摘要：以總硬為 297.7mg/L、總堿為 191.6 mg/L的地下水作為循環冷卻水的補充水，在濃縮倍數為 4.0 ～4.2，pH值為8.2～8.6時，采用主要組分為 HEDP（5 mg/L），PBTCA（3 mg/L），AA/HPA（10mg／L）的配方，現場運行結果表明，監測換熱器碳鋼管的腐蝕速率小于 0.075 mm/a，污垢沉積速率約為 10 mcm。
關鍵詞：循環冷卻水；緩蝕；阻垢；硬度；堿度
中圖分類號：TU991.27 文獻標識碼：A 文章編號：1009－2455（2004）02－0026—03 蘭州石化公司石化廠和橡膠廠部分裝置的設備冷卻采用地下水，總用量為 700m3/h，一次冷卻后少部分用于廠區綠化，回用量大約為總量的30％，而大部分直接排放，為了循環使用該冷卻水，專題組進行了冷卻水處理試驗。 1 地下水水質判斷 地下水取樣分析，水質分析結果見表1。對水質經過一段時間的跟蹤分析，發現地下水總硬度和總堿度在夏季達到*低值，在冬季達到*高值，其變化趨勢隨季節呈周期性。為了對地下水水質有更進一步的認識，計算其在濃縮倍數分別為1.0，2.0，3.0和4.0時的穩定指數，結果見表2。
從表2可以看到，當水質濃縮3倍后，雷茲納穩定指數（R.S.I.）達到3.24，根據R.S.I.判斷標準，R.S.I.＜6的水質傾向結垢[1]；該水質濃縮達到 4 倍后，雷茲納指數進一步降低至2.68，結垢問題更加嚴重。 表1 地下水水質分析 |
| | 項目 | ρ（CO32-）
（mg·L-1） | PH值 | 總硬／
（mg·L-1） |
總堿／
（mg·L-1） | 總溶固/
（mg·L-1） |
ρ（Ca2+）/
（mg·L-1） | ρ（SO42-）／
（mg·L-1） |
ρ（Cl-）／
（mg·L-1） | ρ（Mg2+）／
（mg·L-1） | ρ（HCO3-）
（mg·L-1） | ρ（Na+＋K+）／
（mg·L-1） | 濁度/
（mg·L-1） |
| | *大值 | 0 | 7.68 | 279.7 | 191.6 | 659.6 | 212.4 | 42.4 | 125.6 | 71.3 | 172.4 | 162.3 | 5.22 | | *小值 | 0 | 7.56 | 254.2 | 175.8 | 656.5 | 176.6 | 36.9 | 112.5 | 35.5 | 158.8 | 142.8 | 2.85 | | 平均值 | 0 | 7.62 | 266.9 | 186.9 | 672.5 | 185.3 | 39.8 | 119.3 | 52.6 | 167.2 | 156.9 | 4.38 |
| | 注：表中硬度，堿度均以 CaCO3計。 |
表2 地下水穩定指數計算結果 |
| | 項目 | 原水水質 | 濃縮2倍 | 濃縮3倍 | 濃縮4倍 |
| | 總硬度（以CaCO3計）/（mg·L-1） | 279.7 | 559.4 | 839.1 | 1118.8 | | 總堿度（以CaCO3計）/（mg·L-1） | 191.6 | 383.2 | 574.8 | 766.4 | | 雷茲納穩定指數（R.S.I.） | 6.48 | 4.46 | 3.24 | 2.68 |
|
2 藥劑選擇 在濃縮倍數達到4.0時，總硬度+總堿度≥1800mg／L，必須適當地向循環水系統中加入一定量的酸，中和掉一部分堿，使鈣硬度與總堿度之和小于 1500mg／L。在循環水運行過程中，需控制系統的pH值，把工藝控制與藥劑的阻垢分散性能結合起來[2]，在確保循環水所使用藥劑符合環保要求的前提下，滿足中國石油天然氣股份有限公司化工部分工業用循環水濃縮倍數不小于4.0的要求。試驗中所采用的濃縮倍數為4.0～4.2。由表2可知，在藥劑配方的選擇上應著重配方的阻垢性能，同時必須考慮配方還具有一定的緩蝕性能。4種復合藥劑主要組分的投加量，見表3。 表3 各種復合藥劑主要組分投加量 | mg·L-1 |
| 藥劑名稱 | PP | HEDP | ATMP | PBTCA | MA/AA | AA/HPA |
| LSH－416A | 6 | | 5 | | 12 | | LSH—416B | 4 | | 4 | | 12 | | LSH－416C | | 4 | | 3 | | 10 | LSH－416D | | 5 | | 3 | | 10 |
| | 注：PP為聚磷酸鹽，HEDP為羥基乙叉二膦酸，ATMP為段基**叉膦酸，HEDP為-膦酸丁烷-1，2，4－三羧酸，MA／AA為馬來酸酐／丙烯歐共聚物，AA／HPA為丙烯酸／丙烯酸羥丙酯共聚物。 |
由于水質濁度較低，粘泥的剝離和菌藻控制僅用一般的氧化性**劑輔以非氧化性**滅藻劑即可滿足實際生產運行的需要。試驗主要考查復配藥劑LSH－416A－D的緩蝕、阻垢性能。 3 試驗情況 3.1 靜態阻垢和旋轉掛片試驗
