天然氣凈化廠循環水系統緩蝕阻垢劑的研發

余治國

（中國石油化工集團有限公司中原油田普光分公司，四川達州 635000）

某天然氣凈化廠循環水補水有新鮮水、鍋爐排污水、汽提凈化水、污水回用水等。其中鍋爐排污水包括動力站鍋爐及聯合裝置鍋爐定排、連排排污，其雜質以磷酸鹽為主，酸性汽提水雜質以鐵離子、COD、氨氮為主，污水回用水中雜質成分更多。多水源補水使得循環水水質控制變得復雜，循環水水質控制核心藥劑性主要集中在腐蝕和結垢的控制，其藥劑單劑及其復配尤其重要，本次研究對其中一個循環水系統進行藥劑研發。

1 非常規多水源水質特性判斷

為快速判定不同水質的腐蝕、結垢性質，實驗表明，采用李本高教授提出的腐蝕因子F水和結垢因子J水表征水質性質具有指導意義。腐蝕因子是指某種水質對碳鋼在循環水運行條件下的腐蝕強弱程度。它主要與水中的硬度、堿度、氯離子濃度和總溶解鹽濃度有關。結垢因子是指某種水質在特定溫度下鈣硬度和堿度的離子積與該溫度下達到平衡時的溶度積的比值。它主要與水中的硬度和堿度有關。見式（1）～式（2）。

CCa為25℃下水的實測鈣硬度（以CaCO3計），mg/L；CM為25℃下水的實測堿度（以CaCO3計），mg/L；CCl為25℃下水的實測氯離子質量濃度，mg/L；CS為25℃下水的實測總溶解鹽質量濃度，mg/L；pH 為25℃下水的實測pH；pHeq 為冷卻水的平衡pH，可按式（3）計算：

通過該法進行水質特性判斷：F水越大，說明水對碳鋼的腐蝕性越強，反之，對碳鋼的腐蝕性越弱。當J水＜1時，水質不結垢，原有結垢發生溶解；J水=1時，水處于平衡狀態；J水＞ 1時，水質結垢，J水越大，發生結垢的趨勢越強。腐蝕因子和結垢因子更能準確反映水的腐蝕特性和結垢特性，使用較方便。經統計2017——2018年兩年的循環水系統補水數據，計算出F水和J水，見表1。

表1 補水水質特性表

研究表明，新鮮水、鍋爐水偏向于結垢水質。當各補水按現場實際補水比例進行混合、濃縮后，其循環水水質呈現不同的腐蝕結垢趨勢。通過現場試驗，將循環水補水占比新鮮水∶鍋爐排污水為8 ∶2進行水樣配比，并用加熱容器進行蒸發濃縮循環水，得到不同濃縮倍數下的水質，計算F水和

J水。

表2 循環水水質參數及特性

實驗表明，該循環水系統在達到4倍的濃縮倍數時，鈣硬度+總堿度=1 277mg/L，大于1 100mg/L 的要求；其補水類型是結垢型性，濃縮4倍后呈高硬度、高堿度的結垢型水質。

2 循環水系統緩蝕阻垢劑研發

2.1 阻垢實驗

根據補水的水質特性以及濃縮后的水質指標，開展以單體A（三元共聚物）、B（1-羥基乙基-1，1-二磷酸）、C（2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸鈉鹽）、D（聚馬來酸酐）四種單劑作為阻垢分散劑，輔以鋅鹽及苯并三氮唑作為緩蝕劑的藥劑體系實驗。

通過正交試驗法明確單劑為實驗的因子，藥劑濃度為實驗的水平，因子數為4、水平數為4，按照L1644生成正交試驗表格，共復配十六組藥劑，進行室內的靜態阻垢實驗。正交試驗因素與水平見表3，實驗結果見表4。

表3 阻垢正交試驗因素與水平表

表4 實驗結果

依據水處理劑阻垢性能測定標準GB/T16632—2008，進行了室內靜態阻垢實驗，實驗結果最優的配方組成：A3B3C1D2， 阻垢率98.74%，取新代號1。對正交試驗結果進行了極差分析，可知，較優的組合為A3B2C1D4，取新代號2。不在已經進行的16組實驗中，因此，進一步進行該組配方的驗證實驗，驗證結果阻垢率為99.08%，阻垢效果優良，2配方更優。

2.2 緩蝕實驗

在02的配方基礎上，加入鋅鹽、有機吸附膜緩蝕劑BTA進一步復配，篩選出三組藥劑，分別命名為01、02、03。參照《冷卻水分析和試驗方法》，利用旋轉掛片腐蝕實驗儀進行實驗。

從表5可以看出，三種配方的緩蝕效果均良好，優于中石化關于水處理劑復合緩蝕阻垢劑中碳鋼的平均緩蝕速率均≦0.04mm/a 的要求。其中，相同的藥劑濃度下（100×10-6），GCY-02的緩蝕效果略優于其他兩組配方。

表5 腐蝕實驗數據標

2.3 動態模擬實驗

在室內緩蝕實驗基礎上，選取02（100×10-6））參照《冷卻水分析和試驗方法》使用智能動態模擬實驗裝置進行動態模擬實驗。實驗結果見表6.

表6 動態模擬實驗數據標

經過系列標準實驗表明，所選取的藥劑體系滿足中石化藥劑評價指標需要，所選藥劑緩蝕阻垢性能優良。最后在現場對使用藥劑按配方進行了優化，運行兩月各項水質指標均在控制范圍內，循環水監測換熱器運行情況良好，試管和掛片的腐蝕速率均處于較低水平。

3 結論與認識

創新采用腐蝕因子、結垢因子數判斷循環水補水水質腐蝕、結垢特征，為多水源補水條件下水質控制要點指明了方向。通過循環水系統藥劑單劑優選、復劑復配，開展靜、動態模擬實驗，形成了水處理藥劑的開發、評價程序。該藥劑配方中單劑的有效區間廣，現場復配藥劑的調整靈活性大、適應性強，可以滿足不同補水水質下的緩蝕阻垢性能。在現場應用中取得了明顯成效，解決了循環水系統緩蝕阻垢的關鍵問題。