全有機高效緩蝕阻垢劑在煉油廠循環水系統的應用
摘要：通過對全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720的性能評定，以及在煉油廠循環水系統實際 應用 情況，闡述了ZJ-720緩蝕阻垢劑具有優異的阻垢和緩蝕性能。同時，作者在 總結 試驗和應用的基礎上，對其緩蝕阻垢機理進行了初步的 分析 。
關鍵詞：循環冷卻水 阻垢劑 高效緩蝕 。
工業 循環冷卻水系統是煉油 企業 生產的重要公用工程，良好的循環冷卻系統是企業生產裝置安全、穩定、長周期、滿負荷運轉的必要條件之一。提高水處理技術水平，實現節水、節能，延長設備使用壽命和裝置運行周期是提高企業整體 經濟 效益的一條重要途徑。然而我國煉油行業的一些水系統 目前 使用的是較為傳統的配方和低效藥劑，我廠也屬此類煉油系統。為了擺脫這一現狀，煉油廠供排水車間根據現場實際情況選用了全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720，從目前現場使用情況來看，該藥劑緩蝕、阻垢效果顯著。
1 循環水冷卻系統概況及補充水水質狀況
煉油廠二循系統負責向Ⅱ催化、鉑重整、加氫、芳烴抽提、石蠟成型及二火炬生產裝置供水，換熱器主要材質為碳鋼，其系統的運行參數見表1，補充水水質分析數據見表2。煉油廠根據二循實際情況選用了全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720，并對此進行了性能試驗。
表1 二循系統運行參數
|
項目 |
單位 |
二循 |
|
循環水量 |
m3/h |
5200 |
|
保有水量V |
m3 |
2500 |
|
溫差 |
℃ |
7.0 |
|
蒸發損失量E |
m3/h |
45.5 |
|
風吹損失D |
m3/h |
5.0 |
|
排污量B |
m3/h |
17.8～6.4 |
|
補水量M |
m3/h |
68.8～56.9 |
|
濃縮倍數K |
/ |
3～5 |
表2 補充水分析數據
|
序號 |
項目 |
單位 |
補充水水質 |
|
1 |
pH |
/ |
8.17 |
|
2 |
濁度 |
FTU |
≤5.0 |
|
3 |
總硬度(以CaCO3計) |
mg/L |
104.5 |
|
4 |
總堿度(以CaCO3計) |
mg/L |
85.07 |
|
5 |
可溶性二氧化硅 |
mg/L |
6.69 |
|
6 |
K+ |
mg/L |
1.21 |
|
7 |
Na+ |
mg/L |
11.9 |
|
8 |
Ca2+(以CaCO3計) |
mg/L |
86.7 |
|
9 |
Cl－ |
mg/L |
16.56 |
|
10 |
SO42－ |
mg/L |
24.57 |
|
11 |
HCO3－ |
mg/L |
77.07 |
|
12 |
CO32-(以CaCO3計) |
mg/L |
8.00 |
|
13 |
電導率 |
μs/cm |
235 |
2 試驗部分(1)
2.1旋轉掛片試驗
2.1.1試驗條件
(1) 試片：20#優質碳素鋼
(2) 試驗用水：濃縮倍數N=1(即新水)
(3) 物理參數：
旋轉速度：80～85r/min;試驗溫度：50±1℃;試驗時間：72h
2.1.2試驗結果
試驗結果見表3
試表3 旋轉掛片驗結果
|
藥劑名稱 |
藥劑濃度(mg/L) |
腐蝕率(mm/a) |
試片表面狀況 |
|
ZJ-720 |
60 |
0.021 |
試片光亮,無明顯腐蝕 |
|
新水 |
/ |
1.985 |
腐蝕嚴重 |
試驗結果表明：在這種水質條件下，如不加緩蝕阻垢劑處理，腐蝕及結垢嚴重，而加全有機高效緩蝕阻垢劑 ZJ-720處理，腐蝕率僅為0.021mm/a，遠遠小于腐蝕率為0.07mm/a的試驗指標，顯示出優異的緩蝕和阻垢性能。
2.2靜態阻垢試驗
靜態阻垢試驗著重評價ZJ-720藥劑的阻垢性能，試驗 方法 按 中國 石油化工總公司冷卻水分析和試驗方法中的靜態阻垢評定試驗方法。
2.2.1試驗條件
(1) 多孔恒溫水浴鍋，滿足80±1℃的要求
(2) 刻度燒杯：1000mL
(3) 配制水水質：用蒸餾水配制，配水水質為Ca2+(以CaCO3計)濃度280.10mg/L，HCO3-(以CaCO3計)堿度273.75mg/L。
(4) 濃縮倍數：N=1.5。
2.2.2試驗結果
表4 靜態阻垢試驗結果
|
藥劑名稱 |
藥劑濃度(mg/L) |
阻垢率% |
|
ZJ-720 |
60 |
92.12 |
|
空白 |
/ |
/ |
試驗結果見表4。
結果顯示：在易結垢的水質情況下，全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720的阻垢率可高達92.12%，說明ZJ-720具有優異的阻垢效果。
2.3動態模擬試驗
試驗目的是在有傳熱面條件下，全面考察全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720的緩蝕阻垢性能。
試驗條件及結果試驗條件及結果見表5
表5 動態模擬試驗條件及結果
|
藥劑名稱 |
ZJ-720 |
