摘要:针对中原乙烯循环水的浓缩倍数偏低和系统发生腐蚀的问题,筛选出一种以磺化丙烯酸,有机解羧酸等为主剂的适合高浓缩倍数运行配方。现场应用在浓缩倍数4.0条件下,运行指标和监测数据达到并优于中石化规定的要求,碳钢、铜、不锈钢换热器无明显锈蚀、污垢发生,无点蚀及锈瘤。

关键词:循环冷却水 缓蚀阻垢剂 腐蚀性水质 动模试验

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,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
项目 脱碱地下水 黄河水
Ca2+/(mg·L-1) 40 135
总碱度/(mmol·L-1) 2.1 3.18
pH 8.12 8.34
Cl/(mg·L-1) 48 90
SO42-/(mg·L-1) 44.7 112.5
总固体/(mg·L-1) 278 560

 

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
药剂浓度/(mg·L-1) 阻垢率/%
BC-605H1 BC-605H2 BC-605H3 BC-605H4 原使用药剂 S-113
50 79.2 63.8 88.8 90.3 86.8 87.6
60 80.0 68.1 91.0 96.1 86.0 89.3
70 83.4 75.7 89.5 90.3 73.8 85.2

 

表3磷酸钙阻垢率
药剂浓度/(mg·L-1) 阻垢率/%
BC-605H1 BC-605H2 BC-605H3 BC-605H4 原使用药剂 S-113
50 23.9 21.4 26.8 30.4 15.2 18.6
60 26.6 25.7 30.4 33.6 17.8 24.5
70 29.8 25.4 33.9 35.1 19.6 25.2

 

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
药剂浓度/(mg·L-1) 试片材质 腐蚀率/(mm·a-1)
BC-605H3 BC-605H4 原使用药剂 S-113
50 碳钢挂片 0.0219 0.0146 0.0165 0.0157
不锈钢挂片 0.0001 0 0.0002 0.0002
铜挂片 0.0002 0 0.0001 0.0002
60 碳钢挂片 0.0170 0.0123 0.0170 0.0148
不锈钢挂片 0.0001 0 0.0001 0
铜挂片 0.0001 0 0.0001 0.0001
70 碳钢挂片 0.0142 0.0116 0.0136 0.0150
不锈钢挂片 0 0 0.0001 0.0001
铜挂片 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

 

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
药剂名称 项目 碳钢挂片 不锈钢挂片 铜挂片 碳钢管
BC-605H4 外观 有色晕干净 有色晕无腐蚀 少色晕无点蚀
膜厚/μm 48 16 14
腐蚀率/(mm·a-1) 0.025 0.0031 0.0004 0.015
粘附速率/m.c.m 9.8
S-113 外观 有色晕少腐蚀 有色晕无点蚀 少色晕无点蚀
膜厚/μm 32 15 12
腐蚀率/(mm·a-1) 0.037 0.0045 0.0007 0.023
粘附速率/m.c.m 17.6

 

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。

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