油气处理厂循环水设备防腐阻垢技术研究

司 小 明

（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院， 陕西 西安 710075）

循环水系统经过一段时间运行，受生产环境、水质波动等因素的影响，常在系统管网不同部位产生生物黏泥、盐垢类沉积物和腐蚀产物等，影响系统换热效果及长周期运行。为保证循环水系统长周期运转，提高换热效率，对装置需定期进行清洗。清洗后，整个系统再进行预膜，即在冷却器及管道的金属表面形成一层薄而致密的抗腐蚀保护膜，并在循环水中添加适当的防垢剂和缓蚀剂以延长设备清洗周期，保持换热效果。不停车清洗预膜缓蚀阻垢技术在循环水处理系统具有重要的意义[1-4]。现以哈国油气处理厂循环水系统为例，阐述不停车清洗，预膜并添加药剂技术的应用情况。

1 技术路线

1.1 系统参数与状态

该厂循环水系统由集水池、循环水泵、水处理设备、循环水用户（各换热器）、冷却塔、旁滤系统、加药系统、排污系统等组成。系统中循环水量为1400 m3/h，旁滤处理流量为80 m3/h，排污泵的排污能力为70 m3/h。在进行处理前循环供水、回水温差只有4 ℃左右，只是冷却塔设计能力的一半，不能把工艺介质冷却到要求的工艺温度。现场生产记录显示，循环水供水温度不高，最高温度记录为25 ℃；换热器结垢严重，部分换热器介质流量大大低于设计参数。在循环水系统供水水量、温度正常的情况下，冷却效率低主要是由于换热器的热交换效率低造成的。

1.2 试验方案

根据循环水系统的现场情况，我们采用不停车的化学清洗除锈除垢方案，清洗后立即加预膜剂进行预膜，并定期投加缓蚀阻垢剂来进行处理。化学清洗的目的是去除系统中的水垢、锈垢，提高换热设备的效率；化学清洗后干净的金属表面反应活性高，预膜剂可以在金属表面吸附成保护膜，降低设备的腐蚀；投加缓蚀阻垢剂的目的是在循环水系统正常运行中控制系统腐蚀、结垢。

2 室内药剂筛选

根据现场循环冷却水系统状态，采用室内试验对缓蚀剂和阻垢剂进行筛选，并对药剂配伍性能进行研究。

2.1 现场水质分析

对循环水系统使用的现场水样进行水质分析，pH为7.24，其他离子浓度见表1。依据现场记录，循环水浓缩倍数在2.0上下浮动。取现场自来水水样进行室内药剂筛选工作。

表1 循环水水质分析Table 1 The water quality analysis of circulating water g·L-1

2.2 缓蚀剂筛选

针对现场循环水的水质特点，模拟现场使用环境，采用旋转挂片法对缓蚀剂进行筛选[5]。在敞开式循环水系统中，循环水有一定的蒸发，水中各离子浓度都会发生变化，因此对水样在一定浓缩倍数时缓蚀剂的性能进行了比较。试验表明，KL1、KL2和PBTCA具有一定的缓蚀性能。对缓蚀性能较好的三种药剂加样量进行研究，在水样浓缩2倍时的实验结果见表2。由表2可看出，KL2与KL1缓蚀率较高，加药浓度选择50 mg·L-1可满足现场使用。

表2 缓蚀剂筛选（水样浓缩2倍）Table2 The screening of corrosion inhibitors

2.3 阻垢剂筛选

表3 阻垢剂筛选Table 3 The screening of corrosion inhibitors

采用高温失钙法[6]对阻垢剂进行筛选，加药浓度选择各药剂的常规加药浓度。结果表明水样不浓缩时各阻垢剂阻垢性能差异很小，这主要是由于水中的钙离子浓度比较低，采用高温失钙法对水样处理后，基本没有钙垢析出，从而导致各结果之间差异较小。要对比药剂阻垢性能的差异，应该在较高的浓缩倍数下进行高温失钙试验。当试验过程中水样浓缩倍数达到2.5倍，加药浓度选择50 mg·L-1时，筛选出较好的阻垢剂为 MA-AA、PAAS、HPMA、T-255、KP03，试验数据如表3所示。由表3可看出阻垢效果最好的药剂是KP03，。

2.4 药剂配伍性能试验

由于缓蚀剂和阻垢剂在现场是同时使用，因此对阻垢剂和缓蚀剂的配伍性能需进行研究。试验中对缓蚀剂KL2与阻垢剂KP03的配伍性能进行了研究，二者混合后混合液呈淡黄色，澄清且透明，稳定不产生沉淀；二者混合使用时缓蚀率没有明显变化；阻垢效果有一定提高，因此二者具有一定的协同作用，可混合使用。

2.5 预膜剂评价

清洗剂清洗后的金属表面活性很高，很容易腐蚀。预膜处理是系统清洗后，采用预膜剂使金属表面快速形成保护膜，防止腐蚀产生。预膜剂评价试验结果见图1。由图1可看出，预膜剂加药量在200 mg·L-1以上时，预膜效果明显。

图1 挂片腐蚀状况（1-4预膜剂加量分别为：100, 200, 300, 0 mg·L-1）Fig.1 The corrosion of slices（the dosage of prefilming agent(1-4): 100 mg·L-1, 200 mg·L-1, 300 mg·L-1,0 mg·L-1, respectively）

