循环冷却水缓蚀阻垢试验研究

刘 鹏, 魏彦林, 杨志刚, 王 珂

循环冷却水缓蚀阻垢试验研究

刘 鹏1, 魏彦林2, 杨志刚2, 王 珂2

（1. 陕西延长石油（集团）有限责任公司，陕西 西安 710075； 2. 陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西 西安 710075）

长庆气田第二净化厂循环冷却水系统补充水属典型的负硬度水质，含有较高浓度的阴离子SO42-、HCO3-和阳离子Ca2+、Mg2+，易结垢，且具有较强的腐蚀性。针对这一问题，本研究进行了循环冷却水系统的腐蚀和结垢因素分析，并结合现行各种防腐阻垢控制方式及其主要控制指标，对四种缓蚀阻垢剂 WT-901，WT-225， ZY-121和ZY-310的缓蚀阻垢性能进行分析评价，并对比分析了长庆气田第二净化厂使用的缓蚀阻垢剂A的性能，筛选出性能优良的缓蚀阻垢剂ZY-310，以解决目前循环冷却水系统的腐蚀与结垢问题。

循环冷却水；结垢；腐蚀；缓蚀阻垢剂；性能评价

循环冷却水系统是天然气净化厂的重要组成部分，长庆气田第二净化厂循环冷却水系统主要用于冷却净化装置区酸气、MDEA贫液、空压站空压机组和甲醇回收装置产品甲醇的冷凝。其补充水属典型的负硬度水质，含有较高浓度的阴离子 SO42-、HCO3-和阳离子 Ca2+、Mg2+，冷却水在经过系统的热交换器、冷却塔及长短不一的管道传输后，会使水中的阴阳离子不断富集、微生物及细菌繁衍滋生，形成结垢和生物粘泥，严重时还会出现腐蚀穿孔[1-3]，影响到系统的正常运行。因此，循环冷却水系统在运行时需要进行必要的水质稳定处理[4-6]。

针对长庆气田第二净化厂的循环冷却水系统存在的问题，进行了系统的腐蚀和结垢因素分析，并结合现行各种防腐阻垢控制方式及其主要控制指标[7,8]，通过静态阻垢试验、腐蚀试验、铁离子沉积抑制性试验、热稳定性试验和浓缩倍数对缓蚀阻垢剂性能影响试验等，筛选出性能优良的缓蚀阻垢剂。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

无水乙醇（AR，国药集团化学试剂有限公司）；石油醚（沸程60-90℃）（AR，国药集团化学试剂有限公司）；盐酸（AR，国药集团化学试剂有限公司）；六偏磷酸钠（AR，国药集团化学试剂有限公司）；氯化铵（AR，西安化学试剂厂）；氨水（AR，西安化学试剂厂）；EDTA（AR，西安化学试剂厂）；试验挂片材质：A3钢、黄铜、不锈钢。

1.2 主要仪器

紫外可见分光光度计（SPECORD 200型，德国 Analytik Jena AG）；多功能离子色谱分析系统（ICS5000型、美国DIONEX）；全自动电位滴定仪（T50型，瑞士METTLER TOLEDO）；pH酸度计（PHS-3C，上海仪电科学仪器股份有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 腐蚀试验

首先用滤纸将试验挂片表面的防锈油脂擦拭干净，然后分别在丙酮和无水乙醇中用脱脂棉擦洗，滤纸吸干后置于干燥器中4 h以上，称量（精确到0.0002 g）；在一定的试验条件下，将预处理好的试验挂片置于加有缓蚀阻垢剂的试验用水中，一段时间后取出，在酸洗溶液中浸泡3～5 min后迅速用蒸馏水冲洗，并立即浸入氢氧化钠溶液中约30 s，蒸馏水冲洗并用滤纸擦拭吸干，在无水乙醇中浸泡约3 min，滤纸吸干后置于干燥器中4 h以上，称量（精确到0.000 2 g）。缓蚀阻垢剂的效果可用下式计算腐蚀速率：缓蚀阻垢剂的效果可用下式计算腐蚀速率：

式中：Ra—腐蚀速率，mm/a;

ΔW—试件失量，g;

S —试片的表面积，cm2;

t —腐蚀时间，h;

