化肥厂循环水系统水稳配方的研究及应用
针对化肥厂循环水的水质特点，筛选出的水稳配方，各项监测指标达到石化总公司规定的好级标准，现场应用效果良好。
大庆石化总厂化肥厂工业循环冷却水系统总保有水量为5000t，总循环水量18500 t/h。循环水主要供化肥厂合成装置、尿素装置及水汽装置近40台冷换设备用水。该水系统1976年6月投用时采用美国BETZ公司的无机磷系配方，1980年5月改为“8013”配方，主要是六偏磷酸钠、HEDP和聚丙烯酸钠，加酸调控pH 7.2～7.8，在实际应用中主要存在着水冷器设备腐蚀和结垢、粘泥较多等问题，影响了设备的长周期平稳运行。1991年总厂机动处水质研究室在充分考虑该水系统的具体情况及环保要求等诸多因素的基础上，通过试验研究筛选评定最适宜的水稳配方。并在循环水系统实际应用中发挥了作用，保证了生产装置安、稳、长、满、优运行。
冷却水处理技术不断地进步，使其在水处理工艺、设备、方案和水处理剂等方面都得到充分完善，出现了全有机膦碱性水处理技术，即冷却水系统不加酸调节pH、靠自身运行平衡的条件下运行操作，一般循环水系统pH为8.5～9.3，总碱度+钙硬度<1000 mg/L(均以CaCO3计)。 利用有机膦酸盐取代无机磷酸盐作缓蚀剂和抑制CaCO3结垢，从而避免了无机磷酸盐方案中潜在的污垢发生危害。
目前，全有机膦碱性水处理配方是以有机膦为主的缓蚀阻垢剂，其用量一般为3.5～10.0 mg/L;以共聚物或均聚物为主的阻垢分散剂，其用量一般为10～40 mg/L;另用少量添加剂，一般1～5 mg/L。
笔者将对全有机膦碱性水处理配方进行探讨。
1碱性冷却水化学处理的特点及目标
碱性冷却水化学处理的特点：(1)不需加酸调节pH，安全性高，操作管理方便，节约加酸装置投资及维护保养费用;(2)水稳配方为一种液体复合药剂，投加方便，宜于水质稳定;(3)适合高pH、高硬度、高温下运行，抗酸性物质干扰能力强，分散效果好;(4)可提高浓缩倍数，节约补充水及减少排污对环境的污染。
碱性冷却水化学处理的目标：在保证冷换设备平稳运行的条件下，水处理试验和监测项目指标达到中石化总公司规定的好级标准及要求，见表1
2水稳配方的评选
采用国内水处理剂生产厂提供的各种单剂，进行组合复配成各种水稳配方。进行静态阻垢试验、旋转挂片腐蚀试验，评选出适宜的水稳配方。然后模拟循环水系统现场条件，对评选出的适宜水稳配方进行动态模拟试验综合评定。
2.1试验用水
采用化肥厂工业石灰软化水即循环水系统的补充水，水质情况见表2。
2.2静态阻垢试验
静态阻垢试验方法参照中石化总公司《冷却水分析和试验方法》中401标准(碳酸钙沉积试验法)，试验结果见表3。
表3中，B～D配方为聚磷酸盐类;13#～16#为有机膦酸盐类(参照栗田S—113);QX—11～13配方为有机膦磺酸类(含有机膦酸盐);QX—01～07为其它单剂或复合药剂。
通过5个类型13个配方、7种药剂投加浓度共42组试验看出：聚磷酸盐类阻CaCO3效果较差，而有机膦类复合剂和全有机膦磺酸类阻CaCO3效果较好，投加药剂浓度大于70 mg/L时，阻垢率均大于60%。而有机膦磺酸类阻垢率可达80%以上。故对其做进一步试验研究。
2.3旋转挂片试验
旋转挂片腐蚀试验方法参照中石化总公司《冷却水分析和试验方法》中404标准(旋转挂片失重法)。试验条件：浓缩倍数1.5，时间72h，温度(50±1)℃，旋转线速度0.35 m/s。测得的腐蚀率见表4。
试验结果表明：4种配方对碳钢、不锈钢缓蚀效果都较好，尤其是QX—11配方更为突出。故对QX—11进一步进行试验评定。
