化肥廠循環水系統水穩配方的研究及應用
針對化肥廠循環水的水質特點，篩選出的水穩配方，各項監測指標達到石化總公司規定的好級標準，現場應用效果良好。
大慶石化總廠化肥廠工業循環冷卻水系統總保有水量為5000t，總循環水量18500 t/h。循環水主要供化肥廠合成裝置、尿素裝置及水汽裝置近40臺冷換設備用水。該水系統1976年6月投用時采用美國BETZ公司的無機磷系配方，1980年5月改為“8013”配方，主要是六偏磷酸鈉、HEDP和聚丙烯酸鈉，加酸調控pH 7.2～7.8，在實際應用中主要存在著水冷器設備腐蝕和結垢、粘泥較多等問題，影響了設備的長周期平穩運行。1991年總廠機動處水質研究室在充分考慮該水系統的具體情況及環保要求等諸多因素的基礎上，通過試驗研究篩選評定最適宜的水穩配方。并在循環水系統實際應用中發揮了作用，保證了生產裝置安、穩、長、滿、優運行。
冷卻水處理技術不斷地進步，使其在水處理工藝、設備、方案和水處理劑等方面都得到充分完善，出現了全有機膦堿性水處理技術，即冷卻水系統不加酸調節pH、靠自身運行平衡的條件下運行操作，一般循環水系統pH為8.5～9.3，總堿度+鈣硬度<1000 mg/L(均以CaCO3計)。 利用有機膦酸鹽取代無機磷酸鹽作緩蝕劑和抑制CaCO3結垢，從而避免了無機磷酸鹽方案中潛在的污垢發生危害。
目前，全有機膦堿性水處理配方是以有機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。
筆者將對全有機膦堿性水處理配方進行探討。
1堿性冷卻水化學處理的特點及目標
堿性冷卻水化學處理的特點：(1)不需加酸調節pH，安全性高，操作管理方便，節約加酸裝置投資及維護保養費用;(2)水穩配方為一種液體復合藥劑，投加方便，宜于水質穩定;(3)適合高pH、高硬度、高溫下運行，抗酸性物質干擾能力強，分散效果好;(4)可提高濃縮倍數，節約補充水及減少排污對環境的污染。
堿性冷卻水化學處理的目標：在保證冷換設備平穩運行的條件下，水處理試驗和監測項目指標達到中石化總公司規定的好級標準及要求，見表1
2水穩配方的評選
采用國內水處理劑生產廠提供的各種單劑，進行組合復配成各種水穩配方。進行靜態阻垢試驗、旋轉掛片腐蝕試驗，評選出適宜的水穩配方。然后模擬循環水系統現場條件，對評選出的適宜水穩配方進行動態模擬試驗綜合評定。
2.1試驗用水
采用化肥廠工業石灰軟化水即循環水系統的補充水，水質情況見表2。
2.2靜態阻垢試驗
靜態阻垢試驗方法參照中石化總公司《冷卻水分析和試驗方法》中401標準(碳酸鈣沉積試驗法)，試驗結果見表3。
表3中，B～D配方為聚磷酸鹽類;13#～16#為有機膦酸鹽類(參照栗田S—113);QX—11～13配方為有機膦磺酸類(含有機膦酸鹽);QX—01～07為其它單劑或復合藥劑。
通過5個類型13個配方、7種藥劑投加濃度共42組試驗看出：聚磷酸鹽類阻CaCO3效果較差，而有機膦類復合劑和全有機膦磺酸類阻CaCO3效果較好，投加藥劑濃度大于70 mg/L時，阻垢率均大于60%。而有機膦磺酸類阻垢率可達80%以上。故對其做進一步試驗研究。
2.3旋轉掛片試驗
旋轉掛片腐蝕試驗方法參照中石化總公司《冷卻水分析和試驗方法》中404標準(旋轉掛片失重法)。試驗條件：濃縮倍數1.5，時間72h，溫度(50±1)℃，旋轉線速度0.35 m/s。測得的腐蝕率見表4。
試驗結果表明：4種配方對碳鋼、不銹鋼緩蝕效果都較好，尤其是QX—11配方更為突出。故對QX—11進一步進行試驗評定。
2.4動態模擬試驗評定
通過阻垢、緩蝕試驗的初步篩選，得出QX—11水穩配方的阻垢、緩蝕效果都較理想，故通過循環水動態模擬試驗進一步驗證此配方的綜合水處理效果。
模擬試驗條件：
試驗管為碳鋼管(19×2×574);
管內水流速0.625 m/s;
管入口水溫(32±0.3) ℃;冷卻水溫差12 ℃;
濃縮倍數(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)。
動態模擬試驗結果列入表5。
結果表明：不加水穩劑的空白試驗，試管內壁有0.1～0.2 mm硬垢，有銹包。試片局部腐蝕。而用QX—11水穩配方，試管內壁有微薄一層軟垢，出口較明顯。試片表面無腐蝕，可見藍色膜。達到總公司規定的好級標準及要求。因此確定QX—11水穩配方為化肥廠循環水系統處理配方。
QX—11水穩配方，主要由有機膦化合物、優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)(8.0±0.8)%，固含量≥30%。
該配方優點在于含有機膦酸及有機膦磺酸兩種化合物，故具有增效作用。含少量添加劑，有機膦穩定性好。
3QX—11水穩配方的現場應用
表6給出了近幾年來運行的日常監測數據。監測結果表明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，濃縮倍數比原來提高1.5倍。
一個好的水穩劑配方的產生，不但要經過多次科學試驗的驗證，更重要的是經過實踐的考驗。裝置大修時，對水冷設備的腐蝕、結垢、粘泥及雜物狀況進行等級評價，可以看出水處理效果的好壞、水冷器歷年等級評價結果見表7。
水冷器檢查等級評價結果表明：水冷器綜合狀況明顯改善，檢查評定優良率比原配方平均提高了56%以上。說明QX—11水穩配方確實是值得推廣的水穩配方。
4經濟效益評估
QX—11水穩劑在循環水系統中投用以來，水處理運行效果良好，保證了生產裝置長周期穩定運行，并收到明顯的經濟效益。現就節水和水穩劑兩方面的效益情況做以簡要評估：(1)濃縮倍數年平均提高了1.5倍，年節約補充用水費用達127.5萬元;(2)節約硫酸年費用10.8萬元;(3)原8013配方年藥劑費用80萬元，現QX—11配方年藥劑費用100萬元。故總計年節約費用約為118.3萬元。
5結論
1)在石化企業的大型循環水系統采用QX—11全有機膦堿性水處理在技術上可行。并能取得一定的經濟效益和社會效益。
2)QX—11水穩配方的現場實際應用，水處理效果顯著，濃縮倍數比原配方提高了1.5倍;水冷器等級綜合評價優良率比原配方提高了56%以上;現場監測項目監測結果均達到總公司規定的現場應用好級以上標準。
作者單位:大慶石化總廠機動處(黑龍江大慶，163714)
作者簡介：作者顧培臣，1962年生，1983年畢業于大慶石油學院，現大慶石化總廠機動處動力科高級工程師。
參考文獻
[1]石油化工科學研究院第九研究室.石化工業水處理技術綜述，1994.
[2]中石化總公司生產部發展部.冷卻水分析和試驗方法，1993.
[3]徐壽昌等編.工業冷卻水處理技術.化學工業出版社，1984.
[4]許保玖.給水處理.中國建設工業出版社，1980.
[5]化工部化工設計院譯.冷卻水的化學處理.化學工業出版社，1979.
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