水处理药剂动态模拟实验研究及应用

2021-07-23杨海燕

全面腐蚀控制 2021年5期

杨海燕

（中油股份独山子石化分公司研究院防腐研究中心，新疆独山子 833699）

0 引言

动态模拟试验是一种对循环冷却水系统腐蚀、结垢状况进行研究的测试方法。这种试验装置是动态的、有传热面和热交换器，模拟生产上冷却器的材质、壁温和水流动状态等，是试验室内评定水稳配方和工艺条件的一种理想的综合性测试方法，试验数据可为中试及现场应用提供依据。综合前期静态阻垢和旋转挂片缓蚀阻垢实验的分析数据，初步确定8#、7#这两组药剂配方能够满足公司中水回用循环水系统的水处理药剂缓蚀阻垢性能使用要求。但由于5#药剂是现场在用配方，便于性能对比，针对8#、7#、5#这3组药剂配方的最佳投加浓度进行动态模拟评价实验。

1 动态模拟评价实验

1.1 动态模拟试验方案

根据静态缓蚀阻垢剂筛选评价实验选出的3组药剂，按照药剂配方控制浓度、实验水质条件、动模过程水质控制参数、实验过程要求及条件、实验结果讨论等内容制定动态模拟实验方案，以比较不同药剂缓蚀阻垢性能的优劣程度，选择较优药剂配方参与乙烯厂循环水系统水处理药剂招标，提高循环水缓蚀阻垢处理效果。主要实验方案如下：

（1）药剂控制浓度：动态模拟试验方法执行行业标准《冷却水动态模拟试验方法》HG/T 2160-2008。表1为开展动态模拟试验的3组药剂配方及浓度；

表1 动态模拟试验各组药剂配方控制浓度

（2）实验水质条件：新水取用现场新水，中水取用净化水场活性炭过滤器出水，两种水样的取样地点定在净化水联合车间；动态模拟试验水质按新水与中水1:1掺混。试验水样每两天拉运一次，防止久置变质；

（3）试验所需杀菌剂：由乙烯厂提供：氧化性杀菌剂采用次氯酸钠；非氧化性杀菌剂采用7330NC；

（4）试验所需缓蚀、阻垢剂：试验所需药剂由乙烯厂技术处负责联系厂家提供，由乙烯厂技术处以盲样形式交付；

（5）试验浓缩倍数按5～8倍控制，表2为动态模拟试验评定水质控制参数；

表2 动态模拟试验评定水质控制参数

（6）根据要求制定相应实验方案，交由研究院、乙烯厂技术处和公司科技信息处共同审核、确认、审批后，方可进行试验；

（7）对所选动模的药剂进行全面分析，以便尽可能掌握其理化指标；

（8）实验试片、试管为：20#钢，不做预膜处理；

（9）试验时间：18天，试验过程派技术人员监督试验全过程；

（10）试验结果讨论：动模实验18天结束后停机，分别取出试片和试管，试管干燥后称重，测粘附速率，然后分别对试片、试管进行清洗，除去污垢称重，测其腐蚀率。并对实验现象及结果数据进行综合评价，筛选出最佳的药剂配方。

1.2 实验过程及结果

动态模拟实验的整个实验过程完全按照实验方案执行。具体实验结果如下：

（1）实验用水每隔一天拉水一次，保证实验用水质量。严格按照1:1配置实验水；

（2）动模实验期间的水质分析，严格按照方案及合同要求分析检测；

（3）实验试管、试片均按照标准方法制备、处理和评价；

（4）表3为3组药剂的实验数据汇总；

表3 实验数据汇总

（5）图1～图3为3组药剂循环水挂片器中20#碳钢挂片照片汇总（左边正面、右边反面）。

从3#药剂的挂片来看，5#药剂有较多腐蚀产物，有较明显的腐蚀；7#药剂试片表面有少量浮锈，腐蚀不显著；8#药剂试片，表面有少量的腐蚀痕迹，腐蚀不显著；

（6）3组药剂的循环水中20#碳钢试管腐蚀剖面图；

图4～图6为3组药剂的试管解剖图，由图中可看出，5#药剂试管内壁腐蚀比较严重，有明显的腐蚀痕迹；7#药剂试管内壁有轻微腐蚀痕迹，腐蚀不明显；8#药剂试管内壁有轻微腐蚀痕迹，腐蚀不明显。