2.4动态模拟试验评定
通过阻垢、缓蚀试验的初步筛选，得出QX—11水稳配方的阻垢、缓蚀效果都较理想，故通过循环水动态模拟试验进一步验证此配方的综合水处理效果。
模拟试验条件：
试验管为碳钢管(19×2×574);
管内水流速0.625 m/s;
管入口水温(32±0.3) ℃;冷却水温差12 ℃;
浓缩倍数(4.0±0.5)倍;
浊度<20 mg/L。
QX—11控制浓度：
60～80 mg/L(钙离子浓度>200 mg/L);
80～100 mg/L(钙离子浓度150～200 mg/L;
100～120 mg/L(钙离子浓度<150 mg/L)。
动态模拟试验结果列入表5。
结果表明：不加水稳剂的空白试验，试管内壁有0.1～0.2 mm硬垢，有锈包。试片局部腐蚀。而用QX—11水稳配方，试管内壁有微薄一层软垢，出口较明显。试片表面无腐蚀，可见蓝色膜。达到总公司规定的好级标准及要求。因此确定QX—11水稳配方为化肥厂循环水系统处理配方。
QX—11水稳配方，主要由有机膦化合物、优良聚合物及少量添加物等组成。其外观为浅黄色透明液体，密度(25 ℃)(1.15±0.05)g/cm3，pH 4.0±0.8，总磷(以正磷酸根计)(8.0±0.8)%，固含量≥30%。
该配方优点在于含有机膦酸及有机膦磺酸两种化合物，故具有增效作用。含少量添加剂，有机膦稳定性好。
3QX—11水稳配方的现场应用
表6给出了近几年来运行的日常监测数据。监测结果表明QX—11投用后比原配方的缓蚀、阻垢效果明显得到改善。粘泥量得到控制，浓缩倍数比原来提高1.5倍。
一个好的水稳剂配方的产生，不但要经过多次科学试验的验证，更重要的是经过实践的考验。装置大修时，对水冷设备的腐蚀、结垢、粘泥及杂物状况进行等级评价，可以看出水处理效果的好坏、水冷器历年等级评价结果见表7。
水冷器检查等级评价结果表明：水冷器综合状况明显改善，检查评定优良率比原配方平均提高了56%以上。说明QX—11水稳配方确实是值得推广的水稳配方。
4经济效益评估
QX—11水稳剂在循环水系统中投用以来，水处理运行效果良好，保证了生产装置长周期稳定运行，并收到明显的经济效益。现就节水和水稳剂两方面的效益情况做以简要评估：(1)浓缩倍数年平均提高了1.5倍，年节约补充用水费用达127.5万元;(2)节约硫酸年费用10.8万元;(3)原8013配方年药剂费用80万元，现QX—11配方年药剂费用100万元。故总计年节约费用约为118.3万元。
5结论
1)在石化企业的大型循环水系统采用QX—11全有机膦碱性水处理在技术上可行。并能取得一定的经济效益和社会效益。
2)QX—11水稳配方的现场实际应用，水处理效果显著，浓缩倍数比原配方提高了1.5倍;水冷器等级综合评价优良率比原配方提高了56%以上;现场监测项目监测结果均达到总公司规定的现场应用好级以上标准。
作者单位:大庆石化总厂机动处(黑龙江大庆，163714)
作者简介：作者顾培臣，1962年生，1983年毕业于大庆石油学院，现大庆石化总厂机动处动力科高级工程师。
参考文献
[1]石油化工科学研究院第九研究室.石化工业水处理技术综述，1994.
[2]中石化总公司生产部发展部.冷却水分析和试验方法，1993.
[3]徐寿昌等编.工业冷却水处理技术.化学工业出版社，1984.
[4]许保玖.给水处理.中国建设工业出版社，1980.
[5]化工部化工设计院译.冷却水的化学处理.化学工业出版社，1979.
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