正磷含量對元壩氣田工業循環冷卻水系統的影響

楊鵬昊，龍飛飛，楊 易

（中石化廣元天然氣凈化有限公司，廣元蒼溪 628415)

正磷含量對元壩氣田工業循環冷卻水系統的影響

楊鵬昊，龍飛飛，楊 易

（中石化廣元天然氣凈化有限公司，廣元蒼溪 628415)

簡單介紹了循環水中正磷的一般來源以及元壩天然氣凈化廠循環水系統特有的正磷來源，簡要說明了正磷濃度對循環水系統的影響。通過實際監測數據，進一步分析了循環水系統實際運行過程中各種因素對循環水質的影響。針對分析結果，提出了在藥劑使用過程中應注意的問題和改進的方法。

高含硫凈化廠；循環冷卻水系統；正磷；結垢；腐蝕

敞開式循環冷卻水系統通常采用投加化學藥劑的方法來控制系統的結垢、腐蝕等問題。工業循環水系統大多采用以有機磷、聚合磷為主要成分的磷系緩蝕阻垢劑，但其受水溫、系統pH值等因素的影響，磷系緩蝕阻垢劑易發生水解。一定濃度的正磷對于抑制腐蝕存在正促進，但是正磷過高既可能引起腐蝕也可能產生結垢現象。因此在投加磷系緩蝕阻垢劑時應考慮多方面的因素，如補水水質、系統水溫和pH值等，在綜合考慮這些因素后，合理地投加藥劑以達到系統平穩運行的效果。

1 循環水系統中正磷的來源

正磷的來源主要有兩個方面：一是水穩劑的水解，磷系配方的水穩劑易受多種因素的影響發生水解，水解速度會隨這些影響因素的不同而有所不同，有機磷和聚合磷類緩腐蝕阻垢劑隨著時間推移會逐漸水解為正磷酸根。二是循環水的補水也有可能帶入正磷。另外，循環水場的不斷濃縮水質，各種離子濃度不斷增大，也是正磷含量升高的另一個原因。

元壩高含硫天然氣凈化廠采用鍋爐排污降溫水作為循環水系統的部分補水，由于鍋爐采用爐內磷酸鹽處理，排污降溫水存在這一定濃度的磷酸根（平均濃度10mg/L），該部分補水進入循環水進入循環水系統后經過濃縮，導致循環水系統的磷含量偏高。

2 正磷含量對系統的影響

2.1 CaPO4沉積的結垢風險

當循環水系統中由于磷系緩蝕阻垢劑的水解和其他來源無機磷進行累積時，會與Ca2+離子結合形成溶解度很低的酸鈣沉積。

在一定水質條件中，CaPO4沉積是否產生決定于以下因素：水溫、pH值、鈣硬度和磷酸根含量，而在高濃度倍數，高負荷下運行的循環水系統，其水溫、pH值及鈣硬度均較高，一旦磷酸根含量不得到有效控制，發生CaPO4沉積的風險非常大。

元壩天然氣凈化廠為了盡可能節約水資源，將高溫高pH且含磷的鍋爐排污降溫水利用循環水混合冷卻后，進入循環水系統作為補水利用，在混合冷卻瞬間，pH在9左右，溫度85～90℃，循環水的鈣硬度450mg/L，磷酸根含量10mg/L，在如此極端的情況下，必然會形成CaPO4結晶，沉積在混合接觸面或者以極微小懸浮物狀態進入循環水系統，導致循環水系統的濁度出現變化。

磷酸鹽是構成核蛋白（細胞核的基本分子）、磷酸酯和磷酸糖類的重要原料，是藻類正常生產不可缺少的營養元素，而且只有正磷酸鹽才能被吸收。綠藻細胞中含磷量約為細胞干重的2%～3%。

大量菌藻的新陳代謝會影響到水質變化。其光合作用大量吸收水中的二氧化碳，使水質向堿性變化。當藻類死亡，其尸體會產生一些有害的成分。同時藻類細胞核中油狀物及環狀醇在藻類死亡后釋放出來，是循環水發臭。藻類尸體又是非活性有機物，成為異養微生物的碳源，能促進異養菌類增加。藍、綠、硅藻細胞外壁均有膠質，能夠黏結在設備上群體滋生，誘發垢下腐蝕，造成堵塞。

