刘金武

(中国石油宁夏石化公司  宁夏银川  750026)

摘　要：本文总结了阻垢缓蚀剂NH-05的静态阻垢腐蚀和动态模拟实验以及在循环水系统现场的应用。

关键词：阻垢 　缓蚀 　应用

1. 前言

宁夏石化公司生产装置是20世纪70年代末从国外引进的13套大化肥装置之一，目前，公司已发展为拥有两套大型化肥生产装置和一套复合肥生产装置，以及150万吨/年常压、60万吨/年催化、3万吨/年聚丙烯等炼油化工装置，固定资产总值70亿元，年销售收入近百亿元，是全国最大的百万吨尿素生产企业之一，新上500万吨炼油装置正在建设之中。两套大化肥装置分别配套两套循环水系统，总保有水量为18000m³，循环处理水量为62000m³/h，现场换热器材质主要为碳钢、铜、不锈钢。水质属西北高硬、高碱的负硬度水，属于易结垢性水质。循环水系统使用的水处理药剂从最初的有机膦酸加聚羧配方，发展到现在以膦羧酸及磺酸盐共聚物等为主的第四代新型复合配方。目前使用的NH-05在第四代新型复合配方基础上，增加了最新一代水处理单体药剂PAPEMP，该药剂具有很高的螯合分散性能和很高的钙容忍度及优异的阻垢性能，可作为循环冷却水系统的阻垢缓蚀剂，特别适用于高硬度、高碱度、高pH的循环冷却水系统。经过三年多的现场应用，NH-05阻垢缓蚀性能达到中石化《冷却水分析和试验方法》中“很好”级标准。并在中国石油股份公司组织的多年水处理药剂质量抽检评定中质量稳定，性能优异。

2. 阻垢实验

2.1 宁夏石化公司新鲜补充水水质

表1   补充水水质分析数据

2.2 静态阻碳酸钙实验^[1]

（1）实验条件

实验用水：生产补充水，强化Ca²⁺理论值为120mg/L，强化HCO₃^－理论值为360mg/L；

实验温度：（80±1）℃水浴；

实验时间：10h；

pH值：维持自然；

浓缩倍数：浓缩2倍。

（2）实验标准

中国石油化工集团行业标准SH2604.12-2001。

（3）实验结果

表2   NH-05的阻碳酸钙实验结果

2.3 静态阻磷酸钙实验^[2]

（1）实验条件

实验用水：生产补充水强化Ca²⁺为250mg/L，PO₄^3- 为5mg/L；

实验温度：（80±1）℃水浴；

实验时间：10h；

pH值：9.0。

（2）实验标准

中石化《冷却水分析和实验方法》—— 402磷酸盐沉积法。

（3）实验结果

表3   NH-05阻磷酸钙实验结果

2.4 静态阻锌实验

（1）实验条件

实验用水：本厂生产补充强化Ca²⁺为250mg/L，HCO₃^-为250mg/L，锌离子浓缩1.5倍后达到5mg/L；

实验温度：（80±1）℃水浴；

实验时间：10h；

pH值：9.0。

（2）实验标准

中石化《冷却水分析和实验方法》——403静态阻锌实验。

（3）实验结果

表4   NH-05阻锌实验结果  

2.5 极限碳酸盐碱度实验

（1）实验原理^[3]

实验水在实验过程中不断浓缩，在未析出沉淀时，水中各种离子的浓度应随着浓缩倍数的增长而增加。实验水的总碱度与浓缩倍数呈线性关系，随着浓缩倍数的增加，溶液中出现微小晶核，当达到过饱和时，CaCO₃从溶液中析出，刚刚出现沉淀时溶液的总碱度称为极限碳酸盐碱度，加入阻垢剂后，极限碳酸盐碱度越高，表明阻垢剂性能就越好。

（2）实验条件

实验用水a：生产补充水；

实验用水b：含NH－05的补充水；

实验温度：（60±1）℃。

（3）实验标准

中国石油化工集团公司SH2604.12－2001标准。

（4）实验结果

从极限碳酸盐碱度来看，NH－05的M＋Ca²⁺随着浓缩倍数的增高呈直线上升，达到浓缩倍数4.5后增加幅度减慢，当K＝4.8时，M＋Ca²⁺出现拐点，达到1058.77mg/L。根据总公司标准，对应我厂属三级水质，该药剂NH－05的极限碳酸盐碱度属一级阻垢分散剂。

