吳小芳
（鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司研究中心，浙江 寧波 315207）

　　摘要：針對化肥廠原用水穩(wěn)劑Z851在現(xiàn)場應用中暴露的問題，從篩選單劑開始，經(jīng)過試驗，研制出以有機膦、磺酸鹽類共聚物、鋅等為主劑的水穩(wěn)劑Z981B?，F(xiàn)場應用證明：Z98lB水穩(wěn)劑綜合性能遠優(yōu)于原來的相磷鋅系水穩(wěn)劑，碳鋼試管平均腐蝕速率0.0368mm/a，粘附速率11.06mcm，適用于目前化肥循環(huán)水運行狀況，有優(yōu)良的緩蝕阻垢性能。
　　關(guān)鍵詞：化肥廠；循環(huán)冷卻水；水處理；水質(zhì)穩(wěn)定劑；緩蝕；阻垢
　　中圖分類號：TU991.4
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009－2455（2003）01－0016－03

1 化肥循環(huán)水系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

　　我公司化肥廠循環(huán)水系統(tǒng)原用水穩(wěn)劑Z851是公司研究所于20世紀80年代初期針對當時化肥系統(tǒng)運行工況研制開發(fā)的一種鉬磷鋅系水穩(wěn)劑。該水穩(wěn)劑對當時化肥廠的水處理起到了一定的積極作用。但隨著時間的推移，化肥循環(huán)水系統(tǒng)的運行工況和水質(zhì)狀況都起了一系列的變化，Z851在應用中日漸暴露其不足，其主要表現(xiàn)為：缺少對銅換熱器的緩蝕能力，碳鋼腐蝕嚴重，結(jié)垢現(xiàn)象也較為突出，部分高溫水冷器夏季有冷卻不下來的現(xiàn)象，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)超標嚴重。表1、表2分別是化肥廠使用Z851水穩(wěn)劑條件下現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和水冷器垢樣分析結(jié)果。
　　從表2數(shù)據(jù)來看：銅和不銹鋼水冷器垢樣中的結(jié)垢因子（CaO+MgO+P2O2）都在40％以上，ZnO質(zhì)量分數(shù)在20％以上，說明循環(huán)水系統(tǒng)中結(jié)垢和鋅鹽沉積都相當嚴重[1]；而碳鋼水冷器垢樣中的Fe2O3含量又反映出碳鋼的腐蝕也是不容忽視的，從表1數(shù)據(jù)又同時印證系統(tǒng)結(jié)垢腐蝕的嚴重性。這說明使用Z851水穩(wěn)劑，其緩蝕阻垢性能都已遠不能滿足目前化肥循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行狀況，為此研制開發(fā)新型水穩(wěn)劑勢在必行。

2 新型水穩(wěn)劑的實驗室研制

　　化肥廠循環(huán)冷卻水的補充水有兩種水源：水庫水和河道水，具體水質(zhì)數(shù)據(jù)見表3，一般現(xiàn)場使用時是一種水源單獨補加，當某種水源供水不足時，再換用另一種水源，但兩種水都是超低硬度、低堿度的強腐蝕性水，經(jīng)濃縮5－7倍后，仍有一定的腐蝕性，又呈現(xiàn)較強的結(jié)垢趨勢，這對開發(fā)新水穩(wěn)劑提出了更高的要求，要求其不僅有優(yōu)良的緩蝕性能，同時有很好的阻垢分散性能。

表１ 化肥廠近兩年現(xiàn)場監(jiān)測試管數(shù)據(jù) 年份 碳鋼試驗 銅試驗 腐蝕速率／
（mm·a-1） 粘附速率／
(mcm) 腐蝕速率／
（mm·a-1） 粘附速率／
(mcm) 1998 0.2268 18.22 1999 0.2473 29.17 0.2229 10.58 總公司標準 <0.075 <15 <0.005 <15

