降低淡化海水腐蚀性的研究与应用

2016-08-27仇进城

工业水处理 2016年7期

关键词：碳钢缓蚀剂淡化

薛　瑞，曹　阳，孙　肖，仇进城

（中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131）

降低淡化海水腐蚀性的研究与应用

薛瑞，曹阳，孙肖，仇进城

（中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131）

天津大港区某化工企业使用淡化海水作为循环冷却水的补水，针对淡化海水腐蚀性强的特性，使用补水管道缓蚀剂和循环水系统缓蚀剂，同时配合杀菌剂，提出循环水成套处理方案。经过4 a的现场应用，该循环水系统总铁平均质量浓度低于0.5mg/L，碳钢挂片和监测管的平均腐蚀率为0.012mm/a，监测管沉积速率为6.08mcm，符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050—2007）要求。

淡化海水；循环水；腐蚀；缓蚀剂

目前大部分工矿企业循环冷却水系统用水几乎占到企业总用水量的70%～80%，而淡水资源短缺是各企业普遍存在的现象，开发利用非传统水资源显得尤为重要。淡化海水用作循环冷却水在解决用水紧缺的同时，也增加了循环水系统处理维护的难度。淡化海水硬度碱度低、氯根高，对补水管道和运行设备都有极强的腐蚀性。

天津大港区某化工企业供乙烯、汽油加氢、丁二烯装置的循环水场使用淡化海水作为循环冷却水补水。该循环系统容量3.8万m3，循环量7.0万m3/h，系统换热设备材质主要为碳钢和海军铜。循环冷却水系统共有旁滤12台，单台过滤处理能力为250 m3/h，有冷却塔18台，单台处理能力4 500m3/h，冷却塔都为机械通风逆流冷却塔。针对该循环冷却水系统特点，筛选出了适合淡化海水用的缓蚀剂和成套水处理方案，通过4 a多的现场实际运行，处理效果良好，各项指标符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050—2007）要求。

1　试验部分

1.1试验方法

旋转挂片试验：参考《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》（GB/T 18175—2000），使用RCC-Ⅱ型旋转挂片腐蚀试验仪进行试验。各试验pH均调至8.5左右，温度50℃，控制浓缩倍数为4.5，试验96 h，转速为75 r/min，试验材质包括20#、A3碳钢、黄铜。

冷却水动态模拟试验：参考《冷却水动态模拟试验方法》（HG/T 2160—2008）。控制浓缩倍数为5，贮水量70 L，循环量180 L/h，蒸汽温度（100±2）℃，进水温度32℃，出水温度40～45℃，pH 8.2～8.6，试验材质包括20#、A3碳钢、黄铜。

1.2淡化海水水质指标及腐蚀结垢趋势判断

试验所用淡化海水均取自天津大港新泉海水淡化厂，该企业为大港电厂发电机组冷却系统提供海水，使用超滤膜作预处理，采用国际最先进的反渗透及能源回收系统生产海水淡化水。淡化海水具体水质如表1所示。

表1　淡化海水水质

该循环水系统浓缩倍数控制在5，淡化海水原水和浓缩5倍水的R.S.I.指数显示，该淡化海水腐蚀性极强，淡化海水原水和浓缩5倍水的R.S.I.指数分别为14.47、10.83。实验室静态碳钢挂片显示，淡化海水原水腐蚀率为1.96mm/a，浓缩5倍后腐蚀率为1.07mm/a，远远超过《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050—2007）中≤0.075 mm/a要求。

2　处理方案

2.1补水管道的腐蚀及管道缓蚀剂的应用

该厂补水管道为铸铁管道，在使用淡化海水之前，其管道未作任何防腐措施，补水管道末端出水中总铁含量持续走高，由开始的0.1mg/L最高升到3.62mg/L，管道严重腐蚀，补水呈黄色。

针对此状况以及补水水质，筛选出由有机磷酸为主的缓蚀剂TS-215C，配合氯化钙和硫酸锌水溶液组成管道缓蚀剂，总共投加质量浓度共25mg/L。2011年2月中旬开始在补水管道前端持续投加管道缓蚀剂，经过半个月的运行，管道末端补水总铁含量回落到1mg/L以下。

2.2缓蚀剂的筛选

淡化海水缓蚀剂的筛选极其重要，直接影响日常循环冷却水的运行状况。淡化海水的pH较低，浓缩5倍后pH仍然低于8，提高水体pH是减缓水体腐蚀的有效措施。淡化海水总碱度和总硬度都很低，结垢风险较低，因此重点考虑筛选适用于淡化海水的缓蚀剂。

在浓缩5倍的淡化海水中，投加NaOH固体，保持水质pH在8.2～8.5。同时投加由有机磷酸、丙烯酸类聚合物、磺酸类聚合物和铜缓蚀剂按不同比例复配成的6种缓蚀剂（TS-528A～TS-528F），进行实验室筛选评价，结果见表2。

表2　各类缓蚀剂实验室旋转挂片实验数据

由表2可以看出，其中TS-528E和TS-528F在投加质量浓度为60、80、100mg/L时，都能达到《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050—2007）标准要求，即碳钢腐蚀速率≤0.075mm/a，不锈钢腐蚀速率≤0.005mm/a的要求。考虑到缓蚀效果和经济效益，选择TS-528E和TS-528F，投加质量浓度80 mg/L，进行动态模拟实验，结果见表3。