预膜的主要目的是防腐，因此将预膜剂和缓蚀剂结合起来评价药剂对金属的缓蚀效果，试验数据如表4所示。由表4可看出，经过预膜后投加缓蚀剂，明显提高了药剂的缓蚀性能。

表4 预膜剂对缓蚀剂性能的影响Table 4 The effect of prefilming agent to corrosion inhibitor

3 现场效果评价

根据现场循环水系统情况，现场处理方案为：1）在凉水塔下的集水盘与水池一次性投加500 kg有机酸化学清洗剂，运行5 d；2）清洗后置换水，再一次性加入300 kg预膜剂，运行2天；3）水再次置换后加入缓蚀阻垢剂混合液100 kg，运行1 d后开始正常运行，正常运行中每天适量补加缓蚀阻垢剂混合液。操作过程中对总铁、Ca2+浓度和浊度进行监测[7,8]。

3.1 化学清洗除垢效果及分析

在整个现场操作过程中，循环水浊度一直不高，多数时间处在3.0 FTU以下，在补充水量突然增大时浊度明显偏高。该厂循环补充水是自来水，浊度波动大。在取样间隔的4 h里，系统水总体可循环8次，补充水量突然增大时，系统浊度会快速上升，补充水量下降时，系统浊度又很快恢复，因此系统的浊度主要受到补充水量和补充水浊度的影响。

清洗期间，循环水中钙离子浓度和总铁浓度显著提高，清洗效果明显，结合清洗监测结果和排污量，自开始加药至循环水系统水质基本稳定，共清洗掉铁垢（以Fe2O3计）1.0 kg、钙垢（以CaCO3计）166.5 kg。

3.2 腐蚀控制效果

在化学清洗之前与投加缓蚀阻垢剂之后，在集水池同一位置挂腐蚀挂片（A3钢）各7 d，监测挂片腐蚀情况。结果表明化学清洗处理之前，系统循环水有一定腐蚀性，腐蚀监测挂片表面除有 1 cm2的斑蚀外，点蚀较多；而加缓蚀阻垢剂处理后，试验后挂片表面仍然光亮如新。试验结果表明，化学清洗前平均腐蚀速率为0.107 7 mm·a-1，投加缓蚀阻垢剂后平均腐蚀速率下降到0.002 0 mm·a-1，腐蚀控制效果明显。

3.3 结垢抑制效果

不加化学药剂时，现场自来水不同浓缩倍数下的失钙率情况如表5所示。循环水系统投加缓蚀阻垢剂后，失钙率情况如表6所示。

表5 现场自来水不同浓缩倍数下的失钙情况Table 5 The calcium loss of tap water with differentconcentration multiple

表6 现场循环水加缓蚀阻垢剂后的失钙情况Table 6 The calcium loss of circulating water after adding agents on site

由表5可看出，在不加缓蚀阻垢剂的情况下，自来水经过水浴不间断加热浓缩处理后，不同浓缩倍数下，钙离子浓度有所不同，在浓缩倍数为 2.0时，水中钙离子浓度达到最大值34 mg/L，之后随浓缩倍数的提高，钙离子浓度反而下降，失钙率迅速上升，因此系统投加合适的缓蚀阻垢剂进行处理是必要的[9]。与表 5中的不加药时自来水不同浓缩倍数下的失钙率相比，表6中系统循环水失钙率下降明显，表明投加缓蚀阻垢剂后，钙析出结垢的趋势明显下降。

4 结束语

该厂循环水系统经有机酸除锈除垢剂清洗，从清洗过程循环水中钙离子浓度的变化可看出，换热器结垢严重，清洗效果明显。从缓蚀阻垢剂投加前后的腐蚀挂片监测情况看，缓蚀阻垢剂产生了良好的缓蚀作用,有效控制了系统腐蚀；从控制结垢的数据分析看，在系统运行浓缩倍数下，失钙率较自来水失钙率低，达到了控制钙析出结垢的目的，阻垢效果明显。实践结果表明不停车清洗、预膜，并投加适当的缓蚀阻垢剂进行循环水处理是一种有效方案。

［1］葛墁丽, 余维松. 不停车清洗预膜技术在循环水场的应用[J].工业水处理，2010, 30 (3): 89-92.

［2］李鹏.电厂循环冷却水系统不停车清洗预膜实践与评价[J]. 轻松排水动态, 2007 (4): 10-11.

［3］GB 50050-95工业循环冷却水处理设计规范[S].

［4］周本省. 工业水处理技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2002: 168-169.

［5］GB/T 18175-2000. 水处理剂缓蚀性能的测定: 旋转挂片法[S].

［6］GB/T 16632-1996. 水处理药剂阻垢性能的测定：碳酸钙沉积法[S].

［7］GB 7476-87. 水质钙的测定EDTA滴定法[S].

［8］F-HZ-DZ - LSYS-0047. 天然卤水及盐水—铁（总铁、高铁、亚铁）的测定—分光光度法[S].

［9］张晓燕, 陶大富. 塔西南石化厂循环水提高浓缩倍数初探[J]. 工业水处理, 2007, 27(1): 81-83.