油气处理厂循环水设备防腐阻垢技术研究
第43卷第5期 当 代 化 工 Vol.43，No.5 2014年5月
Contemporary Chemical Industry May，2014
收稿日期： 2014-03-20
油气处理厂循环水设备防腐阻垢技术研究
司 小 明
（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院， 陕西 西安 710075）
摘 要：针对哈国某油气处理厂循环水系统所出现的问题，对不停车清洗、预膜，并添加缓蚀剂和阻垢剂进行油气处理厂循环水处理的技术应用情况进行研究。对不同种类的缓蚀剂、阻垢剂和预膜剂进行了筛选，对药剂配伍性能进行了研究，并对该技术实施效果进行了分析与评价。应用实践表明，经过不停车清洗预膜并投加缓蚀剂和阻垢剂处理后，系统结垢与腐蚀程度都得到了明显改善，该技术有助于循环水系统的长周期高效运行，是循环水系统正常运行的重要环节之一。 关 键 词：循环水；缓蚀剂；阻垢剂；预膜剂
中图分类号：TE 685 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2014）05-0764-03
Study on the Anti-scale and Anti-corrosion Technology
for the Circulating Water Equipments in Oil-gas Processing Plants
SHI Xiao-ming
（Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710075, China ）
Abstract : The anti-scale and anti-corrosion technology for the circulating water system of an oil-gas processing plant in Kazakhstan was studied. At first online cleaning were carried out, then prefilming agent was added to form protective film on the surface of the equipments, at last the corrosion inhibitor and scale inhibitor were added to the circulating water. Different corrosion inhibitors and scale inhibitors were screened ，the compatibility of the agents was studied, and the effect of the technique was evaluated. The practice results showed that the scaling and corrosion had been improved obviously, so the technology is appropriate for running circulating water system. Key words : Circulating water; Corrosion inhibitor; Scale inhibitor; Prefilming agent
循环水系统经过一段时间运行，受生产环境、水质波动等因素的影响，常在系统管网不同部位产生生物黏泥、盐垢类沉积物和腐蚀产物等，影响系统换热效果及长周期运行。为保证循环水系统长周期运转，提高换热效率，对装置需定期进行清洗。清洗后，整个系统再进行预膜，即在冷却器及管道的金属表面形成一层薄而致密的抗腐蚀保护膜，并在循环水中添加适当的防垢剂和缓蚀剂以延长设备清洗周期，保持换热效果。不停车清洗预膜缓蚀阻
垢技术在循环水处理系统具有重要的意义[1-4]
。现以哈国油气处理厂循环水系统为例，阐述不停车清洗，预膜并添加药剂技术的应用情况。
1 技术路线
1.1 系统参数与状态
该厂循环水系统由集水池、循环水泵、水处理设备、循环水用户（各换热器）、冷却塔、旁滤系统、加药系统、排污系统等组成。系统中循环水量为
1400 m 3/h，旁滤处理流量为80 m 3
/h，排污泵的排污
能力为70 m 3
/h。在进行处理前循环供水、回水温差
