天然气净化厂循环水系统缓蚀阻垢剂的研发

余治国

（中国石油化工集团有限公司中原油田普光分公司，四川达州 635000）

某天然气净化厂循环水补水有新鲜水、锅炉排污水、汽提净化水、污水回用水等。其中锅炉排污水包括动力站锅炉及联合装置锅炉定排、连排排污，其杂质以磷酸盐为主，酸性汽提水杂质以铁离子、COD、氨氮为主，污水回用水中杂质成分更多。多水源补水使得循环水水质控制变得复杂，循环水水质控制核心药剂性主要集中在腐蚀和结垢的控制，其药剂单剂及其复配尤其重要，本次研究对其中一个循环水系统进行药剂研发。

1 非常规多水源水质特性判断

为快速判定不同水质的腐蚀、结垢性质，实验表明，采用李本高教授提出的腐蚀因子F水和结垢因子J水表征水质性质具有指导意义。腐蚀因子是指某种水质对碳钢在循环水运行条件下的腐蚀强弱程度。它主要与水中的硬度、碱度、氯离子浓度和总溶解盐浓度有关。结垢因子是指某种水质在特定温度下钙硬度和碱度的离子积与该温度下达到平衡时的溶度积的比值。它主要与水中的硬度和碱度有关。见式（1）～式（2）。

CCa为25℃下水的实测钙硬度（以CaCO3计），mg/L；CM为25℃下水的实测碱度（以CaCO3计），mg/L；CCl为25℃下水的实测氯离子质量浓度，mg/L；CS为25℃下水的实测总溶解盐质量浓度，mg/L；pH 为25℃下水的实测pH；pHeq 为冷却水的平衡pH，可按式（3）计算：

通过该法进行水质特性判断：F水越大，说明水对碳钢的腐蚀性越强，反之，对碳钢的腐蚀性越弱。当J水＜1时，水质不结垢，原有结垢发生溶解；J水=1时，水处于平衡状态；J水＞ 1时，水质结垢，J水越大，发生结垢的趋势越强。腐蚀因子和结垢因子更能准确反映水的腐蚀特性和结垢特性，使用较方便。经统计2017——2018年两年的循环水系统补水数据，计算出F水和J水，见表1。

表1 补水水质特性表

研究表明，新鲜水、锅炉水偏向于结垢水质。当各补水按现场实际补水比例进行混合、浓缩后，其循环水水质呈现不同的腐蚀结垢趋势。通过现场试验，将循环水补水占比新鲜水∶锅炉排污水为8 ∶2进行水样配比，并用加热容器进行蒸发浓缩循环水，得到不同浓缩倍数下的水质，计算F水和

J水。

表2 循环水水质参数及特性

实验表明，该循环水系统在达到4倍的浓缩倍数时，钙硬度+总碱度=1 277mg/L，大于1 100mg/L 的要求；其补水类型是结垢型性，浓缩4倍后呈高硬度、高碱度的结垢型水质。

2 循环水系统缓蚀阻垢剂研发

2.1 阻垢实验

根据补水的水质特性以及浓缩后的水质指标，开展以单体A（三元共聚物）、B（1-羟基乙基-1，1-二磷酸）、C（2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸钠盐）、D（聚马来酸酐）四种单剂作为阻垢分散剂，辅以锌盐及苯并三氮唑作为缓蚀剂的药剂体系实验。

通过正交试验法明确单剂为实验的因子，药剂浓度为实验的水平，因子数为4、水平数为4，按照L1644生成正交试验表格，共复配十六组药剂，进行室内的静态阻垢实验。正交试验因素与水平见表3，实验结果见表4。

表3 阻垢正交试验因素与水平表

表4 实验结果

依据水处理剂阻垢性能测定标准GB/T16632—2008，进行了室内静态阻垢实验，实验结果最优的配方组成：A3B3C1D2， 阻垢率98.74%，取新代号1。对正交试验结果进行了极差分析，可知，较优的组合为A3B2C1D4，取新代号2。不在已经进行的16组实验中，因此，进一步进行该组配方的验证实验，验证结果阻垢率为99.08%，阻垢效果优良，2配方更优。

2.2 缓蚀实验

在02的配方基础上，加入锌盐、有机吸附膜缓蚀剂BTA进一步复配，筛选出三组药剂，分别命名为01、02、03。参照《冷却水分析和试验方法》，利用旋转挂片腐蚀实验仪进行实验。

从表5可以看出，三种配方的缓蚀效果均良好，优于中石化关于水处理剂复合缓蚀阻垢剂中碳钢的平均缓蚀速率均≦0.04mm/a 的要求。其中，相同的药剂浓度下（100×10-6），GCY-02的缓蚀效果略优于其他两组配方。

表5 腐蚀实验数据标

2.3 动态模拟实验

在室内缓蚀实验基础上，选取02（100×10-6））参照《冷却水分析和试验方法》使用智能动态模拟实验装置进行动态模拟实验。实验结果见表6.

表6 动态模拟实验数据标

经过系列标准实验表明，所选取的药剂体系满足中石化药剂评价指标需要，所选药剂缓蚀阻垢性能优良。最后在现场对使用药剂按配方进行了优化，运行两月各项水质指标均在控制范围内，循环水监测换热器运行情况良好，试管和挂片的腐蚀速率均处于较低水平。

3 结论与认识

创新采用腐蚀因子、结垢因子数判断循环水补水水质腐蚀、结垢特征，为多水源补水条件下水质控制要点指明了方向。通过循环水系统药剂单剂优选、复剂复配，开展静、动态模拟实验，形成了水处理药剂的开发、评价程序。该药剂配方中单剂的有效区间广，现场复配药剂的调整灵活性大、适应性强，可以满足不同补水水质下的缓蚀阻垢性能。在现场应用中取得了明显成效，解决了循环水系统缓蚀阻垢的关键问题。