劉亞龍(中原油田分公司天然氣處理廠，河南 濮陽(yáng) 457162)

某天然氣凈化廠循環(huán)水場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模為32000m3/h，正常用量為20000m3/h，選用7 座4500m3/h 逆流涼水塔。循環(huán)冷卻水用戶主要處理裝置換熱器和機(jī)泵等。循環(huán)水補(bǔ)水主要有三股，分別為酸性汽提凈化水、鍋爐排污水及新鮮水，三者之間比例不同，導(dǎo)致水質(zhì)有所波動(dòng)，現(xiàn)有磷系水處理劑無法有效控制系統(tǒng)腐蝕。同時(shí)，磷系水處理劑會(huì)使水體富營(yíng)養(yǎng)化，促使微生物過度繁殖，加大殺菌劑的消耗。因此，無磷緩蝕方案的優(yōu)選應(yīng)用對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的升級(jí)相當(dāng)重要。

1 無磷緩蝕方案優(yōu)選研究

針對(duì)該廠正常水質(zhì)和波動(dòng)水質(zhì)分別進(jìn)行無磷緩蝕方案的優(yōu)化和評(píng)估實(shí)驗(yàn)。取循環(huán)水系統(tǒng)的三股補(bǔ)水(新鮮水、鍋爐排污水以及酸性汽提水)按照一定的比例進(jìn)行配水，然后按照3 至4 倍濃縮倍數(shù)添加所需要的離子。正常水質(zhì)的補(bǔ)水比例分別為43%新鮮水＋34%酸性汽提水＋23%鍋爐排污水。波動(dòng)水質(zhì)其組成為50%酸性汽提水＋50%鍋爐排污水，需要特別添加有機(jī)物(甲基二乙醇胺－MDEA)和氨氮以及S2-離子。

1.1 正常水質(zhì)旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕實(shí)驗(yàn)

表1 給出了正常水質(zhì)條件下旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果。選取的三種不同藥劑按照其作用機(jī)理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)藥劑組合均可以達(dá)到平均腐蝕速率小于0.075mm/a 的要求，其中最佳組合2可以達(dá)到腐蝕速率為0.0282 mm/a。

表1 正常水質(zhì)旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，考察各個(gè)藥劑分別對(duì)腐蝕速率的影響，同時(shí)考慮到兩種藥劑之間的二階相互作用。擬合的結(jié)果見圖1。

圖1 正常水質(zhì)腐蝕速率理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比

由圖1 中可以看出數(shù)據(jù)模型的理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值吻合(試驗(yàn)點(diǎn)落在理論值和實(shí)驗(yàn)值相等的對(duì)角線附近)，數(shù)據(jù)模型的方差R2可以達(dá)到0.99，為下一步計(jì)算最佳用藥量提供了基礎(chǔ)。這充分說明針對(duì)特定水質(zhì)，各個(gè)藥劑的添加量和相互之間的比例是有規(guī)律可循的。

隨著955AP 的增加腐蝕速率顯著降低。在選取的濃度范圍內(nèi)，增加其他兩種藥劑的量會(huì)使腐蝕速率緩慢降低。因此，方案2 作為正常水質(zhì)情況下的優(yōu)選方案。

1.2 波動(dòng)水質(zhì)旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕實(shí)驗(yàn)

波動(dòng)水質(zhì)條件下旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下表1-2 所示。從表中可以看出同樣的藥劑方案對(duì)于正常水質(zhì)和波動(dòng)水質(zhì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全不同。波動(dòng)水質(zhì)結(jié)果表1-2 中的實(shí)驗(yàn)1(0.741mm/a)和7(0.193mm/a)組的藥劑方案分別對(duì)應(yīng)正常水質(zhì)結(jié)果表2 的實(shí)驗(yàn)3(0.034mm/a)和6(0.032mm/a)組的藥劑方案，但是腐蝕速率卻相差甚遠(yuǎn)。這主要是因?yàn)椴▌?dòng)水質(zhì)中添加了S2-離子，實(shí)驗(yàn)中最低腐蝕速率可以達(dá)到0.047mm/a，有四組方案其腐蝕速率可以滿足0.075mm/a 的要求。

表2 波動(dòng)水質(zhì)旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕實(shí)驗(yàn)

從上表2 可以看出，EP3533 的用量對(duì)腐蝕速率的影響最為顯著，其次是955AP，在實(shí)驗(yàn)用量區(qū)間內(nèi)增加EP3533 和955AP 的用量能顯著降低腐蝕速率。增加NP4400 的量基本對(duì)腐蝕速率沒有影響。

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，結(jié)果見圖2。理論計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值之間基本符合。計(jì)算得到的最佳用藥方案與實(shí)驗(yàn)相一致。因此，第9 組為波動(dòng)水質(zhì)條件下優(yōu)選方案。

圖2 波動(dòng)水質(zhì)腐蝕速率理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比

1.3 動(dòng)態(tài)在線腐蝕速率監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

動(dòng)態(tài)在線腐蝕速率監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的水質(zhì)見表3。

表3 動(dòng)態(tài)在線腐蝕速率監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

圖3 是7 天動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。藥劑方案采用的是旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)的優(yōu)選方案(EP3533 100ppm、NP4400 80ppm、955AP 16ppm)，在動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)初期在線腐蝕速率隨著時(shí)間快速的增加，在十幾個(gè)小時(shí)以后達(dá)到最高值然后逐漸降低，最終達(dá)到穩(wěn)定值為0.025mm/a 左右。這主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)初期是成膜期，所以腐蝕加劇。成膜期之后則形成穩(wěn)定的保護(hù)作用。圖3 中也可以看出藥劑方案的成膜時(shí)間相對(duì)較短，可以很快的對(duì)掛片形成保護(hù)膜。

圖3 極端水質(zhì)動(dòng)態(tài)在線腐蝕速率監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 結(jié)語(yǔ)

通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法評(píng)估了無磷緩蝕方案在不同水質(zhì)條件下(正常水質(zhì)和波動(dòng)水質(zhì))對(duì)碳鋼腐蝕的影響，結(jié)果表明在不同水質(zhì)條件下通過調(diào)整不同藥劑之間的比例和添加量，可以得到較為滿意的緩蝕效果。在極端苛刻的水質(zhì)條件下(Larson Skold Index 為21.39，S2-離子濃度0.3～0.6ppm 等)，動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：優(yōu)化的無磷緩蝕方案可以有效控制腐蝕，在線腐蝕速率穩(wěn)定在0.025mm/a。無磷方案的使用一方面可以解決苛刻水質(zhì)對(duì)腐蝕的影響，同時(shí)可以解決污水排放時(shí)對(duì)磷控制的難題。