循環冷卻水高濃縮倍數配方的應用
摘 要：濃縮倍數是循環水運行管理的一項重要指標，提高濃縮倍數能夠節省藥劑和水量，但首先必須解決高濃度離子對換熱設備造成的腐蝕和結垢問題。中原乙烯循環冷卻水裝置的設計能力2×104m3/h，而實際運行能力為14000m3/h，系統保有水量6100m3，自1995年開車以來，濃縮倍數N值平均為2.5，且在水質較差時發生腐蝕現象，碳鋼掛片腐蝕率達到0.1128mm/a，銅掛片腐蝕率0.009mm/a，均達不到碳鋼腐蝕速率0.075mm/a，銅腐蝕速率0.005mm/a，不銹鋼腐蝕速率0.005mm/a的要求[1]。為提高循環水裝置運行的經濟性，并嚴格控制腐蝕和結垢，經過旋轉掛片試驗、靜態阻垢試驗及動態模擬試驗，篩選出的緩蝕阻垢劑配方，較好地滿足了循環水的各項要求。
前言
濃縮倍數是循環水運行管理的一項重要指標，提高濃縮倍數能夠節省藥劑和水量，但首先必須解決高濃度離子對換熱設備造成的腐蝕和結垢問題。中原乙烯循環冷卻水裝置的設計能力2×104m3/h，而實際運行能力為14000m3/h，系統保有水量6100m3，自1995年開車以來，濃縮倍數N值平均為2.5，且在水質較差時發生腐蝕現象，碳鋼掛片腐蝕率達到0.1128mm/a，銅掛片腐蝕率0.009mm/a，均達不到碳鋼腐蝕速率0.075mm/a，銅腐蝕速率0.005mm/a，不銹鋼腐蝕速率0.005mm/a的要求[1]。為提高循環水裝置運行的經濟性，并嚴格控制腐蝕和結垢，經過旋轉掛片試驗、靜態阻垢試驗及動態模擬試驗，篩選出的緩蝕阻垢劑配方，較好地滿足了循環水的各項要求。
1 補水水質和設備情況
1.1 補水水質
1998年以前，中原乙烯循環水系統補水全部來自黃河水。為解決黃河水斷流問題，開始使用脫堿后的地下水作補充水。補充水中黃河水占60％，脫堿地下水占40％，補充水的水質見表1。
表1 補充水水質分析結果
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通過計算在濃縮倍數N=4.5倍時，經混合后的循環水pH值為9.13，飽和pH為6.2，Ryzner穩定指數為3.27[2]，水質屬嚴重結垢型。但是濃縮4.5倍后Cl-已超過300mg/L，SO42-達387mg/L。這些腐蝕性強的離子又給系統帶來嚴重腐蝕。因此，要求循環冷卻水的藥劑配方既要能解決結垢問題，也要能解決腐蝕問題。
1.2 設備情況
全廠共有換熱器約120臺，銅（T2）換熱器32臺，不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）換熱器24臺，其余為碳鋼（20＃鋼）換熱器。換熱器設計進水溫度≤32℃，總回水溫度≤42℃。
2 緩蝕阻垢配方的篩選
試驗共選了6種緩蝕阻垢劑，其中BC-605系列4種：BC-605H1、BC-605H2、BC-605H3、BC-605H4。該系列緩蝕阻垢劑主要成分是磺化丙烯酸、有機磷竣酸、BPTA、丙烯酸酯多元共聚物等。配方中各組份配比含量不同；S－113；系統原使用藥劑（其主要成分為磷酸鹽、EDP、BPTA等）。試驗用水水質按表1所示，濃縮倍數4.5。試驗藥劑濃度分別為50mg/L、60mg/L和70mg/L3種。
2.1 靜態阻垢試驗
用配水的方法使試液的Ca2+及堿度達到250mg/L，P042-為5mg/L，然后加藥劑，濃縮1.5倍，80℃下恒溫10h，再分別測出水中鈣離子的含量、計算出碳酸鈣、磷酸鈣的阻垢率。結果如表2、表3所示。
表2 碳酸鈣阻垢率
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表3 磷酸鈣阻垢率