表２ 現(xiàn)場水冷卻器垢樣分析結(jié)果（1999年５月現(xiàn)場采樣） % 水冷器號 材質(zhì) 垢 組 分 w
(550℃灼減) w
(950℃灼減) w
(酸不溶物) w
(CaO+MgO) w
(P2O5) w
(Fe2O3) w
(Al2O3) w
(ZnO) w
(CuO) 總計 0103-E2 碳鋼 11.47 1.98 8.06 3.04 10.65 60.18 3.82 3.77 0.01 102.9 4112-KE1 碳鋼 10.67 1.36 6.14 1.87 8.26 66.75 2.53 1.11 0.04 98.7 4111-K1E3 銅 15.2 1.8 3.15 12.14 34.01 4.04 15.02 23.83 0.33 109.5 4117-K1E1 不銹鋼 17.97 2.44 0.94 15.89 29.36 1.68 8.58 22.79 0.02 99.7

表3 兩種水源的水質(zhì)分析數(shù)據(jù) 分析項目 水庫水 河道水 總硬度ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 23.4 55.0 總堿度ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 16.0 31.2 鈣硬ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 16.6 34.4 PH值 7.21 6.89 ρ(C1-)/(mg·L-1) 8.85 36.3 ρ(SO42-)/(mg·L-1) 15.5 34.2 電導率/（μS·cm-2） 112.0 244.0 ρ（總?cè)芄蹋?(mg·L-1) 72.3 167.5 ρ（濁度）/(mg·L-1) 1.0 1.2

2.1 水穩(wěn)劑配方的確定
　　對Z851配方中的單劑及配比進行了具體分析，同時針對其在現(xiàn)場應用中所表現(xiàn)的不足，認為配方本身存在的主要缺陷為：①缺少銅緩蝕劑；②配方中所用有機磷性能欠佳，存在一定程度的分解，分解后藥效降低；③沒有較好的阻垢分散劑來適應高濃縮倍數(shù)運行。根據(jù)分析我們進行了新型水穩(wěn)單劑的篩選，優(yōu)選了有機磷竣酸、磺酸鹽類共聚物及銅緩蝕劑苯驕三氮挫，同時復配一定的鋅鹽。
　　根據(jù)優(yōu)選的單劑，進行單劑間不同比例的復配，共試驗了38個配方，其中14個配方的不預膜試片的腐蝕速率低于 ０.０４６ mm／a。初選得到的 14個配方，進行多次試驗，各配方的腐蝕速率見表4。

表4 不同配方的腐蝕速率及緩蝕率 配方 單劑配比 腐蝕速率/
（mm·a-1） 緩蝕率/% w(有機膦羧酸)/% w(磺酸鹽類共聚物)/% w（苯駢三氮唑)/% w(Zn2+)/% 1 4 6 2 8 0.0390 97.6 2 6 8 1 10 0.0346 97.9 3 12 10 2 12 0.0150 99.1 4 8 12 3 15 0.0357 97.8 5 10 15 1 6 0.0318 98.0 6 12 8 3 8 0.0277 98.3 7 6 15 2 10 0.0174 98.9 8 8 12 5 12 0.0366 97.7 9 10 8 3 15 0.0424 97.4 10 12 10 1 6 0.0207 98.7 11 6 12 2 8 0.0260 98.4 12 8 15 3 10 0.0244 98.6 13 10 15 3 10 0.0175 98.9 14 8 12 1 10 0.0274 98.3 空白 0 0 0 0 1.6250 0.00

Z981B的組成：有機瞵HEDP、有機瞵羧酸、苯駢三氮唑、磺酸鹽類共聚物、鋅鹽。

　　由表4可知：３"，7"，13"配方在實驗誤差范圍內(nèi)均有十分優(yōu)異的緩蝕效果，綜合考慮藥劑的穩(wěn)定性、各單劑間的協(xié)同性以及藥劑成本等條件，最終選擇 7"號配方，命名為 Z981B。
2.2 配方性能評定試驗
2.2.1 緩蝕性能試驗
　　試驗水質(zhì)：現(xiàn)場補充水，采用水庫水。
　　試驗條件：溫度50℃，試片為1型20’碳鋼和紫銅，試片不經(jīng)預膜。運行過程中試驗水自然濃縮，試驗結(jié)果見表5。

