无磷缓蚀阻垢剂在大型石化循环冷却水系统中的应用

杨继，周兆年，马研

（江苏精科霞峰环保科技有限公司，江苏　常州　213022）

无磷缓蚀阻垢剂在大型石化循环冷却水系统中的应用

杨继，周兆年，马研

（江苏精科霞峰环保科技有限公司，江苏常州213022）

为了满足环保对无磷排放的要求，通过系列试验筛选出由聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸、缓蚀剂等复配而成的无磷缓蚀阻垢剂JC-602，在石化循环冷却水系统进行工业化应用，JC-602投加量在90～120 mg/L，控制总锌质量浓度为0.8～1.6 mg/L，系统浓缩倍数在4.0～6.0，运行结果表明，生产装置运行稳定，各项监测数据良好，取得了良好的处理效果。

无磷缓蚀阻垢剂；循环冷却水；聚环氧琥珀酸；聚天冬氨酸

随着国家对于污染物排放标准的不断提高，无磷和低磷水质稳定剂的开发和应用应是循环冷却水处理技术的发展方向。目前，各类无磷水质稳定剂的试验研究较多［1-3］，但真正在大型循环冷却水系统成功应用的案例并不多。

华中地区某乙烯厂第二循环水场主要为供热电联产装置、空分装置、乙烯低温罐装置提供冷却水，设备材质有碳钢、不锈钢和黄铜，补充水使用长江水。该循环水场原采用磷系水质稳定剂配方，为了适应环保排放对磷的要求，拟于2015年8月调整为无磷处理方案。为开发该循环冷却水的无磷水质稳定剂处理方案，本研究对无磷缓蚀阻垢剂JC-602的无磷处理方案进行了静态和动态模拟试验，并考察了该无磷处理方案的工程应用效果。

1　试验部分

1.1仪器和药剂

（1）仪器。PCC-1旋转挂片腐蚀试验仪，动态模拟试验装置。

（2）药剂。缓蚀阻垢剂JC-602，由聚天冬氨酸（PASP）、聚环氧琥珀酸（PESA）、AA/AMPS三元共聚物作为阻垢组分，以锌盐配合铜缓蚀剂复配而成，外观呈淡黄色液体，是一种绿色、无磷的水处理药剂。

1.2试验水质

试验用水为长江水。水质指标见表1。

表1水质数据Tab.1　Experimenta1 water characteristics

1.3试验方法

（1）静态阻碳酸钙垢试验。试验方法参照GB/ T 16632—1996《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》。试验条件：温度为（80±1）℃，Ca2+（以CaCO3计）的质量浓度为 600 mg/L，HCO3-（以CaCO3计）的质量浓度为732 mg/L，pH值为9.0，恒温10 h。

（2）静态缓蚀试验。试验方法参照HG/T 18175—2000《水处理剂缓蚀性能测定 旋转挂片法》。试片材质：20#碳钢，不锈钢和黄铜，面积均为28.0 cm2；温度为（45±1）℃；试片线速度为（0.35±0.02）m/s；时间为72 h。

（3）动态模拟试验。试验方法参照HG/T 2160—2008《冷却水动态模拟试验方法》。试验条件见表2。

表2　动态模拟试验条件Tab.2　Condition of dynamic simu1ation test

2　结果与讨论

2.1静态阻碳酸钙垢试验结果

静态阻碳酸钙垢试验结果见表3。

表3　静态阻碳酸钙垢试验结果Tab.3　Resu1ts of static ca1cium carbonate sca1e inhibition test

结果表明：无磷缓蚀阻垢剂JC-602投加量为70 mg/L时，阻垢率达到100%，阻碳酸钙垢性能非常优良。

PESA具有无磷、非氮结构，可生物降解，兼具阻垢和缓蚀双重功效，是一种真正的绿色水处理剂［4］，结构中含有羧基和醚基 2种基团，使得PESA具有较好的阻碳酸钙垢作用。PASP对碳酸钙垢能在较低的浓度完全阻垢，是优良的碳酸钙阻垢剂［5］。

2.2静态缓蚀试验结果

静态缓蚀试验结果见表4。

表4 静态缓蚀试验结果Tab.4　Resu1ts of static corrosion inhibition test

结果表明：当水体中不含氨氮时，无磷缓蚀阻垢剂JC-602投加量为70 mg/L时，对碳钢、不锈钢和黄铜均具有优良的缓蚀性能；当水体中氨氮的质量浓度为15 mg/L时，JC-602投加量需要提高到90 mg/L，才有优良的缓蚀性能。

药剂中的锌盐和铜缓蚀剂为主要缓蚀剂，再加上PESA与锌盐之间有良好的协同缓蚀效应［6］，能有效抑制多金属腐蚀。

2.3动态模拟试验结果

无磷处理方案一般通过分析水体中的锌离子浓度，比浊法测定聚合物浓度［7］，或者采用荧光示踪技术［8］来监测药剂浓度，本研究采用控制水中总锌浓度的方法来确定药剂投加量。考虑到现场实际应用中浊度、悬浮物、总铁、微生物等因素的影响，动态模拟试验中药剂的投加量要明显高于静态试验，因此，JC-602投加量采用90～120 mg/L。动态模拟试验结果见表5。