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2.2 旋轉掛片腐蝕試驗
根據阻垢試驗結果，選取BC－605系列中阻垢效果最好的BC-605H3，BC-605H4兩種與原使用藥劑以及S－113作對比。采用3種材質掛片（20＃碳鋼、不銹鋼和銅）進行旋轉掛片試驗。結果如表4所示。由表4可知以BC-605H4的腐蝕率最低。
表4 不同藥劑濃度的腐蝕速率
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2.3 動態模擬試驗
根據上述試驗結果，同時考慮到經濟性，選S－113和BC－605H。兩種藥劑進行動態模擬試驗。藥劑濃度60mg/L，試片為20＃碳鋼、不銹鋼和銅3種材質洞時用φ10×1的碳鋼試管2支。動模12d后投加有機溴殺菌劑30mg/L。結果如表5所示，從表中看出，BC-605H4的腐蝕率均低于S－113，同時前者的成膜厚度較后者厚，試管粘附速率前者也較后者低（S－113粘附速率已超標）。
表5 動態模擬試驗結果
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以上試驗結果表明，BC-605H4更適合于中原乙烯的特殊水質，可以作進一步的工業應用試驗。
3 現場應用
3.1 濃縮倍數及藥劑濃度
系統濃縮倍數初步控制在3.5－4.0之間，后來又逐步提高到4.0以上。表6給出了試用期間的月均濃縮倍數。
根據上述試驗結果并考慮用藥的經濟性，試驗藥劑濃度控制在60mg/L左右。
3.2 細菌和濁度控制
為控制細菌數量，減少因生物粘泥帶來的腐蝕，日常殺菌是每天沖擊性投加液氯l－2次。加氯機出現故障時用氯錠（主要成分是次氯酸鈉）代替。另外，每20d左右交叉投加非氧化性殺菌劑1次，以剝離管壁上沉積的生物粘泥。異氧菌量嚴格控制在小于1×105個/mL（正常運行時為103－104左右）。
濁度的控制主要通過旁濾地進行，旁濾量為5％－6％，正常運行情況下濁度小于5.0mg/L。
3.3 監測掛片和監測換熱器
表6給出了試用8個月來監測掛片和監測換熱器的腐蝕和結垢情況。其中3月份因運行水溫過低（平均為20℃）和循環水系統有物料泄漏，造成碳鋼監測掛片腐蝕率偏高，經采取措施后恢復正常。氯離子在320－350mg/L情況下運行，不銹鋼掛片腐蝕率為0。
表6 現場試用結果
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其中4月份小修期間，為檢驗藥劑配方的實際運行效果，打開部分換熱器進行了檢查。經過將近4個月的運行，設備狀況良好，換熱器內部無粘泥，無點蝕，無銹瘤和結垢，換熱器不需任何清洗。其中檢查兩臺不銹鋼換熱器無點蝕，無應力腐蝕。
4 結論
4.1 BC-605H4緩蝕阻垢劑比較適合中原乙烯的水質特點，平均N值由2.5提高到4.0。而且因黃河水質惡化導致的腐蝕和結垢傾向得到了控制，水質狀況良好。
4.2 腐蝕速度的降低使設備的大修周期由1a提高到2－3a，每年節省的全廠設備檢修費就達上千萬元。
4.3 N值由25提高到4.0用F污量由121m3/h降為69m3/h，每年可節水41×104t，折合人民幣50多萬元。另外，因排污量的減少，每年少交排污費80多萬元，具有良好的環境效益。
參考文獻：
[1]中國石化集團公司．煉油化工企業工業水管理制度[M]．北京：中國石化集團公司1999.7.
[2]周本省．工業水處理技術[M]．北京：化學工業出版社．1997
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