化肥廠循環(huán)水系統(tǒng)水穩(wěn)配方的研究及應(yīng)用
針對(duì)化肥廠循環(huán)水的水質(zhì)特點(diǎn)，篩選出的水穩(wěn)配方，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)達(dá)到石化總公司規(guī)定的好級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。
大慶石化總廠化肥廠工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)總保有水量為5000t，總循環(huán)水量18500 t/h。循環(huán)水主要供化肥廠合成裝置、尿素裝置及水汽裝置近40臺(tái)冷換設(shè)備用水。該水系統(tǒng)1976年6月投用時(shí)采用美國(guó)BETZ公司的無機(jī)磷系配方，1980年5月改為“8013”配方，主要是六偏磷酸鈉、HEDP和聚丙烯酸鈉，加酸調(diào)控pH 7.2～7.8，在實(shí)際應(yīng)用中主要存在著水冷器設(shè)備腐蝕和結(jié)垢、粘泥較多等問題，影響了設(shè)備的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。1991年總廠機(jī)動(dòng)處水質(zhì)研究室在充分考慮該水系統(tǒng)的具體情況及環(huán)保要求等諸多因素的基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)研究篩選評(píng)定最適宜的水穩(wěn)配方。并在循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了作用，保證了生產(chǎn)裝置安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行。
冷卻水處理技術(shù)不斷地進(jìn)步，使其在水處理工藝、設(shè)備、方案和水處理劑等方面都得到充分完善，出現(xiàn)了全有機(jī)膦堿性水處理技術(shù)，即冷卻水系統(tǒng)不加酸調(diào)節(jié)pH、靠自身運(yùn)行平衡的條件下運(yùn)行操作，一般循環(huán)水系統(tǒng)pH為8.5～9.3，總堿度+鈣硬度<1000 mg/L(均以CaCO3計(jì))。 利用有機(jī)膦酸鹽取代無機(jī)磷酸鹽作緩蝕劑和抑制CaCO3結(jié)垢，從而避免了無機(jī)磷酸鹽方案中潛在的污垢發(fā)生危害。
目前，全有機(jī)膦堿性水處理配方是以有機(jī)膦為主的緩蝕阻垢劑，其用量一般為3.5～10.0 mg/L;以共聚物或均聚物為主的阻垢分散劑，其用量一般為10～40 mg/L;另用少量添加劑，一般1～5 mg/L。
筆者將對(duì)全有機(jī)膦堿性水處理配方進(jìn)行探討。
1堿性冷卻水化學(xué)處理的特點(diǎn)及目標(biāo)
堿性冷卻水化學(xué)處理的特點(diǎn)：(1)不需加酸調(diào)節(jié)pH，安全性高，操作管理方便，節(jié)約加酸裝置投資及維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用;(2)水穩(wěn)配方為一種液體復(fù)合藥劑，投加方便，宜于水質(zhì)穩(wěn)定;(3)適合高pH、高硬度、高溫下運(yùn)行，抗酸性物質(zhì)干擾能力強(qiáng)，分散效果好;(4)可提高濃縮倍數(shù)，節(jié)約補(bǔ)充水及減少排污對(duì)環(huán)境的污染。
堿性冷卻水化學(xué)處理的目標(biāo)：在保證冷換設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的條件下，水處理試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)達(dá)到中石化總公司規(guī)定的好級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及要求，見表1
2水穩(wěn)配方的評(píng)選
采用國(guó)內(nèi)水處理劑生產(chǎn)廠提供的各種單劑，進(jìn)行組合復(fù)配成各種水穩(wěn)配方。進(jìn)行靜態(tài)阻垢試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)，評(píng)選出適宜的水穩(wěn)配方。然后模擬循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)評(píng)選出的適宜水穩(wěn)配方進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)綜合評(píng)定。
2.1試驗(yàn)用水
采用化肥廠工業(yè)石灰軟化水即循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，水質(zhì)情況見表2。
2.2靜態(tài)阻垢試驗(yàn)
靜態(tài)阻垢試驗(yàn)方法參照中石化總公司《冷卻水分析和試驗(yàn)方法》中401標(biāo)準(zhǔn)(碳酸鈣沉積試驗(yàn)法)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3中，B～D配方為聚磷酸鹽類;13#～16#為有機(jī)膦酸鹽類(參照栗田S—113);QX—11～13配方為有機(jī)膦磺酸類(含有機(jī)膦酸鹽);QX—01～07為其它單劑或復(fù)合藥劑。
通過5個(gè)類型13個(gè)配方、7種藥劑投加濃度共42組試驗(yàn)看出：聚磷酸鹽類阻CaCO3效果較差，而有機(jī)膦類復(fù)合劑和全有機(jī)膦磺酸類阻CaCO3效果較好，投加藥劑濃度大于70 mg/L時(shí)，阻垢率均大于60%。而有機(jī)膦磺酸類阻垢率可達(dá)80%以上。故對(duì)其做進(jìn)一步試驗(yàn)研究。
2.3旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)
旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)方法參照中石化總公司《冷卻水分析和試驗(yàn)方法》中404標(biāo)準(zhǔn)(旋轉(zhuǎn)掛片失重法)。試驗(yàn)條件：濃縮倍數(shù)1.5，時(shí)間72h，溫度(50±1)℃，旋轉(zhuǎn)線速度0.35 m/s。測(cè)得的腐蝕率見表4。
