无磷水稳剂在软水水质条件下的应用

马力

（中海油东方石化有限责任公司，海南东方572600）

1 引言

循环水水稳剂目前仍大量采用磷系配方，磷系配方具有价格便宜、效果好的优点，但排放易引起水体富营养化等环保问题，易引起菌藻类的大量增殖，为避免磷排放造成的环保问题，循环水处理药剂由传统的磷系配方逐渐被无磷环保配方替代。海南某炼化企业循环水系统补充水水质类型为南方典型的低硬度、低碱度软水水质，腐蚀倾向强，同时循环水系统供应用户均为高温高压的换热器，其运行热负荷高，换热器进出口温差大，因此在运行至一定浓缩倍率之后，水的结垢倾向会明显突出，要求无磷药剂配方的阻垢性能必须满足运行要求。

2 应用条件

2.1 系统参数

该系统为炼化企业用循环水厂，由5间逆流式机械通风冷却塔组成，系统总循环水量：20000m3/h，保有水量：7500m3，回水温度：36～40℃，给水温度：28～32℃，浓缩倍率：≥5.0，系统材质：碳钢、不锈钢、铜。

2.2 补充水水质

循环水系统补充水水源为经絮凝沉淀的水库水，受降雨、台风等环境因素影响，其水质随季节稍有变化，典型水质数据如下表1。

表1 循环水补水水质

用稳定指数(Ryznar指数）判断该类型水质的倾向，该循环水补充水质稳定指数为9.564，判断为严重腐蚀型水质。

2.3 无磷药剂方案的确定

为了满足环保排放要求，该循环水系统要求采用完全无磷处理方案。所用主药剂为：ECH3x无磷复合水稳剂，该剂以水为溶剂，主要组分为羧酸-磺酸二元共聚物、烷基羧酸共聚物、水解聚马来酸酐（PHMA）以及其他助剂复合组成。该剂是一种环境友好型水稳剂，有较好的阻CaCO3垢、Ca3（PO4)2垢能力，对多种金属均有较好的缓蚀作用。

配合使用的复合杀菌剂ECH18是以改性季铵盐为主剂，复配其他辅剂的高效杀生剂，同时改性季铵盐对石化系统较为常见的点蚀现象具有良好的覆盖作用，有效阻止腐蚀电流的产生。

3 配方的小试

本次使用的无磷水稳剂，是针对本系统低硬度、碱度的软水水质特点而设定开发的。为确保药剂的正常使用，我们选择在不同水质浓缩倍率条件下进行了旋转挂片、静态阻垢试验及动态模拟试验，以确定最佳药剂投加浓度及使用条件。

3.1 不同浓缩倍率条件的缓蚀性能试验

根据补充水特点，当浓缩倍率增加后，水的结垢倾向会增加，而腐蚀倾向会减弱，因此重点考察、比较不同药剂浓度条件下的缓蚀性能。

试验设定：无磷药剂ECH3x投加浓度按其组分数据作用，进行多因素矩阵计算后，优选 60 mg/l，75 mg/l，85mg/l三个点作为本次小试浓度，浓缩倍数：1.0～5.0倍。试验方法参照《GB／T 18175-2014水稳剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》，试验结果如图所示：

根据试验结果，在浓缩倍率为1～5倍范围时，药剂浓度在大于等于75ppm时腐蚀率均小于0.04mm/a，优于中石化《Q SH 0374-2010水稳剂复合阻垢缓蚀剂技术要求》技术要求的腐蚀率小于0.04mm/a。

3.2 不同浓缩倍率条件下的阻垢性能

设定运行浓缩倍率4～8倍运行条件，ECH3x浓度选择60 mg/l，75 mg/l，85mg/l三个点。试验方法参照《GBT 16632-2008水稳剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》，针对各浓缩倍率条件下的阻垢试验结果如下：

根据试验结果表明，在不同药剂浓度条件下，浓缩倍率增加后，阻垢率呈下降趋势，总体性能在4～8倍，浓缩倍率均满足需求。

3.3 动态模拟试验

以现场补充水作为动态模拟实验系统的补水，药剂投加量：无磷药剂ECH3x投加浓度为65～70mg/L，ECH18投加浓度20～25mg/l，试管不预膜，连续运行15天。每日投加一次杀菌剂控制微生物繁殖，系统浓缩5～7倍运行。运行结果如下：碳钢试管腐蚀速率0.0417mm/a，黄铜试管腐蚀速率0.0020mm/a，不锈钢试管腐蚀速率0.0021 mm/a，年污垢热阻2.19×10-5m2·℃/W。

动态模拟实验说明该无磷药剂配方在模拟运行的水质条件下取得了较好的效果，腐蚀率及试管粘附速率均优于设计规范技术要求。

4 生产应用

在小试结束后，我们结合生产需求确定了无磷水处理药剂ECH3x的运行浓度为65～70mg/L，补充水水质为厂区新鲜工业用水，水质运行条件按照动态模拟实验控制要求。

生产现场的应用自2月初开始，投加无磷药剂ECH3x、ECH18及交替投加氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂控制微生物的繁殖，对监测换热器运行状态逐月跟踪记录，至次年2月，实施时间为一年。循环水浓缩倍率运行范围3～7倍，平均浓缩6倍。期间因生产介质泄漏，循环水系统进行了一次不停车清洗，清洗过程中因大量投加清洗剂、消泡剂，随后进行了必要的水质置换，全过程总计12天浓缩倍率低于5倍。

监测换热器的全年统计典型数据：碳钢挂片月平均腐蚀率为0.016mm/a，碳钢换热管平均腐蚀率为0.03mm/a；不锈钢挂片平均腐蚀率0.001mm/a，不锈钢换热管腐蚀率0.002mm/a；黄铜试片平均腐蚀率0.002 mm/a，黄铜试管腐蚀速率0.003mm/a，粘附速率平均为7.57 mcm。监测结果完全满足国家标准工业循环冷却水处理设计规范GB50050-2007碳钢腐蚀率小于0.075mm/a的要求，不锈钢、铜的腐蚀率均满足要求。

该循环水系统实施无磷方案一年来，各种材质的监测试管、挂片腐蚀率、粘附速率均低于循环水设计规范的要求，即使在介质泄漏清洗期间，其当月挂片腐蚀、粘附速率仍优于标准要求。药剂的整体运行效果良好。

5 结论

①通过旋转挂片腐蚀试验表明，在循环水逐渐浓缩过程中的软水水质条件下，该无磷药剂的缓蚀性能均能达到使用要求效果良好，药剂缓蚀性能均满足要求，且优于国家规定的技术标准。②根据试验结果，当无磷药剂ECH3x使用浓度大于75mg/l，浓缩倍率运行在4.0～8.0的条件下，平均阻垢率大于95%。静态阻垢实验表明，在较高浓缩倍率条件下，该无磷药剂阻垢性能仍然能够取得优良的阻垢效果。③通过生产现场一年以来的实践检验，本无磷药剂性能及应用方案达到并优于国家规定的技术要求，整体运行效果良好，取得了较为满意的运行效果。