3 正磷含量對循環水系統影響實例

元壩凈化廠設置五套循環水系統分別為公用工程各單元和四套主裝置提供循環冷卻水，循環量合計10 000m3/h，設計濃縮倍數4～5。補水為工業新水和鍋爐排污降溫水的混合水。緩蝕阻垢劑配方為有機磷+鋅鹽配方，設計有機磷的控制指標為2～4mg/L。

由于鍋爐排污降溫水連續不斷地直接進入循環水系統，其含有的約10mg/L的磷酸根直接進入循環水系統，雖然經過系統水量的稀釋，但是經過蒸發濃縮以后，使系統正磷含量居高不下，同時緩蝕阻垢劑的逐漸水解也帶來一定量的正磷，該系統的正磷長期處于6～8mg/L，極端情況下由于鍋爐檢修排污等原因，可能會達到15 mg/L。

由于系統正磷含量較高，與循環水中的鈣、鋅離子形成磷酸鹽沉積，在分散劑的作用下，微小的沉積物分散在水中，導致濁度飆升，水質明顯發白，嚴重時發白如牛奶。

在對換熱器的定期檢修中，雖未發現換熱器水側有明顯結垢，但仍然發現管壁附著有大量白色沉積物，無法呈現出與緩蝕藥劑結合后的光潔表面。

下圖為2015年12月—2016年1月份水質情況

4 正磷含量偏高的主要原因

1）高含磷酸鹽鍋爐排污水的連續補入，是最主要的正磷來源，其貢獻了系統正磷含量的絕大部分，且其屬于連續不斷的補充，由于鍋爐爐水對于磷酸鹽含量的要求，無法進行杜絕。

2）藥劑配方不合理。藥劑配方中含有的有機磷水解產生的正磷，使循環水中正磷含量過高，產生了過多的磷酸鹽沉淀，致使系統黏附速率偏高。

5 改善系統正磷偏高的措施及效果

1）改變藥劑配方，3月份開始將藥劑改為無磷的配方，藥劑中不含任何正磷和有機磷成分，不存在任何因為藥劑而帶入系統的磷組分。

2）杜絕鍋爐排污降溫水進入循環水系統，徹底將鍋爐排污降溫水切換出循環水系統補水，直接從源頭切斷正磷的最直接和重要的來源。

經過近三個月的實驗，系統正磷維持在極低的水平，同時系統未發現任何因磷酸鹽而發生的沉積現象，濁度一直維持在5NTU以下，以下為2016年4月—6月的磷含量與濁度變化情況：

通過以上措施后，總磷含量能控制在0.2mg/L以下，同時濁度完全能控制在5NTU以下，未發現任何沉積現象。

6 結論

通過長期的現場監測數據分析，水穩劑配方中正磷含量對循環水系統有較大影響。正磷含量偏高，會使循環水系統偏結垢；特別是形成磷酸鈣和鋅鹽的垢以后，附著在換熱器上極難去除。

在實際生產過程中，由于含磷藥劑存在者一定的缺陷以及環保排放的要求，通過采用無磷的緩蝕阻垢劑，根據每月的實時水質監測數據，分析循環水系統的結垢和腐蝕趨勢，補水各種離子濃度的高低，及時調整藥劑的投加量，保證水體中的藥劑含量，使其能對系統起到良好的保護作用。

Effect of Phosphorus Content on Industrial Circulating Cooling Water System in Yuanba Gas Field

Yang Peng-hao，Long Fei-fei，Yang Yi

The general sources of orthophosphate in recirculating water and the source of positive phosphorus in the circulating water system of Yuanba natural gas purification plant are briefly introduced.The effect of orthophosphate concentration on circulating water system is briefly described.Through the actual monitoring data，the influence of various factors on the circulating water quality during the actual operation of the circulating water system is analyzed.Aiming at the analysis results，the problems that should be paid attention to in the process of pharmaceutical use and the improved method are put forward.

high sulfur purification plant；circulating cooling water system；orthophosphate；scaling；corrosion

TQ085.4

A

1003–6490（2017）11–0064–02

2017–09–04

楊鵬昊（1989—），男，四川閬中人，助理工程師，主要從事油氣田工程工作。