表5 不同投加量的Z981B對碳鋼和銅的腐蝕速率 Z981B投加量/（mg·L-1） 腐蝕速率/（mm·a-1） 銅腐蝕速率/（mm·a-1） 60 0.6388 0.0075 100 0.0365 0.0057 120 0.0249 0.0048 150 0.0221 0.0033 200 0.0171 0.0021

　　試驗表明：Z981B水穩(wěn)劑投加量越高，緩蝕性能越好，當投加量高于120 mg／L時，緩蝕效果優(yōu)良，綜合考慮Z98lB的其它性能，Z98lB的使用投加量選擇為 150 mg／L。
2.2.2 靜態(tài)阻垢試驗
　　由于水穩(wěn)劑為有機磷鋅類，因此阻垢性能不僅要考慮阻碳酸鈣性能，同時還要考慮阻磷酸鈣和穩(wěn)鋅性能。Z98lB試驗投加量都為 150 mg／L。試驗結(jié)果對碳酸鈣的阻垢率為99.2％，對磷酸鈣的阻垢率為98.7％，對鋅離子的穩(wěn)定作用為94.8％。
2.2.3 藥劑穩(wěn)定性試驗
　　藥劑在水中停留時間長，受熱及氧化性殺菌劑的影響有可能分解而產(chǎn)生正磷，若分解嚴重勢必會影響藥劑的性能。通過考察常溫、受熱50℃、受熱50℃并加氧化劑條件下Z98lB水穩(wěn)劑的分解程度，觀察水穩(wěn)劑的熱穩(wěn)定性和抗氧化性。Z98lB的投加量為 150 mg／L，水中總磷的質(zhì)量濃度為8.5mg/L。試驗采用蒸餾水，氧化性殺菌劑采用強氯精（三氯異氰豚酸），每天投加 2 mg／L。定時分析正磷濃度，試驗結(jié)果見表6。

表6 藥劑的穩(wěn)定性試驗結(jié)果 試驗條件 不同時間水中ρ（正磷）/（mg·L-1） 分解率 0h 24h 48h 72h 96h 120h 144h 168h 常溫 0.141 0.141 0.169 0.197 0.211 0.211 0.211 0.225 0.99 50oC 0.169 0.183 0.141 0.225 0.169 0.155 0.183 0.225 0.66 50oC且每天加強氯精2mg/L 0.281 0.591 0.619 0.816 0.927 1.224 1.226 1.407 13.2 注:分解率%=(試驗后正磷-試驗前正磷)/8.5

　　試驗結(jié)果表明：Z98lB水穩(wěn)劑在常溫和50℃條件下，隨著藥劑停留時間的延長，藥劑存在一定的分解，但分解率很低，加入強氯精后，分解程度有所增加，但影響不是很大，7d（16 h）后的分解率只有13.2％。說明Z98lB水穩(wěn)劑熱穩(wěn)定性和抗氧化性都較好。
2.3 動態(tài)模擬試驗
　　采用動模試驗裝置對Z98lB的緩蝕阻垢性能進行綜合考察，通過模擬生產(chǎn)裝置現(xiàn)場條件來考察水穩(wěn)劑對碳鋼、銅的緩蝕阻垢性能。試驗參數(shù)及試驗結(jié)果見表7。

