無磷水穩劑在軟水水質條件下的應用

馬力

（中海油東方石化有限責任公司，海南東方572600）

1 引言

循環水水穩劑目前仍大量采用磷系配方，磷系配方具有價格便宜、效果好的優點，但排放易引起水體富營養化等環保問題，易引起菌藻類的大量增殖，為避免磷排放造成的環保問題，循環水處理藥劑由傳統的磷系配方逐漸被無磷環保配方替代。海南某煉化企業循環水系統補充水水質類型為南方典型的低硬度、低堿度軟水水質，腐蝕傾向強，同時循環水系統供應用戶均為高溫高壓的換熱器，其運行熱負荷高，換熱器進出口溫差大，因此在運行至一定濃縮倍率之后，水的結垢傾向會明顯突出，要求無磷藥劑配方的阻垢性能必須滿足運行要求。

2 應用條件

2.1 系統參數

該系統為煉化企業用循環水廠，由5間逆流式機械通風冷卻塔組成，系統總循環水量：20000m3/h，保有水量：7500m3，回水溫度：36～40℃，給水溫度：28～32℃，濃縮倍率：≥5.0，系統材質：碳鋼、不銹鋼、銅。

2.2 補充水水質

循環水系統補充水水源為經絮凝沉淀的水庫水，受降雨、臺風等環境因素影響，其水質隨季節稍有變化，典型水質數據如下表1。

表1 循環水補水水質

用穩定指數(Ryznar指數）判斷該類型水質的傾向，該循環水補充水質穩定指數為9.564，判斷為嚴重腐蝕型水質。

2.3 無磷藥劑方案的確定

為了滿足環保排放要求，該循環水系統要求采用完全無磷處理方案。所用主藥劑為：ECH3x無磷復合水穩劑，該劑以水為溶劑，主要組分為羧酸-磺酸二元共聚物、烷基羧酸共聚物、水解聚馬來酸酐（PHMA）以及其他助劑復合組成。該劑是一種環境友好型水穩劑，有較好的阻CaCO3垢、Ca3（PO4)2垢能力，對多種金屬均有較好的緩蝕作用。

配合使用的復合殺菌劑ECH18是以改性季銨鹽為主劑，復配其他輔劑的高效殺生劑，同時改性季銨鹽對石化系統較為常見的點蝕現象具有良好的覆蓋作用，有效阻止腐蝕電流的產生。

3 配方的小試

本次使用的無磷水穩劑，是針對本系統低硬度、堿度的軟水水質特點而設定開發的。為確保藥劑的正常使用，我們選擇在不同水質濃縮倍率條件下進行了旋轉掛片、靜態阻垢試驗及動態模擬試驗，以確定最佳藥劑投加濃度及使用條件。

3.1 不同濃縮倍率條件的緩蝕性能試驗

根據補充水特點，當濃縮倍率增加后，水的結垢傾向會增加，而腐蝕傾向會減弱，因此重點考察、比較不同藥劑濃度條件下的緩蝕性能。

試驗設定：無磷藥劑ECH3x投加濃度按其組分數據作用，進行多因素矩陣計算后，優選 60 mg/l，75 mg/l，85mg/l三個點作為本次小試濃度，濃縮倍數：1.0～5.0倍。試驗方法參照《GB／T 18175-2014水穩劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》，試驗結果如圖所示：

根據試驗結果，在濃縮倍率為1～5倍范圍時，藥劑濃度在大于等于75ppm時腐蝕率均小于0.04mm/a，優于中石化《Q SH 0374-2010水穩劑復合阻垢緩蝕劑技術要求》技術要求的腐蝕率小于0.04mm/a。

3.2 不同濃縮倍率條件下的阻垢性能

設定運行濃縮倍率4～8倍運行條件，ECH3x濃度選擇60 mg/l，75 mg/l，85mg/l三個點。試驗方法參照《GBT 16632-2008水穩劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》，針對各濃縮倍率條件下的阻垢試驗結果如下：

根據試驗結果表明，在不同藥劑濃度條件下，濃縮倍率增加后，阻垢率呈下降趨勢，總體性能在4～8倍，濃縮倍率均滿足需求。

3.3 動態模擬試驗

以現場補充水作為動態模擬實驗系統的補水，藥劑投加量：無磷藥劑ECH3x投加濃度為65～70mg/L，ECH18投加濃度20～25mg/l，試管不預膜，連續運行15天。每日投加一次殺菌劑控制微生物繁殖，系統濃縮5～7倍運行。運行結果如下：碳鋼試管腐蝕速率0.0417mm/a，黃銅試管腐蝕速率0.0020mm/a，不銹鋼試管腐蝕速率0.0021 mm/a，年污垢熱阻2.19×10-5m2·℃/W。

動態模擬實驗說明該無磷藥劑配方在模擬運行的水質條件下取得了較好的效果，腐蝕率及試管粘附速率均優于設計規范技術要求。

4 生產應用

在小試結束后，我們結合生產需求確定了無磷水處理藥劑ECH3x的運行濃度為65～70mg/L，補充水水質為廠區新鮮工業用水，水質運行條件按照動態模擬實驗控制要求。

生產現場的應用自2月初開始，投加無磷藥劑ECH3x、ECH18及交替投加氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑控制微生物的繁殖，對監測換熱器運行狀態逐月跟蹤記錄，至次年2月，實施時間為一年。循環水濃縮倍率運行范圍3～7倍，平均濃縮6倍。期間因生產介質泄漏，循環水系統進行了一次不停車清洗，清洗過程中因大量投加清洗劑、消泡劑，隨后進行了必要的水質置換，全過程總計12天濃縮倍率低于5倍。

監測換熱器的全年統計典型數據：碳鋼掛片月平均腐蝕率為0.016mm/a，碳鋼換熱管平均腐蝕率為0.03mm/a；不銹鋼掛片平均腐蝕率0.001mm/a，不銹鋼換熱管腐蝕率0.002mm/a；黃銅試片平均腐蝕率0.002 mm/a，黃銅試管腐蝕速率0.003mm/a，粘附速率平均為7.57 mcm。監測結果完全滿足國家標準工業循環冷卻水處理設計規范GB50050-2007碳鋼腐蝕率小于0.075mm/a的要求，不銹鋼、銅的腐蝕率均滿足要求。

該循環水系統實施無磷方案一年來，各種材質的監測試管、掛片腐蝕率、粘附速率均低于循環水設計規范的要求，即使在介質泄漏清洗期間，其當月掛片腐蝕、粘附速率仍優于標準要求。藥劑的整體運行效果良好。

5 結論

①通過旋轉掛片腐蝕試驗表明，在循環水逐漸濃縮過程中的軟水水質條件下，該無磷藥劑的緩蝕性能均能達到使用要求效果良好，藥劑緩蝕性能均滿足要求，且優于國家規定的技術標準。②根據試驗結果，當無磷藥劑ECH3x使用濃度大于75mg/l，濃縮倍率運行在4.0～8.0的條件下，平均阻垢率大于95%。靜態阻垢實驗表明，在較高濃縮倍率條件下，該無磷藥劑阻垢性能仍然能夠取得優良的阻垢效果。③通過生產現場一年以來的實踐檢驗，本無磷藥劑性能及應用方案達到并優于國家規定的技術要求，整體運行效果良好，取得了較為滿意的運行效果。