腐蝕速度 0.029mm/a 粘附速度 4.32mcm |
|
維持藥量 |
60mg/L |
|
|
掛片材質 |
碳 鋼 |
|
|
水質 |
現場水 |
|
|
掛片時間 |
360h |
|
|
濃縮倍數 |
4.5～5.5 |
從動態模擬試驗可得到如下結果：
(1) ZJ-720具有優異的緩蝕性能，掛片表面清潔，無點蝕和銹蝕，試管腐蝕速度0.029mm/a，達到很好級別。(國家標準：S5001-83：很好 0～0.037mm/a，好0.037～0.070mm/a，可以允許0.070～0.093mm/a)
(2) ZJ-720阻垢性能強，在現場水條件，濃縮倍數4.5～5.5，其粘附速度4.32mcm，達到很好級別。(國家標準：很好0～10mcm，好10～20mcm，可以允許20～30mcm。)
3 生產使用效果
煉油廠二循系統于2001年12月開始投用，不改變原生產工藝，不增加新材料，用全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720替代原有配方。循環水質數據始終保持在表6中的數據范圍內運行。
在正常運行中，循環水清澈，水面下無明顯菌藻滋生，涼水塔布水孔無堵塞現象，散熱良好。同時，我們在循環水場進行了監測，監測數據見表7。
表6 運行中系統水水質指標
|
序號 |
項目 |
指標 |
|
1 |
水溫 |
≤8.0℃ |
|
2 |
含油 |
≤10mg/L |
|
3 |
COD |
≤10mg/L |
|
4 |
Ca2＋ |
75mg/L≤Ca2+≤500mg/L |
|
5 |
濁度 |
≤20FTU |
|
6 |
pH |
8.0～9.0 |
|
7 |
藥劑濃度 |
5.5～6.5 |
|
8 |
異養菌總數 |
≤1.0×105個/mL |
|
9 |
生物粘泥 |
≤5mL/m3 |
|
10 |
濃縮倍數 |
≥3 |
表7 2002年和2003年現場監測數據
|
時間 |
腐蝕速率mm/a |
粘附速率mcm |
|
2002年1～2月 |
0.049 |
18.54 |
|
2002年3月 |
0.075 |
10.44 |
|
2002年4月 |
0.006 |
10.30 |
|
2002年5月 |
0.030 |
6.32 |
|
2003年7月 |
0.016 |
4.57 |
|
2003年9～10月 |
0.014 |
14.66 |
|
2003年11月 |
0.023 |
12.46 |
|
指標 |
腐蝕速率≤0.100mm/a; 粘附速率≤20mcm |
|
注：2002年6月～2003年6月因監測換熱器維修、系統清洗預膜和藥劑短期更換等原因沒有采到相應的現場監測數據。
根據現場監測數據，可得以下結論：
⑴ ZJ-720緩蝕阻垢劑在我廠運用近一年來，各項運行指標和監測數據均達到并優于國標GBJ50-83、中石化總公司生產部有關規定的要求。2002年8月份大修期間，設備鑒定檢查，水相管束及封頭均無明顯的銹蝕、污垢發生，檢查的水冷器狀況明顯優于國內同類裝置同期檢修水平。
⑵ ZJ-720緩蝕阻垢劑在較惡劣條件下仍具有較好的緩蝕阻垢性能，使用這種藥劑處理后的水所形成的污垢極其疏松，這樣既不 影響 傳熱，而且便于清洗。
4 機理 分析
全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720配方中起阻垢作用的主要是有機膦酸鹽和有機膦酸酯，它們通過晶格畸變、螯合作用、分散作用和低劑量效應達到阻垢的目的。碳酸鈣是結晶體，它的成長是按照嚴格順序，由帶正電荷的Ca2+與帶負電荷的CO32—相撞才能彼此結合，并按一定的方向成長。在水中加入有機膦酸鹽和有機膦酸酯后，它們會吸附到碳酸鈣晶體的活性增長點上與Ca2+螯合，抑制晶格向一定的方向成長，因此使 晶格歪曲而長不大，也就是說晶格被有機膦酸等表面去活劑的分子包圍而失去活性。這也是產生臨界效應的機理，同樣，這種效應也可以阻止其它晶體的沉淀。另外，部分吸附在晶格上的化合物，隨著晶體增長被卷入晶格中，使碳酸鈣晶格發生錯位，在垢層中形成一些空洞，分子與分子間相互作用減少，使硬垢變軟而易于消除，從而達到阻垢的目的。(2)
全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720配方中起緩蝕作用的主要是Zn2+，當腐蝕發生時，陰極區高pH值區域，Zn2+迅速沉積成膜達到緩蝕的目的。同時它與有機膦酸鹽、有機膦酸酯和磺酸共聚物之間存在“協同效應”。磺酸共聚物有中的穩鋅能力，而有機膦酸鹽在金屬表面形成的沉積、吸附則起到補膜的作用，因此形成配方優良的緩蝕性能。
全有機高效緩蝕阻垢劑ZJ-720配方中多元共聚物為丙烯酸/磺酸鹽共聚物具有獨特性能，能與各組份協同作用，提高配方的緩蝕、 阻垢性能。它具有以下幾大特點：(1)非常高的“鈣容忍度”;(2)對磷酸鈣垢有較好的抑制作用;(3)良好的抗粘泥能力;(4)對腐蝕產物氧化鐵具有好的分散能力;(5)很強的穩鋅能力，使堿性介質中Zn2+濃度大大提高，增強了配方的緩蝕性能。
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