ρ —试件材料密度，g/cm3;

C—时间换算常数8.76×103。

1.3.2 阻垢试验

取配制好的试验用水分成若干等分，分别加入不同缓蚀阻垢剂，并保留一份作空白，将这些水溶液摇匀后，放入恒温箱中恒温一定时间，取出冷却后，过滤，各取滤液一定体积，加pH=10的缓冲液10 mL，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液滴定，当溶液由红色滴定到亮蓝色为终点。根据空白水样与加有阻垢剂水样的EDTA消耗量来评价阻垢效果。阻垢剂的效果可用下式计算阻垢率：

式中：V0—未加阻垢剂时，滴定所消耗的EDTA标准溶液的体积，mL;

V1—滴定总钙时所消耗的EDTA标准溶液的体积，mL;

V2—加阻垢剂时，滴定所消耗的EDTA标准溶液的体积，mL。

2 实验结果与讨论

2.1 循环冷却水系统腐蚀和结垢因素分析

2.1.1 循环冷却水系统水质分析

长庆气田第二净化厂循环冷却水系统水源井水和补充水水质分析结果如表1所示。

从表1水质分析数据可以看出，补充水属典型的负硬度水质，再加上其总溶固含量较高，具有较强的腐蚀性；且水源井水中含有较高的等阴离子和Ca2+、Mg2+等阳离子，存在很大的结垢倾向。

2.1.2 循环冷却水系统水质稳定性分析

分别采用Langelier饱和指数（L.S.I）对补充水及循环水在不同温度下的稳定性进行分析判断，以确定其结垢和腐蚀倾向，计算结果如表2所示。从表中L.S.I计算结果可以看出，在低温及低浓缩倍数情况下，已存在较严重的结垢倾向；同时随着温度及浓缩倍数提高，结垢倾向加剧。

由以上分析可知，长庆气田第二净化厂循环冷却水系统在运行工况条件下既有较强的腐蚀性、又有很大的结垢倾向，因此在选择水处理方案及药剂时必须兼顾缓蚀和阻垢两个方面。

2.2 循环冷却水系统缓蚀阻垢试验

实验选用WT和ZY系列缓蚀阻垢剂作为长庆气田第二净化厂循环冷却水系统缓蚀阻垢剂，通过静态阻垢试验、腐蚀试验、铁离子沉积抑制性试验、热稳定性试验和浓缩倍数对缓蚀阻垢剂性能影响试验等对缓蚀阻垢剂的性能进行评价，并对比分析了长庆气田第二净化厂使用的缓蚀阻垢剂A的性能。

2.2.1 试验用水

在循环冷却水系统缓蚀阻垢剂的筛选与评价试验中，试验用水选用长庆气田第二净化厂循环冷却水系统的水质，并配制成浓缩倍数分别为1.0、2.0、3.0的模拟水，其水质特性如表3所示。

2.2.2 静态阻垢试验

静态阻垢试验结果如表4所示。

从表4中可以看出，WT-225、WT-901、ZY-121和 ZY-310四种缓蚀阻垢剂的阻垢性能相当，但其阻垢性能均明显优于长庆气田第二净化厂原先所使用的缓蚀阻垢剂A，其中WT-225、ZY-310阻垢性能明显更好一些。

2.2.3 腐蚀试验

腐蚀试验结果如表5所示。从表中可以看出，WT和ZY系列缓蚀阻垢剂的耐腐蚀性能明显优于长庆气田第二净化厂原先所使用的缓蚀阻垢剂A；且由于WT和ZY系列缓蚀阻垢剂中含有铜缓蚀剂及点蚀抑制剂，有效地保护了试验用水对铜及不锈钢的腐蚀。

2.2.4 铁离子沉积抑制性试验

在循环水系统中，铁离子的存在一方面会因沉积而导致铁垢形成，另一方面由于高价铁离子的沉积会对碳钢、铜材等产生腐蚀，因此缓蚀阻垢剂要有抑制铁离子沉积的能力，其试验结果如表6所示。

从表6中可以看出，缓蚀阻垢剂A、WT-901和ZY-121基本没有阻铁垢的能力，WT-225和ZY-310都能有较好地抑制铁离子沉积的能力，ZY-310最为突出。

