浅议丙酮肟在引进分厂锅炉给水系统中的应用①

2014-09-11吴高亮

石油与天然气化工 2014年4期

唐浠瞿杨蒋宇吴高亮秦婧

(中国石油西南油气田公司重庆天然气净化总厂引进分厂)

重庆天然气净化总厂引进分厂原来在锅炉给水系统中使用的除氧药剂为联氨,在使用过程中，联氨的除氧效果较好，但联氨在低温下反应速度较慢、易挥发、有一定的毒性，对环境污染大，易燃易爆，存在安全隐患[1-2]。因此，为了保证员工的身心健康，改善操作人员的作业环境，引进分厂从2011年4月21日开始，使用丙酮肟代替联氨在锅炉给水系统中进行除氧。实践证明，丙酮肟不仅除氧效果较联氨好，同时还避免了除氧剂对系统装置的腐蚀。在满足生产要求的同时，还节约了生产成本，具有一定的经济效益。

1 氧腐蚀的危害

氧腐蚀是锅炉设备中最为常见的一种腐蚀，造成的后果是设备的使用寿命缩短,另外若热力系统中被带入腐蚀产物,系统中将形成积盐和结垢,从而引起热效率降低,水汽品质下降，甚至引发爆炸等情况。因此,对锅炉给水系统进行除氧显得尤为重要。

为了防止或减轻锅炉运行过程中的溶解氧腐蚀，必须对锅炉的给水进行除氧处理，主要方法包括热力除氧和化学除氧。化学除氧是向含有溶解氧的水中加入某种还原性药剂，使O2与其发生化学反应，从而达到除氧的目的。

除氧剂应具备以下条件：对氧具有强还原作用；除氧剂及其反应产物不引起锅炉和凝结水系统的腐蚀。

2 丙酮肟的性质

2.1 理化性质

丙酮肟(Acetone oxime)的物理性质见表1。分子式为：(CH3)2C=N-OH(分子结构如图1所示)，因此又称为二甲基酮肟(Di Methyl Ketoxime)，英文缩写名为DMKO，相对分子质量73.09，密度0.901 g/cm3，外观为白色棱晶状结晶或粉末，还原性较强，在空气中易挥发，呈中性反应，在稀酸环境下容易水解，易溶于水和醚、酮、醇等有机溶剂。

表1 丙酮肟物理性质

2.2 除氧机理

丙酮肟对氧具有强还原性，所以它易与给水中所溶解的氧发生氧化还原反应，起到降低给水中溶解氧含量的作用。该反应进行速度快，除氧较为完全。

丙酮肟与氧发生的化学反应式如下：

4(CH3)2C=N-OH+O2→4 (CH3)2C=O+2N2+2H2O

2(CH3)2C=N-OH+O2→2 (CH3)2C=O+N2O+H2O

2.3 分解性

2.4 保护作用

由于DMKO是强还原剂，在使用过程中能够在钢材表面形成一层氧化保护膜。生成氧化膜的化学反应式为：

2(CH3)2C=N-OH+6Fe2O3→2(CH3)2C=O+

4Fe3O4+N2O+H2O

因此,设备中使用含有DMKO的溶液，可以形成一层Fe3O4膜附着在设备内表面上，防止或延缓腐蚀，对设备内表面起到明显的保护作用和缓蚀效果。 DMKO对铁铜氧化物的还原作用可以防止锅炉因形成氧化物沉积而引起金属管过热和腐蚀损坏[3]，对已沉积在管道、设备壁上的铜的腐蚀产物还有清洗作用[5]。

2.5 低毒性

丙酮肟具有低毒性的特点。联氨LD50为59 mg/kg，丙酮肟LD50为5 500 mg/kg[4]，相比之下，丙酮肟的毒性远远低于联氨。因此，在锅炉给水系统中使用丙酮肟，一方面不会使操作人员在设备进行的操作过程中受到伤害，另一方面还保护了环境。

3 丙酮肟的应用及效果分析

3.1 工艺指标

引进分厂共设有A、B、C 3台锅炉，要求除氧后溶解氧量不大于0.02 mg/L。在经过热力学除氧之后，给水中所残余溶解氧量已经很低。因此，需要保证在用药后药剂残余量尽可能少的前提下，溶解氧含量达标。

3.2 理论投药量的计算

DMKO加药剂量理论计算公式如式(1)[6]：

10×ε×G=Q×(4.5a+ΔA)

(1)