表7 動態(tài)模擬試驗控制參數(shù)及試驗結(jié)果 項目 碳鋼 銅 預膜Z981B投加量/（mg·L-1） 400 400 預膜PH值 7.0～7.5 7.0～7.5 正常Z981B投加量/（mg·L-1） 150 150 試驗時間/h 360 360 流速/（m·s-1） 1 1 進口水溫/0C 32 32 蒸汽溫度/0C 99～100 99～100 正常運行PH值 7.5～8.5 7.5～8.5 濃縮倍數(shù)/倍 4.5～6.5 4.5～6.5 掛片腐蝕速率/（mm·a-1）水池 0.0160 0.00084 掛片器 0.0244 0.0021 試管腐蝕速率（mm·a-1） 0.0416 0.0036 試管粘附速率/mcm 12.76 7.21

　　動態(tài)模擬試驗結(jié)果表明：Z98lB水穩(wěn)劑適合在模擬現(xiàn)場化肥廠循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)運行條件下應用。

3 現(xiàn)場應用

　　化肥循環(huán)水系統(tǒng)有川座涼水塔和1套自動加藥系統(tǒng)，總循環(huán)量為 30000～33000 m³／h，保有水量7000 m³;，全廠共有水冷器百余臺，以碳鋼和不銹鋼為主，并有10％左右的銅質(zhì)水冷器。冷卻水進口溫度32℃，出口溫度42℃。循環(huán)水系統(tǒng)以通氯殺菌為主，輔以殺菌劑——穩(wěn)定性二氧化氯和異噻唑啉酮。
　　正常運行時現(xiàn)場主要控制指標為；ρ（總磷）＝8～10 mg／L，PH＝7.5～8.5，濃縮倍數(shù)4.5～5.5。現(xiàn)場監(jiān)測換熱器的腐蝕與結(jié)垢數(shù)據(jù)見表8。

表８　現(xiàn)場檢測結(jié)果 監(jiān)測時間 碳鋼 銅 腐蝕速率/(mm·a－１) 粘附速率/mcm 腐蝕速率/(mm·a－１) 粘附速率/mcm 掛片 試管 掛片 試管 2000/3 0.0170 0.0158 11.44 0.0030 0.0031 11.44 2000/4 0.0489 0.0485 10.25 0.0025 0.0029 8.04 2000/5 0.0099 0.0312 8.41 0.0086 0.0067 4.41 2000/6 0.0371 0.0569 13.31 0.0033 0.0033 7.95 2000/7 0.0619 11.39 0.0028 7.50 2000/8 0.0746 0.0148 10.39 0.0012 0.0033 8.43 2000/9 0.0530 0.0284 12.25 0.0036 0.0038 7.96 平均值 0.0400 0.0368 11.06 0.0037 0.0037 7.96

　　從試驗結(jié)果可以看出，Z98lB水穩(wěn)劑使用后，現(xiàn)場化肥循環(huán)水系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果都處于良好狀態(tài)，達到了原來化肥廠提出的廠生用要求。

4 結(jié)語

　　Z981B水穩(wěn)劑采用了磷竣酸、多元磺酸共聚物等高效緩蝕阻垢件能的新型水處理劑，現(xiàn)場應用證明，2981B水穩(wěn)劑適用于目前化肥水質(zhì)運行條件，現(xiàn)場應用效果較好，具有優(yōu)良的碳鋼、銅緩蝕性能和阻垢性能。與原水穩(wěn)劑Z851相比，Z98lB水穩(wěn)劑的應用大大降低了水冷設(shè)備的腐蝕速率，延長了設(shè)備的使用壽命，節(jié)省了大量的設(shè)備更新和維修費用；降低了沉積速率，提高了換熱效率，減少了水冷設(shè)備的清洗費用，具有良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

　　 [1]李文融，曾堅.循環(huán)水處理手冊[M]天津：天津科學技術(shù)出版社，1990.

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　　作者簡介：吳小芳（1970－），女，浙江浦江人，工程師，1991年畢業(yè)于華東理工大學腐蝕與防護專業(yè)，現(xiàn)從事水處理研究工作，電話（0574）86444343