低磷药剂在高电导率循环水系统中的应用

张凯瑞，孙国风，汪 磊

(上海洗霸科技股份有限公司, 上海 200080)

山东某石化企业循环水电导率可达6570 μs/cm，氯离子高达1300 mg/L，钙硬度与碱度相对较低，故该循环水的腐蚀性极强而结垢性中等。服务于该石化企业的上一家水处理药剂厂家不能满足现场的技术指标要求，碳钢腐蚀率一般在0.1～0.2 mm/a范围内。因此，亟需合适且有效的循环水处理技术方案。

根据已掌握的山东某石化企业的循环水水质指标在试验室进行静态模拟试验，开发出能够适应高电导率高氯离子水质的缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)，将成套水处理技术方案应用于该石化企业。经监测表明，缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)现场应用成功，设备运行平稳，腐蚀率达标，取得良好的环保效益与经济效益。

1 山东某石化企业的循环水水质概况

该石化企业使用新鲜水与中水两种补水，从实际情况来看，现场多使用新鲜水进行补水。由于其碱度和钙硬较高，为防止水质呈结垢趋向，现场日常运行采用加酸控制。从现场取循环水及补水邮寄至公司实验室进行水质指标分析，得到的水质指标如表1所示：

表1 循环水及补水水质

注：表中的总硬度、钙硬度、总碱度均以碳酸钙计。

2 试验部分

2.1 试验水质

根据该石化企业的循环水水质检测结果，使用蒸馏水添加无水氯化钙、氯化钠、碳酸氢钠、七水硫酸镁、无水硫酸钠(所使用的药剂均为分析纯)进行模拟循环水的配制。以配置1L模拟水质为例：

①使用无水氯化钙补钙硬度：

②使用氯化钠补剩余的Cl-：

③使用七水硫酸镁补剩余的硬度：

④使用碳酸氢钠补碱度：

⑤检测电导率，使用无水硫酸钠进行电导率调节。

配置完成，使用水质分析方法进行指标检测，检测结果表明配置模拟水与现场循环水质基本相似。

2.2 试验药剂与材料

缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)，系公司技术中心自主研发的低磷药剂。药剂主要成分：PBTCA，AA/HPA/AMPS三元共聚物，水解聚马来酸酐，PTSA，水等。

A3碳钢、不锈钢I型试片表面积28.0 cm2，A3碳钢试管Ф10×1×680 mm。

2.3 试验方法

2.3.1 缓蚀性能试验

使用配置的模拟水，参照国家标准《GB/T 18175-2014 水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》[4]进行旋转挂片试验。使用A3碳钢材质的I型挂片在水温为45 ℃，转速为75 r/min条件下进行72 h的旋转挂片试验。

2.3.2 静态阻垢性能试验

参照国家标准《GB/T 16632-2008 水处理剂阻垢性能的测定 碳酸钙沉积法》[5]进行阻垢性能试验。分别使用国标水质与模拟循环水水质在投加同等药剂浓度，80 ℃条件下进行10 h的阻垢性能试验。

2.3.3 动态模拟试验

参照《HG/T 2160-2008冷却水动态模拟试验方法》[6]要求，使用通过旋转挂片试验与静态阻垢试验筛选出的药剂及最佳投加浓度进行动态模拟试验，试验条件为：使用现场补水在自然pH值下进行试验，循环流量600 L/h，控制流速为1.25 m/s、出入口温差在8～10 ℃、浓缩倍数3.5～4倍，连续运行15天，综合评定该药剂的缓蚀阻垢性能。

2.4 结果与讨论

2.4.1 药剂投加浓度的筛选结果

通过旋转挂片试验和静态阻垢试验筛选出缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)的最佳投加浓度。

使用模拟水进行旋转挂片试验，补水为蒸馏水，使用A3碳钢I型试片进行试验。投加不同浓度的缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)，根据挂片失重量计算腐蚀速率，研究不同药剂浓度对碳钢的缓蚀作用。试验结果表明：药剂浓度越高，挂片上的锈迹越少，水的浊度也越小。具体试验数据结果如表2所示：

表2 不同药剂浓度的缓蚀性能试验结果

因为该石化企业的循环水水质结垢性中等，所以同时使用国标水质进行药剂的静态阻垢性能试验。投加不同浓度的缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)，按碳酸钙沉积法进行阻垢性能试验，根据水中Ca2+浓度计算阻垢率，研究不同药剂浓度的阻垢性能，具体试验结果数据如表3所示：

表3 不同药剂浓度的阻垢性能试验结果

由旋转挂片与静态阻垢性能试验结果可知：随着缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)使用浓度的增加，腐蚀率降低，阻垢率升高。综合考虑该石化企业的技术指标要求及运营成本等因素，推荐缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)的使用浓度为120 mg/L。

2.4.2 动态模拟试验结果

以现场取回的补充水进行动态模拟实验，A3碳钢试管安装在换热器位置，A3碳钢与不锈钢I型试片安装在挂片器内，记录编号和初始重量，根据失重计算腐蚀率。推荐缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)的控制浓度为120 mg/L左右，装置连续运行15天，定期投加非氧化性杀菌剂，控制微生物繁殖，保持系统连续稳定运行。

试验过程中完全按照既定的试验方案执行，未出现药剂与水质等控制超标的现象。试验结束后，可以看到A3碳钢试管内壁有轻微腐蚀痕迹，A3碳钢试片表面有少量的浮锈，腐蚀不明显，不锈钢试片看不到明显的腐蚀。具体试验数据结果如表4所示：

表4 动态模拟试验结果

3 缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)药剂在该石化企业的现场应用

根据在试验室的一系列静态动态试验结果，将缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)在山东该石化企业的循环水系统中进行现场应用。该石化企业的循环水系统参数如表5所示：

表5 循环水系统参数

现场采用荧光示踪系统控制缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)的投加浓度为120 ～140 mg/L，在运行过程中定期投加适量的非氧化性杀菌剂和粘泥剥离剂，控制微生物的繁殖与粘泥滋生，保证系统的稳定运行。现场进行为期三个月的腐蚀率监测，其结果为：由于该项目装置内大多数换热器服务年限较长，在无明显泄漏的情况下，碳钢平均腐蚀率为0.0421 mm/a，换热管的粘附速率为4.36 mg/cm2，均能满足技术指标要求。

4 结论

(1)针对该山东某石化企业循环水系统的高电导率高氯离子的强腐蚀性的水质，通过静态及动态试验结果表明，公司自主研发的低磷缓蚀阻垢剂ZH141ECH(A)的使用浓度为120 mg/L时，可满足腐蚀率<0.075 mm/a，阻垢率>85%的技术指标要求。

(2)技术中心得到的成套水处理技术方案在山东某石化企业成功应用，现场运行良好，腐蚀率可以控制在0.04～0.06 mm/a之间，长期监测下系统运行平稳，既满足了环保技术指标要求又能保证良好的经济效益。