判斷煉油廠中循環冷卻水的腐蝕結垢傾向性

高 楠，謝海兵，王健生，陳 寧，王新凱，鄭麗群

(1．沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司，遼寧 沈陽，110180;2．中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波，315812;3．中國石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司，廣西 欽州， 535008)

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判斷煉油廠中循環冷卻水的腐蝕結垢傾向性

高 楠1，謝海兵2，王健生3，陳 寧1，王新凱1，鄭麗群1

(1．沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司，遼寧 沈陽，110180;2．中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波，315812;3．中國石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司，廣西 欽州， 535008)

通過計算飽和指數(L.S.I)為-2.35(小于0)，穩定指數(R.S.I)為11.7(大于7.5)判定出是嚴重腐蝕型的水質。用臨界pH值方法測得水的實際pH值小于其臨界pHc值(即7.57<11.32)，說明循環水不結垢，為腐蝕型水質。同時通過電化學及電感探針監測的方法驗證，電化學測得循環水樣的腐蝕速率為0.176 8 mm/a，電感探針測得的循環水樣的腐蝕速率為0.162 8 mm/a，結果表明A煉油廠循環水質為嚴重腐蝕型水質。

循環水 腐蝕 結垢

1 概述

A煉油廠全廠循環水共分為四個系統，其中以四循水為例進行分析，其處理量為4 000 m3/h，循環冷水溫度為34 ℃。在使用冷卻水時，設備和管線往往會有腐蝕、結垢等現象發生。判斷循環水是傾向于腐蝕還是傾向于結垢，采用計算飽和指數(即朗格利指數L.S.I) 和穩定指數(雷茲諾指數R.S.I)、臨界pHc值結垢指數、并通過實驗室電化學及電感探針監測的方法測定腐蝕速率，來分析判斷A煉廠循環水質的腐蝕結垢性。

2 腐蝕結垢分析

在判別循環水系統腐蝕結垢傾向時的計算中，可用飽和指數L.S.I.、穩定指數R.S.I、臨界pHc值結垢指數來判斷水的腐蝕結垢傾向性。同時通過實驗室電化學及電感探針監測的方法驗證其腐蝕速率。

煉油廠補充水水質應符合循環水的工藝控制要求，濁度應不超過3(NTU)，其它指標宜符合國家標準GB3838—2002 《地表水環境質量標準》中對一般工業用水區的水質要求。循環水場補充水(新鮮水)水質分析見表1。由表1得知此屬于低硬度低堿度水質，主要依照水的總硬度劃分，總硬度0～30 mg/L稱為低硬度軟水，總硬度30～100 mg/L稱為中硬水，總硬度100 mg/L以上稱為硬水。

2.1 飽和指數

采用計算飽和指數的方法，就是水的pH值相同，重碳酸鹽硬度過多時，水容易結垢；而非碳酸鹽硬度過多時，水易于腐蝕，根據碳酸鈣溶解度平衡式導出了朗格里指數，亦稱為飽和指數[1]，即

L.S.I. = pH - pHs

(1)

式中：L.S.I. —飽和指數; pH— 水的實際pH值;

pHs—水的飽和pH值, 即碳酸鈣處于平衡狀態時水的pH值，可按下式計算：

pHs = 9.3+A+B-C-D

(2)

式中： A —溶解固體系數，由表1查得； B —溫度系數，由表2查得； C —鈣硬度系數，由表3查得； D — 總堿度系數，由表3查得。

其中，TDS(總溶解固體含量，單位mg/L)和電導率往往存在一種相通的關系， TDS也可以用來表示電導率，兩者的關系：1TDS=0.5 μS/cm(其中μS/cm為電導率的單位)。當電導率為97.22 μS/cm時， TDS=0.5×97.22 =48.61 mg/L。

表1 循環水場補充水水質分析(2015年) mg/L

根據TDS=48.61 mg/L、鈣硬度平均值為10 mg/L，總堿度為8.44 mg/L，查表2可得A,B,C,D的對應值。

表2 用來計算pHs的常數[2]

代入(2)式：

pHs = 9.3+A+B-C-D

=9.3+0.07+1.88-1.0-0.9

=9.35

根據(2)式pHs=9.35代入(1)式中：

L.S.I. =pH - pHs

= 7.0-9.35

=-2.35

當L.S.I.> 0 時結垢；

當L.S.I.= 0 時不腐蝕不結垢；

當L.S.I. < 0 時腐蝕。

計算的飽和指數L.S.I. =-2.35 < 0，是腐蝕型的水質。

2.2 穩定指數

1942年雷茲諾( Ryzanr)根據大量的實際工程資料經研究而得到一個經驗公式如下:

R.S.I.=2 pHs - pH

(3)

R.S.I.稱為雷茲諾指數，亦稱穩定指數

式中： pHs依據(2)式算得9.35，pH為7.0，可用 R.S.I.判斷結垢腐蝕情況，把數據代入(3)式：

R.S.I. =2 pHs - pH

=2× 9.35 - 7.0

物料成本是產品開發成本的重要組成部分，物料采購協同，是影響服裝產品開發效率的難題。通過PDM系統的實施，采購人員可以通過拍攝物料照片、輸入物料參數并上傳系統，實現多部門協同共享物料數據；倉管部門可以根據設計部門的進程與指令及時調整樣衣物料的倉儲狀況；PDM系統內完成入庫信息采集、領用申請與出庫管理。通過系統集成全面開展物料管理，可以有效避免物料供應延后、計劃外采購和重復采購等問題。