（7）3组药剂的循环水污垢热阻曲线图汇总

图7～图9为污垢热阻趋势图，从图中可以看出，5#、7#、8#药剂的循环水污垢热阻均控制在0.2×10-4m2·℃.W-1以下，换热效率较好；

（8）动态模拟试验过程中浓缩倍数控制情况

浓缩倍数在5～6倍的情况下，分析钙离子（以CaCO3计）浓度变化情况，表4为动模试验浓缩倍数在5～6倍时分析结果。

表4 动模试验浓缩倍数在5～6倍时分析结果

表4（续）

由试验数据可见，浓缩倍数控制在5～6倍时，钙离子（以CaCO3计）浓度均在600mg.L-1以下，因此实际运行过程中控制钙离子（以CaCO3计）浓度≤600mg.L-1即可。

1.3 实验结论

（1）该实验完全按照技术方案要求控制各项技术参数，过程中未出现控制超标等现象；

（2）本次动态模拟实验执行标准为《冷却水动态模拟试验方法》HG/T 2160-2008。所使用的DM-C型循环冷却水动态模拟试验装置为大连光明化工研究所研制，即标准起草单位研制，该仪器全部采用电脑自动化控制，控制精准。该方法和实验设备完全满足实验要求；

（3）该实验过程质量控制按照《计量认证手册》执行，完全保证了实验数据及结果的准确性和真实性；

（4）动态模拟实验过程中，表5为3组药剂的主要控制参数pH、总磷或有机磷、锌离子等，从分析结果的汇总情况来看，3组药剂的投加情况及水质控制情况良好，未出现明显的失控现象，3组试验的结果具有代表性。

表5 3组药剂动模试验过程主要参数控制情况

（5）试验过程中出现的问题及建议

1）实验过程中，5#冷却塔填料及补水桶，沉积了大量黑色絮凝状杂质，但从水质分析来看，实验水样无明显差别；

2）实验过程中，通过观察发现系统运行4h左右，挂片的腐蚀痕迹基本上就能定型，后期实验过程中腐蚀现象就明显变慢。总结原因：补水为中水和新水的混合水，腐蚀很大，初期启动实验时系统药剂含量偏低，这些原因造成3组药剂的腐蚀率偏高。因此建议：现场系统运行时，使用新水启动，并加大初始药剂的投加量，同时要进行清洗预膜工作，如此才能保证系统的稳定运行；

3）3组药剂均为加酸方案，由于该系统使用的中水和新水的硬度偏低，最高电导率3000μS.cm-1，系统水质偏腐蚀，建议不进行调酸，进行自然调节pH，提升碱度，稍微偏向结垢，对系统会有很好的保护作用；

4）综合上述实验数据分析，对公司中水回用循环水后的浓缩倍数建议控制在5～6倍、控制钙离子（以CaCO3计）浓度≤600mg.L-1为宜；

（6）3组药剂综合评判

根据GB 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》和中石油《炼油企业工业水管理制度》规定腐蚀速率小于0.075mm.a-1（并无明显孔蚀），粘附速率小于15mcm，污垢热阻小于3.44×10-4m2.℃.W-1。表6为3组药剂配方动态模拟实验综合评判结果，实验结果表明：本次实验的7#、8#药剂腐蚀速率满足标准要求，5#药剂腐蚀率超标严重，不满足要求。粘附速率5#药剂超标，7#、8#药剂粘附速率均在5mcm以内，阻垢效果较好。3组药剂的污垢热阻较好，均在标准范围内。整体评判7#、8#药剂，缓蚀阻垢效果较好，符合要求。建议公司在中水回用循环水的系统中选用7#或8#药剂配方。