循环冷却水高浓缩倍数配方的应用
摘 要：浓缩倍数是循环水运行管理的一项重要指标，提高浓缩倍数能够节省药剂和水量，但首先必须解决高浓度离子对换热设备造成的腐蚀和结垢问题。中原乙烯循环冷却水装置的设计能力2×104m3/h，而实际运行能力为14000m3/h，系统保有水量6100m3，自1995年开车以来，浓缩倍数N值平均为2.5，且在水质较差时发生腐蚀现象，碳钢挂片腐蚀率达到0.1128mm/a，铜挂片腐蚀率0.009mm/a，均达不到碳钢腐蚀速率0.075mm/a，铜腐蚀速率0.005mm/a，不锈钢腐蚀速率0.005mm/a的要求[1]。为提高循环水装置运行的经济性，并严格控制腐蚀和结垢，经过旋转挂片试验、静态阻垢试验及动态模拟试验，筛选出的缓蚀阻垢剂配方，较好地满足了循环水的各项要求。
前言
浓缩倍数是循环水运行管理的一项重要指标，提高浓缩倍数能够节省药剂和水量，但首先必须解决高浓度离子对换热设备造成的腐蚀和结垢问题。中原乙烯循环冷却水装置的设计能力2×104m3/h，而实际运行能力为14000m3/h，系统保有水量6100m3，自1995年开车以来，浓缩倍数N值平均为2.5，且在水质较差时发生腐蚀现象，碳钢挂片腐蚀率达到0.1128mm/a，铜挂片腐蚀率0.009mm/a，均达不到碳钢腐蚀速率0.075mm/a，铜腐蚀速率0.005mm/a，不锈钢腐蚀速率0.005mm/a的要求[1]。为提高循环水装置运行的经济性，并严格控制腐蚀和结垢，经过旋转挂片试验、静态阻垢试验及动态模拟试验，筛选出的缓蚀阻垢剂配方，较好地满足了循环水的各项要求。
1 补水水质和设备情况
1.1 补水水质
1998年以前，中原乙烯循环水系统补水全部来自黄河水。为解决黄河水断流问题，开始使用脱碱后的地下水作补充水。补充水中黄河水占60％，脱碱地下水占40％，补充水的水质见表1。
表1 补充水水质分析结果
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通过计算在浓缩倍数N=4.5倍时，经混合后的循环水pH值为9.13，饱和pH为6.2，Ryzner稳定指数为3.27[2]，水质属严重结垢型。但是浓缩4.5倍后Cl-已超过300mg/L，SO42-达387mg/L。这些腐蚀性强的离子又给系统带来严重腐蚀。因此，要求循环冷却水的药剂配方既要能解决结垢问题，也要能解决腐蚀问题。
1.2 设备情况
全厂共有换热器约120台，铜（T2）换热器32台，不锈钢（1Cr18Ni9Ti）换热器24台，其余为碳钢（20＃钢）换热器。换热器设计进水温度≤32℃，总回水温度≤42℃。
2 缓蚀阻垢配方的筛选
试验共选了6种缓蚀阻垢剂，其中BC-605系列4种：BC-605H1、BC-605H2、BC-605H3、BC-605H4。该系列缓蚀阻垢剂主要成分是磺化丙烯酸、有机磷竣酸、BPTA、丙烯酸酯多元共聚物等。配方中各组份配比含量不同；S－113；系统原使用药剂（其主要成分为磷酸盐、EDP、BPTA等）。试验用水水质按表1所示，浓缩倍数4.5。试验药剂浓度分别为50mg/L、60mg/L和70mg/L3种。
2.1 静态阻垢试验
用配水的方法使试液的Ca2+及碱度达到250mg/L，P042-为5mg/L，然后加药剂，浓缩1.5倍，80℃下恒温10h，再分别测出水中钙离子的含量、计算出碳酸钙、磷酸钙的阻垢率。结果如表2、表3所示。
表2 碳酸钙阻垢率
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表3 磷酸钙阻垢率
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2.2 旋转挂片腐蚀试验
根据阻垢试验结果，选取BC－605系列中阻垢效果最好的BC-605H3，BC-605H4两种与原使用药剂以及S－113作对比。采用3种材质挂片（20＃碳钢、不锈钢和铜）进行旋转挂片试验。结果如表4所示。由表4可知以BC-605H4的腐蚀率最低。
表4 不同药剂浓度的腐蚀速率
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2.3 动态模拟试验
根据上述试验结果，同时考虑到经济性，选S－113和BC－605H。两种药剂进行动态模拟试验。药剂浓度60mg/L，试片为20＃碳钢、不锈钢和铜3种材质洞时用φ10×1的碳钢试管2支。动模12d后投加有机溴杀菌剂30mg/L。结果如表5所示，从表中看出，BC-605H4的腐蚀率均低于S－113，同时前者的成膜厚度较后者厚，试管粘附速率前者也较后者低（S－113粘附速率已超标）。
表5 动态模拟试验结果
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以上试验结果表明，BC-605H4更适合于中原乙烯的特殊水质，可以作进一步的工业应用试验。
3 现场应用
3.1 浓缩倍数及药剂浓度
系统浓缩倍数初步控制在3.5－4.0之间，后来又逐步提高到4.0以上。表6给出了试用期间的月均浓缩倍数。
根据上述试验结果并考虑用药的经济性，试验药剂浓度控制在60mg/L左右。
3.2 细菌和浊度控制
为控制细菌数量，减少因生物粘泥带来的腐蚀，日常杀菌是每天冲击性投加液氯l－2次。加氯机出现故障时用氯锭（主要成分是次氯酸钠）代替。另外，每20d左右交叉投加非氧化性杀菌剂1次，以剥离管壁上沉积的生物粘泥。异氧菌量严格控制在小于1×105个/mL（正常运行时为103－104左右）。
浊度的控制主要通过旁滤地进行，旁滤量为5％－6％，正常运行情况下浊度小于5.0mg/L。
3.3 监测挂片和监测换热器
表6给出了试用8个月来监测挂片和监测换热器的腐蚀和结垢情况。其中3月份因运行水温过低（平均为20℃）和循环水系统有物料泄漏，造成碳钢监测挂片腐蚀率偏高，经采取措施后恢复正常。氯离子在320－350mg/L情况下运行，不锈钢挂片腐蚀率为0。
表6 现场试用结果
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其中4月份小修期间，为检验药剂配方的实际运行效果，打开部分换热器进行了检查。经过将近4个月的运行，设备状况良好，换热器内部无粘泥，无点蚀，无锈瘤和结垢，换热器不需任何清洗。其中检查两台不锈钢换热器无点蚀，无应力腐蚀。
4 结论
4.1 BC-605H4缓蚀阻垢剂比较适合中原乙烯的水质特点，平均N值由2.5提高到4.0。而且因黄河水质恶化导致的腐蚀和结垢倾向得到了控制，水质状况良好。
4.2 腐蚀速度的降低使设备的大修周期由1a提高到2－3a，每年节省的全厂设备检修费就达上千万元。
4.3 N值由25提高到4.0用F污量由121m3/h降为69m3/h，每年可节水41×104t，折合人民币50多万元。另外，因排污量的减少，每年少交排污费80多万元，具有良好的环境效益。
参考文献：
[1]中国石化集团公司．炼油化工企业工业水管理制度[M]．北京：中国石化集团公司1999.7.
[2]周本省．工业水处理技术[M]．北京：化学工业出版社．1997
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