2.2.5 缓蚀阻垢剂热稳定性试验

循环冷却水系统所使用的缓蚀阻垢剂要求具有良好的耐热性能，因此在选择缓蚀阻垢剂时，必须对其热稳定性能进行评价，试验结果如表7所示。

从表7中可以看出，ZY-310和WT-225具有良好的热稳定性，适用于对高温、高碱工况条件下的循环水进行处理。

2.2.6 浓缩倍数对缓蚀阻垢性能的影响

循环冷却水系统在运行初期，其浓缩倍数相对较低，运行一段时间后浓缩倍数会逐渐升高。随着浓缩倍数的增加，其结垢与腐蚀倾向增加，因此所选择的缓蚀阻垢剂要对浓缩倍数有很好的容忍度，即在不同浓缩倍数下都应具有良好的缓蚀、阻垢性能。浓缩倍数对缓蚀阻垢性能的影响如表8所示。

从表8中可以看出，ZY-310和WT-225对不同浓缩倍数的循环水都有较高的容忍度；其中ZY-310可以在不同浓缩倍数的循环水中使用，尤其是在较高浓缩倍数下，显示出了优良的缓蚀阻垢性能，而缓蚀阻垢剂A和 WT-901对不同浓缩倍数的循环水的容忍度相对较差。

通过上述试验可以看出，WT和ZY系列缓蚀阻垢剂的性能明显优于缓蚀阻垢剂A；从综合性能方面看，含磺酸基团的ZY-310和WT-225尤为突出，具有很好的缓蚀、阻垢性能。另外，能很好抑制铁离子沉积及耐高温是含磺酸基团缓蚀阻垢剂的独特性能，因此，ZY-310和WT-225 适用于对高温及不同浓缩倍数的循环水进行水质稳定处理。相比较而言，ZY-310的缓蚀阻垢性能要优于WT-225，因此优选ZY-310作为长庆气田第二净化厂循环冷却水处理系统的主缓蚀阻垢剂。

3 结 论

（1）长庆气田第二净化厂循环冷却水系统的补充水属典型的负硬度水质，含有较高浓度的阴离子SO42-、HCO3-和阳离子Ca2+、Mg2+，易结垢，且具有较强的腐蚀性。

（2）对比分析了 4种缓蚀阻垢剂 WT-901，WT-225，ZY-121和ZY-310与长庆气田第二净化厂使用的缓蚀阻垢剂A的缓蚀阻垢性能，并筛选出缓蚀阻垢性能优良的ZY-310，该缓蚀阻垢剂具有良好的缓蚀、阻垢和耐高温性能，并能很好地分散铁离子的沉积。

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Research on Corrosion and Scale Inhibition of the Circulatory Cooling Water

LIU Peng1，WEI Yan-lin2，YANG Zhi-gang2，WANG Ke1
（1. Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710075, China；2. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710075, China）

The circulatory cooling water system of the second purge factory of Changqing gas field is typical minus rigidity water. The concentrations of SO42-, HCO3-and Ca2+, Mg2+are high, so it is easy scaling, and has strong corrosive. In response to this problem, the factors of corrosion and scale for circulating cooling water system were analyzed. In additional, combined with existing corrosion and scale inhibition control methods and main control indexes, the corrosion-scale inhibition properties of four kinds of corrosion and scale inhibitors (WT-901, WT-225, ZY-121 and ZY-310) were evaluated. What’s more, the corrosion and scale inhibitor A used in the second purge factory was compared with the four kinds of corrosion and scale inhibitors. At last, corrosion and scale inhibitor ZY-310 with good performance was screened out to solve the corrosion and scaling problem of the circulatory cooling water system.

Circulatory cooling water; Scale; Corrosion; Corrosion and scale inhibitor; Performance evaluation

TQ 050

： A

： 1671-0460（2015）05-0935-04

陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项（2010ZDKG-100）。

2014-11-20

刘鹏（1983-），男，陕西绥德人，工程师，注册安全工程师，主要从事石油开采炼制安全、环保科技管理工作。

魏彦林，男，博士，工程师，主要从事油气田环境保护方面的研究工作，E-mail：weiyl1016@163.com。