靜態阻垢試驗條件：試驗水質為配制水，Ca2+和HCO3-的質量濃度為 600mg／L，濃縮 1.5倍，試驗溫度為 80 ±1℃，時間10 h，控制 pH值為8.2～8.6。
旋轉掛片腐蝕試驗條件：試驗用水為實際原水，試驗水溫50±1℃，轉速75 r／min，試片采用碳鋼標準 I 型試片，時間為 72h。
試驗結果見表4。 表4 藥劑阻垢織依效果評價 |
| 藥劑名稱 | 用量/（mg·L-1） | 阻垢率／％ | 緩蝕率／％ |
| LSH－416A | 60 | 75.5 | 96.1 | LSH—416B | 60 | 62.3 | 85.3 | LSH－416C | 50 | 94.8 | 95.1 | LSH－416D | 50 | 83.7 | 95.4 |
|
雖然LSH－416A，C，D緩蝕率都較高，但對于這種嚴重結垢的水質，阻垢是*主要的因素，其次是緩蝕，同時由于A與B兩種藥劑中磷含量較高，排人黃河后易造成水質的富營養化，不符合環保的要求。通過試驗發現LSH－416C阻垢和緩蝕性能均較好，其次為LSH－416D，經該藥劑處理后試片光亮，無明顯的腐蝕和點蝕，水質澄清，燒杯底部無沉積物，且C與D兩種藥劑磷含量低，更符合環保要求，把這兩個配方作為高硬度、高堿度水處理藥劑的基本配方，在動態模擬中試裝置上進一步試驗。
3.2 動態模擬試驗
以LSH－416C，LSH-416D配方為基礎，采用雙系統動態試驗裝置。水質采用生產地下原水，濃縮倍數：4.0～4.2，監測試管：材質為碳鋼（φ10×1×520mm），監測試片：碳鋼、銅、鋁、不銹鋼標準試片，水溫：入口 32±0.5℃，蒸汽溫度：100±l℃，循環量：600 L/h，系統pH值為 8.2～8.6，運行時間為 360 h。動態模擬試驗結果見表 5。 表5 動態模擬試驗結果 |
| 控制項目 | 材質 | LSH－416C | LSH—416D |
| 腐蝕劑（mm·a-1） | 碳鋼試管 | 0.0195 | 0.0236 | | 碳鋼試片 | 0.0181 | 0.0163 | | 黃銅 | 0 | 0.0004 | | 紫銅 | 0.0003 | 0.0005 | | 鋁 | 0.0006 | 0.0003 | | 不銹鋼 | 0 | 0 | 污垢沉積速率／mcm | | 9.2631 | 11.3875 | 極限污垢熱阻/（m2·h·℃·W-1） | | 1.25×10-4 | 1.98×10-4 |
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動態模擬試驗結果顯示，LSH—416C，LSH-416D配方的腐蝕率、污泥沉積速率、極限污垢熱阻等均達到中國石化總公司《冷卻水分析和試驗方法》中的規定標準，各種材質的試片表面光亮，無明顯的腐蝕、點蝕現象，阻垢緩蝕性能優異。LSH—416C配方的動態試驗結果稍優于LSH-416D，同時LSH－416C配方總磷較LSH－416D配方低，更符合環保要求，因此*終選定LSH－416C配方，控制pH值為8.20－8.60，濃縮倍數為4.0－4.2，進行工業應用試驗。 4 現場運行情況 hH—416C于2003年1月在蘭州石化公司石化廠和橡膠廠部分裝置上進行試用，循環水量每小時為 700m3 ，系統水量為 300 m3，采用向系統中連續加酸方式，控制pH值為8.2～8.6，總磷4－6mg／L，經過近 6個月的運行后，現場水質澄清，試片取出后表面光亮無明顯腐蝕和點蝕現象。現場掛片和監測換熱器數據見表6和表7。
大量的分析和試驗數據表明，LSH－－416水質配方，適用于高硬度、高堿度水系，水中的總堿度為 800 mg／L，總硬度在1200 mg／L以下的水系。 表6 現場掛片監測數據 |
| 材質 | 平均腐蝕率/（mm·a-1） |
| 碳鋼 | 0.046 2 | 不銹鋼 | 0 | 鋁 | 0.000 2 | 黃銅 | 0.0003 |
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表7 現場碳鋼試管監測數據 |
| 試管號 | 平均腐蝕速率/（mm·a-1） | 平均污垢沉積速率/mcm |
| 1 | 0.0612 | 10.256 | 2 | 0.0586 | 11.528 | 3 | 0.0538 | 9.872 |
| | 注：表中數據為2003年2～6月平均值。 |
參考文獻：
[1] 周本省.工業水處理技術［M」.北京：化學工業出版社，2001.
[2] 張俊玲，李映川，劉國晶，等 高硬度水質的水處理技術[J].工業水處理，2003，23（5）：72－73.
作者簡介：楊岳（1970－），男，河南鄧州市人，工程師，1992年畢業于西北大學，現在蘭州石化公司化工研究院從事水處理技術工作 |