唐 浠 瞿 楊 蔣 宇 吳高亮 秦 婧

(中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠引進(jìn)分廠)

重慶天然氣凈化總廠引進(jìn)分廠原來在鍋爐給水系統(tǒng)中使用的除氧藥劑為聯(lián)氨,在使用過程中，聯(lián)氨的除氧效果較好，但聯(lián)氨在低溫下反應(yīng)速度較慢、易揮發(fā)、有一定的毒性，對(duì)環(huán)境污染大，易燃易爆，存在安全隱患[1-2]。因此，為了保證員工的身心健康，改善操作人員的作業(yè)環(huán)境，引進(jìn)分廠從2011年4月21日開始，使用丙酮肟代替聯(lián)氨在鍋爐給水系統(tǒng)中進(jìn)行除氧。實(shí)踐證明，丙酮肟不僅除氧效果較聯(lián)氨好，同時(shí)還避免了除氧劑對(duì)系統(tǒng)裝置的腐蝕。在滿足生產(chǎn)要求的同時(shí)，還節(jié)約了生產(chǎn)成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 氧腐蝕的危害

氧腐蝕是鍋爐設(shè)備中最為常見的一種腐蝕，造成的后果是設(shè)備的使用壽命縮短,另外若熱力系統(tǒng)中被帶入腐蝕產(chǎn)物,系統(tǒng)中將形成積鹽和結(jié)垢,從而引起熱效率降低,水汽品質(zhì)下降，甚至引發(fā)爆炸等情況。因此,對(duì)鍋爐給水系統(tǒng)進(jìn)行除氧顯得尤為重要。

為了防止或減輕鍋爐運(yùn)行過程中的溶解氧腐蝕，必須對(duì)鍋爐的給水進(jìn)行除氧處理，主要方法包括熱力除氧和化學(xué)除氧。化學(xué)除氧是向含有溶解氧的水中加入某種還原性藥劑，使O2與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到除氧的目的。

除氧劑應(yīng)具備以下條件：對(duì)氧具有強(qiáng)還原作用；除氧劑及其反應(yīng)產(chǎn)物不引起鍋爐和凝結(jié)水系統(tǒng)的腐蝕。

2 丙酮肟的性質(zhì)

2.1 理化性質(zhì)

丙酮肟(Acetone oxime)的物理性質(zhì)見表1。分子式為：(CH3)2C=N-OH(分子結(jié)構(gòu)如圖1所示)，因此又稱為二甲基酮肟(Di Methyl Ketoxime)，英文縮寫名為DMKO，相對(duì)分子質(zhì)量73.09，密度0.901 g/cm3，外觀為白色棱晶狀結(jié)晶或粉末，還原性較強(qiáng)，在空氣中易揮發(fā)，呈中性反應(yīng)，在稀酸環(huán)境下容易水解，易溶于水和醚、酮、醇等有機(jī)溶劑。

表1 丙酮肟物理性質(zhì)

2.2 除氧機(jī)理

丙酮肟對(duì)氧具有強(qiáng)還原性，所以它易與給水中所溶解的氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，起到降低給水中溶解氧含量的作用。該反應(yīng)進(jìn)行速度快，除氧較為完全。

丙酮肟與氧發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式如下：

4(CH3)2C=N-OH+O2→4 (CH3)2C=O+2N2+2H2O

2(CH3)2C=N-OH+O2→2 (CH3)2C=O+N2O+H2O

2.3 分解性

2.4 保護(hù)作用

由于DMKO是強(qiáng)還原劑，在使用過程中能夠在鋼材表面形成一層氧化保護(hù)膜。生成氧化膜的化學(xué)反應(yīng)式為：

2(CH3)2C=N-OH+6Fe2O3→2(CH3)2C=O+

4Fe3O4+N2O+H2O

因此,設(shè)備中使用含有DMKO的溶液，可以形成一層Fe3O4膜附著在設(shè)備內(nèi)表面上，防止或延緩腐蝕，對(duì)設(shè)備內(nèi)表面起到明顯的保護(hù)作用和緩蝕效果。 DMKO對(duì)鐵銅氧化物的還原作用可以防止鍋爐因形成氧化物沉積而引起金屬管過熱和腐蝕損壞[3]， 對(duì)已沉積在管道、設(shè)備壁上的銅的腐蝕產(chǎn)物還有清洗作用[5]。