表5　动态模拟试验结果Tab.5　Resu1ts of dynamic simu1ation test

结果表明：系统浓缩倍数在4.0～6.0时，不管是监测腐蚀挂片、还是试管的腐蚀速率、黏附速度和污垢热阻值均达到中石化标准评价等级中的“好”级别，具有优良的缓蚀、阻垢效果。

3　现场应用效果

该循环水场循环水量为38 000 m3/h，系统保有水量为15 000 m3/h，排污水量为211 m3/h，进出口温差为8～10℃。

含磷处理方案过渡到无磷处理方案：停用原有药剂，冲击性投加JC-602无磷缓蚀阻垢剂200 mg/L，增大补排水量，将系统浓缩倍数从4.5降到3.0，置换7～10 d，当系统中总磷的质量浓度低于1.0 mg/L时，转入无磷处理方案。无磷处理方案见表6。

表6 无磷处理方案Tab.6　Schemes of phosphorus-free treatment

从运行的水质数据看，各项水质指标控制良好，总铁数值较低，腐蚀状况控制良好，不加酸自然pH值运行，钙硬度和总碱度之和在800 mg/L，系统的浓缩倍数控制在4.0～6.0，比之前含磷处理方案控制略高，总锌的质量浓度控制在0.8～1.6 mg/L。循环水水质数据见表7。

表7 循环水水质数据Tab.7　Characteristics of circu1ating water

从8月份～12月份的5个月的监测结果表明，碳钢挂片的腐蚀率一直保持在≤0.04 mm/a，不锈钢和铜的腐蚀率≤0.002 mm/a，碳钢管黏附速率≤8 mg/（cm2·m），各监测数据远远低于GB/T 50050—2007的要求，说明绿色、无磷缓蚀阻垢剂JC-602的无磷处理方案缓蚀阻垢性能优良，满足了生产装置稳定运行要求。

4　结论

（1）静态阻碳酸钙垢试验、旋转挂片缓蚀试验和动态模拟试验表明，无磷缓蚀阻垢剂JC-602投加量在90 mg/L时，阻垢率达到100%，对碳钢、不锈钢和黄铜的缓蚀率均大大低于国家标准的要求，综合性能优良。

（2）经过近半年的现场应用，无磷缓蚀阻垢剂JC-602投加量在90～120 mg/L时，控制水中总锌的质量浓度为0.8～1.6mg/L，系统浓缩倍数为4.0～6.0，各项监测数据良好，系统运行稳定，满足生产要求。

（3）现场应用中，药剂投加量的控制是通过分析水中总锌的含量来调节，由于控制范围小，再加上分析误差、监测仪器准确度和灵敏度等因素影响，导致药剂投加量波动大，这是限制无磷缓蚀阻垢处理技术大规模推广的一个因素，如何更好地检测和控制药剂浓度成为今后发展和研究的重点。

［1］谭卫刚，陆柱，李燕.无磷钨系水处理剂缓蚀阻垢研究［J］.腐蚀与防护，2001，22（6）：237-239.

［2］沙志强，曾玉，魏新国，等.低磷/无磷复配缓蚀阻垢剂的研究和应用［J］.工业水处理，2010，30（10）：73-75.

［3］秦会闵，郦和生.无磷缓蚀阻垢剂YSW109的研制和工业化应用［J］.现代化工，2013，33（1）：90-91.

［4］李璐，张冰如，李风亭，等.聚环氧琥珀酸在高炉循环冷却水系统中的应用［J］.工业用水与废水，2006，37（6）：68-70.

［5］陈琼婵，张冰如，李风亭.聚天冬氨酸与其它阻垢分散剂的协同效应［J］.工业用水与废水，2006，37（2）：69-72.

［6］张冰如，李辉，李风亭，等.聚环氧琥珀酸对碳钢的缓蚀协同效应的研究［J］.工业水处理，2006，26（2）：53-56.

［7］梁汉国，陈邦.工业循环水中无磷缓蚀阻垢剂浓度的控制方法［J］.广东化工，2012，39（12）：70-72.

［8］卓源.无磷药剂的监测方法-荧光示踪技术在循环冷却水中的应用［J］.化工管理，2015，（15）：117-117.

Application of phosphorus-free corrosion and scale inhibitor to largescale circulating cooling water system in petrochemical industry

YANG Ji，ZHOU Zhao-nian，MA Yan
（Jiangsu Jinco Xiafeng Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Changzhou 213022，China）

In order to meet the non-phosphorus discharge requirement for environmenta1 protection，phosphorus-free corrosion and sca1e inhibitor JC-602 consists of po1yepoxysuccinic acid，po1yaspartic acid and corrosion inhibitors，was used in circu1ating coo1ing water system of petrochemica1 industry.The operation resu1ts of the system indicated that，under the condition that the dosage of JC-602 was 90-120 mg/L，the mass concentration of tota1 zinc was 0.8-1.6 mg/L，the concentration mu1tip1e of the system was 4.0-6.0，the production equipments ran steadi1y and had good monitoring data，which gained a good treatment effect fina11y.

phosphorus-free corrosion and sca1e inhibitor；circu1ating coo1ing water；po1yepoxysuccinic acid；po1yaspartic acid

X703.5

A

1009-2455（2016）02-0055-03

杨继（1976-），男，江苏常州人，工程师，大专，主要从事水处理技术研究，（电子信箱）jyang@jincoxf.com。

2016-02-25（修回稿）