吳同春，韓 嬋，高 平

(1.南陽市環(huán)境保護(hù)局，河南 南陽 473500 ； 2.洛陽金達(dá)石化有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471012)

阻垢緩蝕劑ZH516在化纖循環(huán)水場的應(yīng)用

吳同春1，韓 嬋2，高 平2

(1.南陽市環(huán)境保護(hù)局，河南 南陽 473500 ； 2.洛陽金達(dá)石化有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471012)

介紹了循環(huán)冷卻水在石油化工生產(chǎn)過程中的作用。闡述了阻垢緩蝕劑ZH516從2012—2015年在洛陽石化纖循環(huán)水場的實(shí)際應(yīng)用情況，重點(diǎn)分析了阻垢緩蝕劑ZH516的作用機(jī)理和實(shí)際運(yùn)行中的阻垢性能、緩蝕性能，評(píng)價(jià)了阻垢緩蝕劑ZH516的阻垢率和碳鋼掛片、碳鋼試管腐蝕速率的結(jié)果。

循環(huán)水系統(tǒng) ； 阻垢緩蝕劑 ； 腐蝕速率 ； 應(yīng)用

0 前言

在石油化工企業(yè)中，循環(huán)冷卻用水占工業(yè)用水總量的85%以上[1]。近年來隨著水資源供需矛盾的日益突出，節(jié)約水資源迫在眉睫，提高循環(huán)水濃縮倍率、減少相應(yīng)排污是一種較好的選擇。中國石油化工科學(xué)研究院水處理中心針對洛陽石化化纖循環(huán)水開發(fā)了阻垢緩蝕劑ZH516，在加酸調(diào)節(jié)pH值的條件下運(yùn)行的污水回用到循環(huán)水系統(tǒng)的復(fù)合性水處理劑。該配方為中低磷系阻垢緩蝕劑，符合當(dāng)今環(huán)保要求。

洛陽石化化纖循環(huán)水場是以黃河水和化纖污水(化纖污水處理后回用)混合后作為循環(huán)水補(bǔ)充水，該混合補(bǔ)充水鈣硬高，氯離子、硫酸根離子濃度高，提高濃縮倍率較為困難。ZH516是適用于高鈣硬、高氯離子、硫酸根離子補(bǔ)充水的阻垢緩蝕劑。

1 循環(huán)水場情況

洛陽石化化纖循環(huán)水場是芳烴裝置、聚丙烯裝置、化工車間配套的公用工程和配套設(shè)施，其設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，化纖循環(huán)水場補(bǔ)充水水質(zhì)如表2所示。

表1化纖循環(huán)水場設(shè)計(jì)參數(shù)

項(xiàng)目參數(shù)設(shè)計(jì)循環(huán)水量/m3·h-128000平均循環(huán)水量/m3·h-118000～22000平均補(bǔ)水量/m3·h-1100～150系統(tǒng)保有水量/m312000冷熱水溫差/℃8旁濾水量/m3·h-1600濃縮倍率4～6系統(tǒng)主要材質(zhì)碳鋼、不銹鋼

表2 化纖循環(huán)水場補(bǔ)充水水質(zhì)

2 阻垢緩蝕劑ZH516

阻垢緩蝕劑ZH516是由膦羧酸類、磺酸共聚物、無機(jī)磷、鋅鹽等復(fù)配而成。該配方為中低磷系藥劑，膦羧酸類為陰極性阻垢緩蝕劑，在水中能夠與Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+等陽離子形成多元環(huán)螯合物，具有良好的阻垢作用，同時(shí)也對碳鋼有良好的緩蝕作用；磺酸共聚物是具有一定相對分子質(zhì)量和聚合度的聚合物，具有良好的分散作用，能阻止成垢離子如Ca2+、Mg2+之間的相互接觸和凝聚，從而可阻止垢的生長，并將成垢離子穩(wěn)定存在于循環(huán)水中，適于高硬度補(bǔ)充水；鋅鹽可在金屬表面形成沉積膜，能使金屬和腐蝕介質(zhì)隔離，起到抑制腐蝕的作用。復(fù)配的阻垢緩蝕劑優(yōu)于單一種類的緩蝕和阻垢劑[2-4]。因此阻垢緩蝕劑ZH516適用于北方以黃河水為補(bǔ)充水的工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)。

根據(jù)中石化標(biāo)準(zhǔn)《水處理劑復(fù)合阻垢緩蝕劑技術(shù)要求》(Q/SH0374-2010)中Ⅲ類復(fù)合阻垢緩蝕劑的標(biāo)準(zhǔn)對阻垢緩蝕劑ZH516進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)價(jià)，結(jié)果如表3所示。

表3 ZH516產(chǎn)品質(zhì)量分析

注：BTA是指苯并三氮唑。

由表3可知，阻垢緩蝕劑ZH516各項(xiàng)物理指標(biāo)均達(dá)到中石化標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類復(fù)合阻垢緩蝕劑的要求，可以滿足化纖循環(huán)水場關(guān)于水處理藥劑的使用要求。