試驗(yàn)結(jié)果表明：4種配方對(duì)碳鋼、不銹鋼緩蝕效果都較好，尤其是QX—11配方更為突出。故對(duì)QX—11進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)定。
2.4動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)評(píng)定
通過阻垢、緩蝕試驗(yàn)的初步篩選，得出QX—11水穩(wěn)配方的阻垢、緩蝕效果都較理想，故通過循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證此配方的綜合水處理效果。
模擬試驗(yàn)條件：
試驗(yàn)管為碳鋼管(19×2×574);
管內(nèi)水流速0.625 m/s;
管入口水溫(32±0.3) ℃;冷卻水溫差12 ℃;
濃縮倍數(shù)(4.0±0.5)倍;
濁度<20 mg/L。
QX—11控制濃度：
60～80 mg/L(鈣離子濃度>200 mg/L);
80～100 mg/L(鈣離子濃度150～200 mg/L;
100～120 mg/L(鈣離子濃度<150 mg/L)。
動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果列入表5。
結(jié)果表明：不加水穩(wěn)劑的空白試驗(yàn)，試管內(nèi)壁有0.1～0.2 mm硬垢，有銹包。試片局部腐蝕。而用QX—11水穩(wěn)配方，試管內(nèi)壁有微薄一層軟垢，出口較明顯。試片表面無腐蝕，可見藍(lán)色膜。達(dá)到總公司規(guī)定的好級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及要求。因此確定QX—11水穩(wěn)配方為化肥廠循環(huán)水系統(tǒng)處理配方。
QX—11水穩(wěn)配方，主要由有機(jī)膦化合物、優(yōu)良聚合物及少量添加物等組成。其外觀為淺黃色透明液體，密度(25 ℃)(1.15±0.05)g/cm3，pH 4.0±0.8，總磷(以正磷酸根計(jì))(8.0±0.8)%，固含量≥30%。
該配方優(yōu)點(diǎn)在于含有機(jī)膦酸及有機(jī)膦磺酸兩種化合物，故具有增效作用。含少量添加劑，有機(jī)膦穩(wěn)定性好。
3QX—11水穩(wěn)配方的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
表6給出了近幾年來運(yùn)行的日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明QX—11投用后比原配方的緩蝕、阻垢效果明顯得到改善。粘泥量得到控制，濃縮倍數(shù)比原來提高1.5倍。
一個(gè)好的水穩(wěn)劑配方的產(chǎn)生，不但要經(jīng)過多次科學(xué)試驗(yàn)的驗(yàn)證，更重要的是經(jīng)過實(shí)踐的考驗(yàn)。裝置大修時(shí)，對(duì)水冷設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢、粘泥及雜物狀況進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，可以看出水處理效果的好壞、水冷器歷年等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果見表7。
水冷器檢查等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：水冷器綜合狀況明顯改善，檢查評(píng)定優(yōu)良率比原配方平均提高了56%以上。說明QX—11水穩(wěn)配方確實(shí)是值得推廣的水穩(wěn)配方。
4經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估
QX—11水穩(wěn)劑在循環(huán)水系統(tǒng)中投用以來，水處理運(yùn)行效果良好，保證了生產(chǎn)裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，并收到明顯的經(jīng)濟(jì)效益，F(xiàn)就節(jié)水和水穩(wěn)劑兩方面的效益情況做以簡(jiǎn)要評(píng)估：(1)濃縮倍數(shù)年平均提高了1.5倍，年節(jié)約補(bǔ)充用水費(fèi)用達(dá)127.5萬元;(2)節(jié)約硫酸年費(fèi)用10.8萬元;(3)原8013配方年藥劑費(fèi)用80萬元，現(xiàn)QX—11配方年藥劑費(fèi)用100萬元。故總計(jì)年節(jié)約費(fèi)用約為118.3萬元。
5結(jié)論
1)在石化企業(yè)的大型循環(huán)水系統(tǒng)采用QX—11全有機(jī)膦堿性水處理在技術(shù)上可行。并能取得一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2)QX—11水穩(wěn)配方的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，水處理效果顯著，濃縮倍數(shù)比原配方提高了1.5倍;水冷器等級(jí)綜合評(píng)價(jià)優(yōu)良率比原配方提高了56%以上;現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果均達(dá)到總公司規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用好級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)。
作者單位:大慶石化總廠機(jī)動(dòng)處(黑龍江大慶，163714)
作者簡(jiǎn)介：作者顧培臣，1962年生，1983年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，現(xiàn)大慶石化總廠機(jī)動(dòng)處動(dòng)力科高級(jí)工程師。
參考文獻(xiàn)
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[5]化工部化工設(shè)計(jì)院譯.冷卻水的化學(xué)處理.化學(xué)工業(yè)出版社，1979.
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