2.5 低毒性

丙酮肟具有低毒性的特點(diǎn)。聯(lián)氨LD50為59 mg/kg，丙酮肟LD50為5 500 mg/kg[4]，相比之下，丙酮肟的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聯(lián)氨。因此，在鍋爐給水系統(tǒng)中使用丙酮肟，一方面不會(huì)使操作人員在設(shè)備進(jìn)行的操作過程中受到傷害，另一方面還保護(hù)了環(huán)境。

3 丙酮肟的應(yīng)用及效果分析

3.1 工藝指標(biāo)

引進(jìn)分廠共設(shè)有A、B、C 3臺(tái)鍋爐，要求除氧后溶解氧量不大于0.02 mg/L。在經(jīng)過熱力學(xué)除氧之后，給水中所殘余溶解氧量已經(jīng)很低。因此，需要保證在用藥后藥劑殘余量盡可能少的前提下，溶解氧含量達(dá)標(biāo)。

3.2 理論投藥量的計(jì)算

DMKO加藥劑量理論計(jì)算公式如式(1)[6]：

10×ε×G=Q×(4.5a+ΔA)

(1)

式中，G為給水中加入DMKO劑量，g/h；Q為給水流量，m3/h；a為給水中溶解氧質(zhì)量濃度，μg/L ；ΔA為給水中維持DMKO的過剩量，μg/L ；ε為DMKO的產(chǎn)品純度，%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

假設(shè)Q取25 m3/h、a取200 μg/L、ε取99.93%、ΔA取35 μg/L，則經(jīng)過計(jì)算，每個(gè)月DMKO的用量約為1.74 kg。由于給水中溶解氧(DO)濃度是變化的，因此相應(yīng)的每個(gè)月DMKO的使用量會(huì)隨DO濃度有所波動(dòng)。

3.3 投加辦法

目前,丙酮肟投加方法是利用原有的聯(lián)氨罐作為投加設(shè)施。使用該罐將丙酮肟投入水中，開啟攪拌器約5～10 min，溶解完全后關(guān)閉攪拌器。裝填頻率和次數(shù)根據(jù)罐內(nèi)藥量而定，當(dāng)罐內(nèi)無液時(shí)，補(bǔ)充投加。

3.4 數(shù)據(jù)分析

3.4.1投放濃度對(duì)比

為了直觀反映聯(lián)氨與DMKO除氧效果的優(yōu)劣區(qū)別，選取DO濃度相近的時(shí)間段，根據(jù)兩種除氧劑的投放濃度進(jìn)行對(duì)比分析。選取聯(lián)氨除氧2010年后半年(除氧前ρ(DO)=115～140 mg/L,除氧后ρ(DO)<0.02 mg/L)和DMKO除氧2012年前半年(除氧前ρ(DO)=125～145 mg/L, 除氧后ρ(DO)<0.02 mg/L)的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比(見表2、表3)。

表2 聯(lián)氨投放濃度

表3 DMKO投放濃度

由表2和表3可以看出，在DO濃度相近的情況下，聯(lián)氨投放濃度明顯大于DMKO的。從而可以看出，聯(lián)氨的除氧程度和效果遠(yuǎn)差于DMKO。

3.4.2殘余濃度對(duì)比

從2010年全年實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽取20份聯(lián)氨殘余樣本，所得樣本情況如表4所列。

表4 聯(lián)氨殘余樣本 (ρ/(mg·L-1))

由于使用了簡單隨機(jī)取樣的抽樣方法得到表4，所以表4中的數(shù)據(jù)是具有代表性的。因此，可以根據(jù)表4得出聯(lián)氨在給水中的平均殘余質(zhì)量濃度為6.65 mg/L。

同樣地，從2012年全年實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)中抽取20份DMKO殘余樣本，可得樣本情況如表5所列。根據(jù)表5可得，DMKO在給水中的平均殘余質(zhì)量濃濃度為0.33 mg/L。