3 阻垢性能

依據(jù)洛陽石化化纖循環(huán)水場2012—2015年現(xiàn)場補(bǔ)充水、循環(huán)水實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，阻垢緩蝕劑ZH516投加濃度為100 mg/L時(shí)的阻碳酸鈣垢的運(yùn)行情況，以測定不同濃縮倍率水質(zhì)情況下的阻垢性能，計(jì)算方式如式(1)、(2)所示。2012—2015年化纖循環(huán)水場實(shí)際濃縮倍率和阻垢率如表4所示。

濃縮倍率=循環(huán)水K+(Ca2+)濃度/補(bǔ)充水K+(Ca2+)濃度

(1)

阻垢率= Ca2+濃縮倍率/K+濃縮倍率

(2)

注：循環(huán)水濃縮倍率以K+計(jì)算，每周監(jiān)測一次，取算數(shù)平均值。

由表4可知，阻垢緩蝕劑ZH516投加濃度為100 mg/L時(shí)，循環(huán)水平均濃縮倍率在4.01以上，阻垢率平均值在93.42%以上，隨著濃縮倍率的增大，循環(huán)水中阻垢緩蝕劑的阻垢率有所下降，但均在90%以上。為進(jìn)一步驗(yàn)證阻垢緩蝕劑ZH516的阻垢性能，選取循環(huán)水中Ca2+含量最高時(shí)段的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以2012年8月為例，循環(huán)水Ca2+和總堿度變化如圖1所示。

圖1 2012年8月循環(huán)水Ca2+和總堿度曲線

由圖1可知，循環(huán)水中Ca2+維持在高位運(yùn)行，最高達(dá)1 174 mg/L，總堿度維持在130～170 mg/L，此時(shí)循環(huán)水濃縮倍率達(dá)到6以上，結(jié)合2012—2015年監(jiān)測換熱器中碳鋼掛片和碳鋼試管運(yùn)行情況，掛片和試管表面光滑，均無垢樣產(chǎn)生?；w循環(huán)水場投加阻垢緩蝕劑ZH516能有效抑制碳酸鈣沉積，具有良好的阻垢性能，可維持化纖循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 緩蝕性能

采用監(jiān)測換熱器對化纖循環(huán)水場循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行緩蝕性能監(jiān)測，監(jiān)測換熱器管內(nèi)流速為1.5 m/s，水溫42 ℃，阻垢緩蝕劑ZH516濃度為100 mg/L，同時(shí)監(jiān)測碳鋼掛片。碳鋼掛片和試管的腐蝕速率計(jì)算如式(3)所示，2012—2015年碳鋼掛片和碳鋼試管腐蝕速率見表5(每月監(jiān)測一次，取算數(shù)平均值)。

(3)

其中：v，腐蝕速率，mm/a；m，掛片或試管的質(zhì)量損失值，g；s，掛片或試管的表面積，cm3；t，監(jiān)測時(shí)間，h；ρ，掛片或試管的材質(zhì)密度，kg/L；8 760，年相當(dāng)?shù)男r(shí)數(shù)。

表5 2012—2015年循環(huán)水系統(tǒng)監(jiān)測換熱器腐蝕速率統(tǒng)計(jì)表

注：腐蝕速率每月監(jiān)測一次，取算數(shù)平均值。

由表5可知，循環(huán)水系統(tǒng)中阻垢緩蝕劑ZH516投加量保持在100 mg/L時(shí)，監(jiān)測換熱器中碳鋼掛片表面光滑，呈金屬光澤，沒有明顯的腐蝕坑及腐蝕物，碳鋼掛片年均腐蝕速率最大為0.034 8 mm/a；碳鋼試管內(nèi)部呈金屬色澤，無腐蝕物產(chǎn)生，碳鋼試管平均腐蝕速率最大為0.054 0 mm/a，監(jiān)測換熱器中碳鋼掛片和碳鋼試管的腐蝕速率均lt;0.075 mm/a的腐蝕控制標(biāo)準(zhǔn)上限。

阻垢緩蝕劑ZH516用于化纖循環(huán)水場，對冷換設(shè)備具有較好的抑制腐蝕的作用，延長冷換設(shè)備的使用周期，保證冷卻水使用裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)論

經(jīng)過4年的實(shí)際應(yīng)用，阻垢緩蝕劑ZH516具有良好的阻垢和緩蝕性能，完全滿足了洛陽石化化纖循環(huán)水水場水質(zhì)的實(shí)際情況。循環(huán)冷卻水運(yùn)行控制在4～6倍濃縮倍率下，可以達(dá)到節(jié)約水資源、減少排污和循環(huán)水場穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

[1] 李本高,王燮卿,陸婉珍.石化企業(yè)外排污水處理循環(huán)冷卻水技術(shù)[C].全國石油與化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排工作與技術(shù)交流會(huì),2009:81-86.

[2] QuachLoc Columbia M D. Water soluble allyphosphonate copolymers[P].US 5091491,1992.

[3] 王 睿,張 崎,丁 潔,等.阻垢劑作用機(jī)理研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2001,18(2):79-92.

[4] 賈 佳,李 偉,許佩瑤.不同形態(tài)磷對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響及預(yù)測[J].廣東化工,2017,44(1):48-49.

TG174.42

B

1003-3467(2017)10-0037-02

2017-07-04

吳同春(1979-)，男，技術(shù)員，從事環(huán)境保護(hù)工作，電話：0377-61388022。