循环水腐蚀控制技术方案优选研究

刘亚龙(中原油田分公司天然气处理厂，河南 濮阳 457162)

某天然气净化厂循环水场设计规模为32000m3/h，正常用量为20000m3/h，选用7 座4500m3/h 逆流凉水塔。循环冷却水用户主要处理装置换热器和机泵等。循环水补水主要有三股，分别为酸性汽提净化水、锅炉排污水及新鲜水，三者之间比例不同，导致水质有所波动，现有磷系水处理剂无法有效控制系统腐蚀。同时，磷系水处理剂会使水体富营养化，促使微生物过度繁殖，加大杀菌剂的消耗。因此，无磷缓蚀方案的优选应用对循环水系统的升级相当重要。

1 无磷缓蚀方案优选研究

针对该厂正常水质和波动水质分别进行无磷缓蚀方案的优化和评估实验。取循环水系统的三股补水(新鲜水、锅炉排污水以及酸性汽提水)按照一定的比例进行配水，然后按照3 至4 倍浓缩倍数添加所需要的离子。正常水质的补水比例分别为43%新鲜水＋34%酸性汽提水＋23%锅炉排污水。波动水质其组成为50%酸性汽提水＋50%锅炉排污水，需要特别添加有机物(甲基二乙醇胺－MDEA)和氨氮以及S2-离子。

1.1 正常水质旋转挂片缓蚀实验

表1 给出了正常水质条件下旋转挂片缓蚀实验结果。选取的三种不同药剂按照其作用机理进行实验，每个药剂组合均可以达到平均腐蚀速率小于0.075mm/a 的要求，其中最佳组合2可以达到腐蚀速率为0.0282 mm/a。

表1 正常水质旋转挂片缓蚀实验结果

对实验结果进行拟合，考察各个药剂分别对腐蚀速率的影响，同时考虑到两种药剂之间的二阶相互作用。拟合的结果见图1。

图1 正常水质腐蚀速率理论计算值与实验值对比

由图1 中可以看出数据模型的理论计算值与实验值吻合(试验点落在理论值和实验值相等的对角线附近)，数据模型的方差R2可以达到0.99，为下一步计算最佳用药量提供了基础。这充分说明针对特定水质，各个药剂的添加量和相互之间的比例是有规律可循的。

随着955AP 的增加腐蚀速率显著降低。在选取的浓度范围内，增加其他两种药剂的量会使腐蚀速率缓慢降低。因此，方案2 作为正常水质情况下的优选方案。

1.2 波动水质旋转挂片缓蚀实验

波动水质条件下旋转挂片缓蚀实验，结果如下表1-2 所示。从表中可以看出同样的药剂方案对于正常水质和波动水质的实验结果完全不同。波动水质结果表1-2 中的实验1(0.741mm/a)和7(0.193mm/a)组的药剂方案分别对应正常水质结果表2 的实验3(0.034mm/a)和6(0.032mm/a)组的药剂方案，但是腐蚀速率却相差甚远。这主要是因为波动水质中添加了S2-离子，实验中最低腐蚀速率可以达到0.047mm/a，有四组方案其腐蚀速率可以满足0.075mm/a 的要求。

表2 波动水质旋转挂片缓蚀实验

从上表2 可以看出，EP3533 的用量对腐蚀速率的影响最为显著，其次是955AP，在实验用量区间内增加EP3533 和955AP 的用量能显著降低腐蚀速率。增加NP4400 的量基本对腐蚀速率没有影响。

对实验结果进行拟合，结果见图2。理论计算值和实验值之间基本符合。计算得到的最佳用药方案与实验相一致。因此，第9 组为波动水质条件下优选方案。

图2 波动水质腐蚀速率理论计算值与实验值对比

1.3 动态在线腐蚀速率监测实验结果

动态在线腐蚀速率监测实验的水质见表3。

表3 动态在线腐蚀速率监测实验水质

图3 是7 天动态监测后的实验结果。药剂方案采用的是旋转挂片实验的优选方案(EP3533 100ppm、NP4400 80ppm、955AP 16ppm)，在动态实验初期在线腐蚀速率随着时间快速的增加，在十几个小时以后达到最高值然后逐渐降低，最终达到稳定值为0.025mm/a 左右。这主要是因为实验初期是成膜期，所以腐蚀加剧。成膜期之后则形成稳定的保护作用。图3 中也可以看出药剂方案的成膜时间相对较短，可以很快的对挂片形成保护膜。

图3 极端水质动态在线腐蚀速率监测实验结果

2 结语

通过实验设计的方法评估了无磷缓蚀方案在不同水质条件下(正常水质和波动水质)对碳钢腐蚀的影响，结果表明在不同水质条件下通过调整不同药剂之间的比例和添加量，可以得到较为满意的缓蚀效果。在极端苛刻的水质条件下(Larson Skold Index 为21.39，S2-离子浓度0.3～0.6ppm 等)，动态模拟实验结果表明：优化的无磷缓蚀方案可以有效控制腐蚀，在线腐蚀速率稳定在0.025mm/a。无磷方案的使用一方面可以解决苛刻水质对腐蚀的影响，同时可以解决污水排放时对磷控制的难题。