=11.7

此煉油廠新鮮水的飽和指數L.S.I. =-2.35 <0，穩定指數R.S.I. =11.7> 7.5，是嚴重腐蝕型的水質(見表3)。

表3 R.S.I.雷茲諾指數腐蝕與結垢判斷指標[3]

2.3 臨界pHc結垢指數法

晶體生長理論認為碳酸鹽必需要達到一定的過飽和度才能析出沉淀，沉淀析出時溶液的pH 值就是臨界pH 值，即pHc。當水的實際pH 值超過pHc, 就會結垢；小于pHc，就不會結垢。法特諾(Fcitler) 在1972 年用實驗方法測出結垢時水的真實pH 值，即pHc，用于水質結垢傾向的預測[3]。

(1)實驗過程

表4 臨界pHc測定數據(以CaCO3計)

(2)結果與分析

三個平行樣初始的pH值分別為7.54，7.58和7.58，其平均pH值為：

臨界pHc值腐蝕與結垢判斷指標

pH>pHc結垢pH=pHc穩定pH

由于水的實際pH值小于其臨界pHc值(即7.57<11.32)，所以循環水不結垢為腐蝕型水質。

2. 4 電化學及腐蝕監測法

試驗介質：四循水樣。試驗溫度：35 ℃。儀器：電化學工作站(三電極體系)、電感探針。

(1)電化學法

碳鋼等金屬材質在循環水中腐蝕過程的本質是電化學反應。在強極化區，將陽極、陰極極化曲線的塔菲爾線性區外推得到的交點所對應的橫坐標即為腐蝕電流密度的對數，以此得到腐蝕電流密度，再根據法拉第定律求得腐蝕速率。

通過電化學參數擬合軟件(見圖1)測得循環水樣的腐蝕速率為0.176 8 mm/a。

圖1 電化學參數擬合計算腐蝕速率

(2)電感探針腐蝕監測法

電感探針腐蝕監測是測量金屬的腐蝕腐蝕損失為基礎，通過測量腐蝕試片腐蝕減薄引起的交流信號改變來計算腐蝕速率(見圖2)。

圖2 電感探針腐蝕監測

通過電感探針腐蝕監測測得的循環水樣測得的腐蝕速率為0.162 8 mm/a。依據國標GB50050—95 《工業循環冷卻水處理設計規范》規定敞開式循環冷卻水系統中換熱設備的碳鋼腐蝕速率小于0.125 mm/a。電化學工作站和電感測得的腐蝕速率，在這種敞開式的環境中，腐蝕速率的控制指標與測得指標的對比，其腐蝕性偏高。

3 結 論

通過計算飽和指數、穩定指數、臨界pHc結垢指數，同時進行了實驗室電化學方法和電感探針監測法驗證，此煉油廠循環水質確實屬于腐蝕性水質，說明利用以上方法來確定的結垢和腐蝕傾向性是可靠的。

確定好循環水系統的水質類型、再結合設備材質、工況條件，為煉油廠循環水系統正確選擇緩蝕劑、阻垢劑、分散劑，優化水處理配方，有針對性地提出工藝控制條件、提供相應的清洗、預膜方案等。有效解決和控制循環水的腐蝕問題，確保裝置的安穩長運行。

[1] 董太一．判斷水的結垢和腐蝕傾向性的方法[J]．化工給排水設計，1984，(3)：26-29.

[2] 周本省．工業水處理技術[M]．北京：化學工業出版社，2002：44-46．

[3] 張青，吳文輝．臨界pH值在阻垢劑研究中的應用[J]．工業水處理，1999，17(1)：33-34．

(編輯 張向陽)

Analysis of Corrosion Fouling Tendencies of Cooling Water

GaoNan1,XieHaibing2,WangJiansheng3,ChenNing1,WangXinkai1,ZhengLiqun1

(1.ShenyangZKwellCorrosionControlTechnologyCo.,Ltd.,Shenyang, 110180，China;2.CNOOCNingboDaxiePetrochemicalCo.,Ltd.,Ningbo315812,China;3.PetroChinaGuangxiPetrochemicalCompany,Qinzhou535008，China)

The cooling water in refinery A contains not only dissolved oxygen but also a variety dissolved salts in cooling water. The suspended solids and microorganisms increase with the increase of concentration, which will inevitably cause corrosion and fouling of heat exchange equipment. Therefore, determination of corrosivity and fouling tendency of water and associated effective control are very important for the safe stable operation of the unit. It is determined by computing the saturation index LSI = -2.35 <0 and stability index RSI = 11.7> 7.5 that the water is a seriously corrosive water. The actual critical pH is measured to be less than the critical water pHc value (7.57 <11.32), which indicates that the cooling water does not scale and is a corrosive type water. The monitoring and verification by inductance probe and electrochemical methods confirm that the corrosion rate of water samples measured by electrochemical method is 0.1768mm/a and the cooling water corrosion rate measured by inductance probe is 0.1628mm/a. The results show that the cooling water of the refinery is a seriously corrosive type water.

cooling water, corrosion, fouling

2016-02-02；修改稿收到日期：2016-03-05。

高楠(1985-)，腐蝕工程師，碩士，現今在該公司從事防腐研究工作。E-mail:gaonanbest@163.com