2.6 旋转挂片腐蚀实验

（1）实验条件

实验用水：生产补充水；

实验温度：（50±1）℃；

旋转速度：75转/分；

旋转线速度：0.35米/秒；

实验时间：72小时；

实验材质：20＃碳钢，铜，不锈钢。

（2）实验标准

中国石油化工集团公司SH 2604.12-2001标准。

（3）实验结果

表5   旋转挂片腐蚀实验结果

3. 动态模拟实验

为了检验NH-05的阻垢缓蚀效果，委托中国石化水处理药剂评定中心(北京)对其进行了动态模拟实验，并且专门从宁夏石化公司运送10吨生产补充水到北京，作为实验补充水，经过15天的动态模拟实验，在浓缩倍数6.0以上情况下，各项指标达到中石化《冷却水分析和试验方法》中“很好”级标准，具体实验数据如下表。

表6   动态模拟实验结果

从动态模拟实验结果看，新型阻垢缓蚀剂NH-05在阻垢、缓蚀性能方面相比以往使用的NH-01效果好。

4. 工业应用情况分析

NH-05属第四代水处理药剂，同时新增了阻垢性能优异的单体药剂PAPEMP^[4]，使得该药剂阻垢缓蚀性能有了较大的提高。该药剂从2006年11月份在宁夏石化公司一化肥循环水系统试运，经过三年多的运行，系统浓缩倍数在5.0以上情况下，阻垢缓蚀性能达到中国石油股份公司2005年下达的循环水达标方案中腐蚀速率≤0.075mm/a和粘附速率≤15mcm的控制指标及其它指标。07年8月份在一化肥循环水系统运行稳定、效果较好的情况下，二化肥循环水系统开始使用NH-05，该药剂克服装置有一台换热器漏氨，系统NO₂^-含量经常在20mg/L以上，NO₃^-含量经常在60mg/L以上，现场氧化性和非氧化性杀菌剂投加量增加以及使用频率提高的情况下，阻垢缓蚀性能各项指标也控制得较好。2009年7月份二化肥小修，从打开的部分换热器中，换热器表面清洁光滑，基本无锈瘤和生物粘泥，从而检验了NH-05在系统漏氨情况下阻垢缓蚀性能以及与氧化性、非氧化性杀菌剂优越的配伍性能。

5. 现场监测情况分析

为了及时发现现场水质变化情况，利用监测换热器，回水挂片器等方法，测试试片的腐蚀速率及监测换热器的粘附速率等指标，来判断药剂的缓蚀和阻垢性能。

表7   监测换热器试片腐蚀速率测定结果

表8   中石化《冷却水分析和试验方法》现场监测评价指标如下：

通过表7中现场监测数据与中石化《冷却水分析和试验方法》标准对比，现场挂片器及监测换热器管的平均腐蚀速率和粘附速度达到了“很好”级标准，其中监测挂片器的平均腐蚀速率只是在2008年12至2009年3月份，由于系统一台换热器泄漏较严重，造成腐蚀速率在“好”级水平。从整体表现看，阻垢缓蚀剂NH-05具有较好的抑制结垢和腐蚀的作用。

6. 结论

NH-05在宁夏石化循环水系统应用三年多的结果表明，该水稳剂是一种新型高效的复合水处理剂，在高硬、高碱、高浓缩倍数水质情况下，具有良好的阻垢缓蚀性能，从现场挂片及监测换热器试管的监测数据看，平均指标达到中石化《冷却水分析和试验方法》“很好”级水平，从装置小修对换热器的检查来看，阻垢缓蚀效果也较好，因此，NH-05对西北高硬高碱水质具有很好的阻垢缓蚀效果，为企业实现节水减排具有重要意义，具有推广应用价值。

参考文献：

【1】冷却水分析和实验方法.中国石油化工总公司生产部发展部

【2】阻垢缓蚀剂性能抽查评定标准.中国石油化工集团公司

【3】工业水处理技术第二版.化学工业出版社.周本省主编.2007

【4】工业循环冷却水处理.化学工业出版社.唐受印主编.2003