表5 DMKO殘余樣本

根據(jù)表4和表5繪制出聯(lián)氨與DMKO的殘余濃度波動(dòng)曲線圖2。

由圖2可以看出，聯(lián)氨在給水中的殘余濃度波動(dòng)幅度遠(yuǎn)大于DMKO的，聯(lián)氨的平均殘余濃度是DMKO的近20倍。造成這個(gè)現(xiàn)象的原因可能是：

(1) 從除氧劑本身來說，在相同情況下，相對(duì)于DMKO，聯(lián)氨除氧深度差，除氧速度慢[4]，造成在相同時(shí)間和相近DO濃度的情況下，聯(lián)氨的殘余濃度要遠(yuǎn)高于DMKO的，且波動(dòng)幅度也大于DMKO。

(2) 從投加濃度來看，聯(lián)氨的投加濃度遠(yuǎn)大于DMKO的，再加上除氧效果的差異，勢必導(dǎo)致聯(lián)氨殘余濃度的波動(dòng)更大。

(3) 從客觀上講，給水中DO濃度隨溫度、壓力而發(fā)生變化。因此，對(duì)同一種除氧劑而言，不同時(shí)間段內(nèi)所消耗的量是不同的，這樣就會(huì)造成在投加濃度大致相同的情況下，除氧劑殘余濃度發(fā)生波動(dòng)。

3.4.3除氧效果

根據(jù)引進(jìn)分廠的工藝指標(biāo)可知，當(dāng)ρ(DO)<0.02 mg/L時(shí)，DMKO的殘余濃度越小，則越節(jié)約生產(chǎn)成本。由此原則，連續(xù)12天對(duì)DMKO殘余濃度進(jìn)行取樣分析，投藥后分兩個(gè)時(shí)間(9:00和17:00)對(duì)DMKO殘余濃度和DO濃度進(jìn)行測驗(yàn)(見表6)。

表6 DMKO殘余濃度(ρ/(mg·L-1))

從表6可以看出，在24份數(shù)據(jù)樣本中，DO質(zhì)量濃度均小于0.02 mg/L，滿足了工藝指標(biāo)的要求。由實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)可知，樣本中DMKO殘余質(zhì)量濃度最小值為0.03 mg/L，驗(yàn)證了理論投藥量計(jì)算中ΔA取值的可用性。

4 可行性分析

在投放DMKO時(shí)，所需的藥量遠(yuǎn)小于聯(lián)氨，節(jié)約了用工成本和勞動(dòng)成本。使用的投放設(shè)備為原來投放聯(lián)氨的加藥設(shè)備，沒有增加任何設(shè)備投資。由表2和表3可以得出，聯(lián)氨全年的投放量大約為1 400 kg，DKMO全年投放量大約為24 kg。聯(lián)氨的價(jià)格為11 000元/t，DMKO的價(jià)格為48 000元/t，據(jù)此可以計(jì)算出購買聯(lián)氨需要花費(fèi)15 400元/年，購買DMKO則只需花費(fèi)1 152元/年，即更換除氧劑后，每年可以減少花費(fèi)14 248元。

5 結(jié)論與建議

(1) 丙酮肟的試用表明，使用丙酮肟代替聯(lián)氨可以完全滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)還降低了操作過程中除氧劑毒性的危害，既保障了操作人員的身體不受到危害又保護(hù)了環(huán)境，并且還降低了生產(chǎn)費(fèi)用。因此，丙酮肟在鍋爐給水系統(tǒng)中的應(yīng)用是可行的，是值得推廣的。

(2) 根據(jù)每天給水中DMKO殘余濃度和DO濃度，可適當(dāng)調(diào)節(jié)加藥量，保證在滿足除氧需求的前提下，控制用藥成本。

(3) 由于DMKO在除氧后生成N2O(笑氣)，對(duì)臭氧層具有極大的破壞性，另外N2O在高溫下會(huì)分解為NO和NO2，對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定的危害。因此，仍需發(fā)現(xiàn)新的除氧劑來進(jìn)行改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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