式中，G为给水中加入DMKO剂量，g/h；Q为给水流量，m3/h；a为给水中溶解氧质量浓度，μg/L ；ΔA为给水中维持DMKO的过剩量，μg/L ；ε为DMKO的产品纯度，%(质量分数)。

假设Q取25 m3/h、a取200 μg/L、ε取99.93%、ΔA取35 μg/L，则经过计算，每个月DMKO的用量约为1.74 kg。由于给水中溶解氧(DO)浓度是变化的，因此相应的每个月DMKO的使用量会随DO浓度有所波动。

3.3 投加办法

目前,丙酮肟投加方法是利用原有的联氨罐作为投加设施。使用该罐将丙酮肟投入水中，开启搅拌器约5～10 min，溶解完全后关闭搅拌器。装填频率和次数根据罐内药量而定，当罐内无液时，补充投加。

3.4 数据分析

3.4.1投放浓度对比

为了直观反映联氨与DMKO除氧效果的优劣区别，选取DO浓度相近的时间段，根据两种除氧剂的投放浓度进行对比分析。选取联氨除氧2010年后半年(除氧前ρ(DO)=115～140 mg/L,除氧后ρ(DO)<0.02 mg/L)和DMKO除氧2012年前半年(除氧前ρ(DO)=125～145 mg/L, 除氧后ρ(DO)<0.02 mg/L)的分析数据进行对比(见表2、表3)。

表2 联氨投放浓度

表3 DMKO投放浓度

由表2和表3可以看出，在DO浓度相近的情况下，联氨投放浓度明显大于DMKO的。从而可以看出，联氨的除氧程度和效果远差于DMKO。

3.4.2残余浓度对比

从2010年全年实验分析数据中随机抽取20份联氨残余样本，所得样本情况如表4所列。

表4 联氨残余样本 (ρ/(mg·L-1))

由于使用了简单随机取样的抽样方法得到表4，所以表4中的数据是具有代表性的。因此，可以根据表4得出联氨在给水中的平均残余质量浓度为6.65 mg/L。

同样地，从2012年全年实验分析数据中抽取20份DMKO残余样本，可得样本情况如表5所列。根据表5可得，DMKO在给水中的平均残余质量浓浓度为0.33 mg/L。

表5 DMKO残余样本

根据表4和表5绘制出联氨与DMKO的残余浓度波动曲线图2。

由图2可以看出，联氨在给水中的残余浓度波动幅度远大于DMKO的，联氨的平均残余浓度是DMKO的近20倍。造成这个现象的原因可能是：

(1) 从除氧剂本身来说，在相同情况下，相对于DMKO，联氨除氧深度差，除氧速度慢[4]，造成在相同时间和相近DO浓度的情况下，联氨的残余浓度要远高于DMKO的，且波动幅度也大于DMKO。

(2) 从投加浓度来看，联氨的投加浓度远大于DMKO的，再加上除氧效果的差异，势必导致联氨残余浓度的波动更大。

(3) 从客观上讲，给水中DO浓度随温度、压力而发生变化。因此，对同一种除氧剂而言，不同时间段内所消耗的量是不同的，这样就会造成在投加浓度大致相同的情况下，除氧剂残余浓度发生波动。

3.4.3除氧效果

根据引进分厂的工艺指标可知，当ρ(DO)<0.02 mg/L时，DMKO的残余浓度越小，则越节约生产成本。由此原则，连续12天对DMKO残余浓度进行取样分析，投药后分两个时间(9:00和17:00)对DMKO残余浓度和DO浓度进行测验(见表6)。

表6 DMKO残余浓度(ρ/(mg·L-1))

从表6可以看出，在24份数据样本中，DO质量浓度均小于0.02 mg/L，满足了工艺指标的要求。由实验分析数据可知，样本中DMKO残余质量浓度最小值为0.03 mg/L，验证了理论投药量计算中ΔA取值的可用性。

4 可行性分析

在投放DMKO时，所需的药量远小于联氨，节约了用工成本和劳动成本。使用的投放设备为原来投放联氨的加药设备，没有增加任何设备投资。由表2和表3可以得出，联氨全年的投放量大约为1 400 kg，DKMO全年投放量大约为24 kg。联氨的价格为11 000元/t，DMKO的价格为48 000元/t，据此可以计算出购买联氨需要花费15 400元/年，购买DMKO则只需花费1 152元/年，即更换除氧剂后，每年可以减少花费14 248元。