗結果。藥劑方案采用的是旋轉掛片實驗的優選方案(EP3533 100ppm、NP4400 80ppm、955AP 16ppm)，在動態實驗初期在線腐蝕速率隨著時間快速的增加，在十幾個小時以后達到最高值然后逐漸降低，最終達到穩定值為0.025mm/a 左右。這主要是因為實驗初期是成膜期，所以腐蝕加劇。成膜期之后則形成穩定的保護作用。圖3 中也可以看出藥劑方案的成膜時間相對較短，可以很快的對掛片形成保護膜。

圖3 極端水質動態在線腐蝕速率監測實驗結果

2 結語

通過實驗設計的方法評估了無磷緩蝕方案在不同水質條件下(正常水質和波動水質)對碳鋼腐蝕的影響，結果表明在不同水質條件下通過調整不同藥劑之間的比例和添加量，可以得到較為滿意的緩蝕效果。在極端苛刻的水質條件下(Larson Skold Index 為21.39，S2-離子濃度0.3～0.6ppm 等)，動態模擬實驗結果表明：優化的無磷緩蝕方案可以有效控制腐蝕，在線腐蝕速率穩定在0.025mm/a。無磷方案的使用一方面可以解決苛刻水質對腐蝕的影響，同時可以解決污水排放時對磷控制的難題。