只有4 ℃左右，只是冷却塔设计能力的一半，不能把工艺介质冷却到要求的工艺温度。现场生产记录显示，循环水供水温度不高，最高温度记录为25 ℃；换热器结垢严重，部分换热器介质流量大大低于设计参数。在循环水系统供水水量、温度正常的情况下，冷却效率低主要是由于换热器的热交换效率低造成的。
1.2
试验方案
根据循环水系统的现场情况，我们采用不停车的化学清洗除锈除垢方案，清洗后立即加预膜剂进行预膜，并定期投加缓蚀阻垢剂来进行处理。化学清洗的目的是去除系统中的水垢、锈垢，提高换热设备的效率；化学清洗后干净的金属表面反应活性高，预膜剂可以在金属表面吸附成保护膜，降低设备的腐蚀；投加缓蚀阻垢剂的目的是在循环水系统正常运行中控制系统腐蚀、结垢。
2 室内药剂筛选
根据现场循环冷却水系统状态，采用室内试验对缓蚀剂和阻垢剂进行筛选，并对药剂配伍性能进
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行研究。
2.1 现场水质分析
对循环水系统使用的现场水样进行水质分析，pH为7.24，其他离子浓度见表1。依据现场记录，循环水浓缩倍数在2.0上下浮动。取现场自来水水样进行室内药剂筛选工作。
表1 循环水水质分析
Table 1 The water quality analysis of circulating water g·L-1检测项 CO32-HCO3-Ca2+Mg2+Cl-SO42-K+和Na+矿化度 自来水样 未检出 98.0 19 5.0 5.9 89.7 51.4 221.0 循环水样 未检出 80.7 31.9 12.5 11.9 168.7 58.6 324.0
2.2 缓蚀剂筛选
针对现场循环水的水质特点，模拟现场使用环
境，采用旋转挂片法对缓蚀剂进行筛选[5]。在敞开
式循环水系统中，循环水有一定的蒸发，水中各离
子浓度都会发生变化，因此对水样在一定浓缩倍数
时缓蚀剂的性能进行了比较。试验表明，KL1、KL2
和PBTCA具有一定的缓蚀性能。对缓蚀性能较好的
三种药剂加样量进行研究，在水样浓缩2倍时的实
验结果见表2。由表2可看出，KL2与KL1缓蚀率
较高，加药浓度选择50 mg·L-1可满足现场使用。
表2 缓蚀剂筛选（水样浓缩2倍）
Table2 The screening of corrosion inhibitors
样品名称 /(mg·L-1) /(mm·a-1) ，%
PBTCA 50 0.109 3 47.11 80 0.044 0 78.89
KL1 30 0.041 0 74.08 50 0.020 0 90.34 80 0.009 6 95.41
KL2 30 0.012 6 90.93 50 0.011 5 94.44 80 0.008 4 95.95
2.3 阻垢剂筛选
表3 阻垢剂筛选
Table 3 The screening of corrosion inhibitors
药剂
阻垢率,%
浓缩倍数1.4 浓缩倍数2.0 浓缩倍数2.5
MA-AA 1.5 38.9 72.7
PAAS 15.8 77.8 80.0
HPMA 31.5 83.1 83.6
T-255 63.1 58.4 87.3
KP03 91.2 94.5 96.5
采用高温失钙法[6]对阻垢剂进行筛选，加药浓度选择各药剂的常规加药浓度。结果表明水样不浓缩时各阻垢剂阻垢性能差异很小，这主要是由于水中的钙离子浓度比较低，采用高温失钙法对水样处理后，基本没有钙垢析出，从而导致各结果之间差异较小。要对比药剂阻垢性能的差异，应该在较高的浓缩倍数下进行高温失钙试验。当试验过程中水样浓缩倍数达到2.5倍，加药浓度选择50 mg·L-1时，筛选出较好的阻垢剂为MA-AA、PAAS、HPMA、T-255、KP03，试验数据如表3所示。由表3可看出阻垢效果最好的药剂是KP03，。
2.4 药剂配伍性能试验
由于缓蚀剂和阻垢剂在现场是同时使用，因此对阻垢剂和缓蚀剂的配伍性能需进行研究。试验中对缓蚀剂KL2与阻垢剂KP03的配伍性能进行了研究，二者混合后混合液呈淡黄色，澄清且透明，稳定不产生沉淀；二者混合使用时缓蚀率没有明显变化；阻垢效果有一定提高，因此二者具有一定的协同作用，可混合使用。
2.5 预膜剂评价
清洗剂清洗后的金属表面活性很高，很容易腐蚀。预膜处理是系统清洗后，采用预膜剂使金属表面快速形成保护膜，防止腐蚀产生。预膜剂评价试验结果见图1。由图1可看出，预膜剂加药量在200 mg·L-1以上时，预膜效果明显。
图1 挂片腐蚀状况
（1-4预膜剂加量分别为：100, 200, 300, 0 mg·L-1）
Fig.1 The corrosion of slices
（the dosage of prefilming agent(1-4): 100 mg·L-1, 200 mg·L-1, 300 mg·L-1,
0 mg·L-1, respectively）
预膜的主要目的是防腐，因此将预膜剂和缓蚀剂结合起来评价药剂对金属的缓蚀效果，试验数据如表4所示。由表4可看出，经过预膜后投加缓蚀剂，明显提高了药剂的缓蚀性能。
1 2 3
4
766 当 代 化 工 2014年5月 表4 预膜剂对缓蚀剂性能的影响
Table 4 The effect of prefilming agent to corrosion inhibitor
药剂 加药量
/(mg·L-1) 平均腐蚀率
/(mm·a-1)
缓蚀率
,%
预膜剂 300 0.012 3 92.95
KL2 50 0.011 5 94.44 预膜剂+ KL2 300+50 0.006 7 96.14 空白 - 0.174 0 -
3 现场效果评价
根据现场循环水系统情况，现场处理方案为：1）在凉水塔下的集水盘与水池一次性投加500 kg有机酸化学清洗剂，运行5 d；2）清洗后置换水，再一次性加入300 kg预膜剂，运行2天；3）水再次置换后加入缓蚀阻垢剂混合液100 kg，运行1 d后开始正常运行，正常运行中每天适量补加缓蚀阻垢剂混合液。操作过程中对总铁、Ca2+浓度和浊度进行监测[7,8]。
3.1 化学清洗除垢效果及分析
在整个现场操作过程中，循环水浊度一直不高，多数时间处在3.0 FTU以下，在补充水量突然增大时浊度明显偏高。该厂循环补充水是自来水，浊度波动大。在取样间隔的4 h里，系统水总体可循环8次，补充水量突然增大时，系统浊度会快速上升，补充水量下降时，系统浊度又很快恢复，因此系统的浊度主要受到补充水量和补充水浊度的影响。
清洗期间，循环水中钙离子浓度和总铁浓度显著提高，清洗效果明显，结合清洗监测结果和排污量，自开始加药至循环水系统水质基本稳定，共清洗掉铁垢（以Fe2O3计）1.0 kg、钙垢（以CaCO3计）166.5 kg。
3.2 腐蚀控制效果
在化学清洗之前与投加缓蚀阻垢剂之后，在集水池同一位置挂腐蚀挂片（A3钢）各7 d，监测挂片腐蚀情况。结果表明化学清洗处理之前，系统循环水有一定腐蚀性，腐蚀监测挂片表面除有1 cm2的斑蚀外，点蚀较多；而加缓蚀阻垢剂处理后，试验后挂片表面仍然光亮如新。试验结果表明，化学清洗前平均腐蚀速率为0.107 7 mm·a-1，投加缓蚀阻垢剂后平均腐蚀速率下降到0.002 0 mm·a-1，腐蚀控制效果明显。
3.3 结垢抑制效果
不加化学药剂时，现场自来水不同浓缩倍数下的失钙率情况如表5所示。循环水系统投加缓蚀阻垢剂后，失钙率情况如表6所示。
表5 现场自来水不同浓缩倍数下的失钙情况
Table 5 The calcium loss of tap water with different
concentration multiple
水浓缩倍数 钙浓度/(mg·L-1) 失钙率,%
1.4 24 4.76
2.0 34 7.41
2.5 20 55.56
原水 18
表6 现场循环水加缓蚀阻垢剂后的失钙情况
Table 6 The calcium loss of circulating water after adding
agents on site
水浓缩倍数 1.93 2.14 1.68 1.69 1.57
失钙率,% 1.57 6.76 5.90 0.63 0.32
由表5可看出，在不加缓蚀阻垢剂的情况下，自来水经过水浴不间断加热浓缩处理后，不同浓缩倍数下，钙离子浓度有所不同，在浓缩倍数为2.0时，水中钙离子浓度达到最大值34 mg/L，之后随浓缩倍数的提高，钙离子浓度反而下降，失钙率迅速上升，因此系统投加合适的缓蚀阻垢剂进行处理是必要的[9]。与表5中的不加药时自来水不同浓缩倍数下的失钙率相比，表6中系统循环水失钙率下降明显，表明投加缓蚀阻垢剂后，钙析出结垢的趋势明显下降。
4 结束语
该厂循环水系统经有机酸除锈除垢剂清洗，从清洗过程循环水中钙离子浓度的变化可看出，换热器结垢严重，清洗效果明显。从缓蚀阻垢剂投加前后的腐蚀挂片监测情况看，缓蚀阻垢剂产生了良好的缓蚀作用,有效控制了系统腐蚀；从控制结垢的数据分析看，在系统运行浓缩倍数下，失钙率较自来水失钙率低，达到了控制钙析出结垢的目的，阻垢效果明显。实践结果表明不停车清洗、预膜，并投加适当的缓蚀阻垢剂进行循环水处理是一种有效方案。
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