大型煤化工装置循环冷却水系统的缓蚀阻垢剂配方筛选研究

在循环冷却水系统中， 常用的金属材料有碳 钢、 不锈钢、 铜合金等。 这些金属材料在冷却水中 是不稳定的， 最终将通过腐蚀到达各自的稳定状 — —氧化产物， 态— 腐蚀产物会形成污垢， 而污垢又 导致腐蚀， 如此周而复始。 笔者以采用矿井涌水为 补充水的大型煤化工装置循环冷却水系统作为研 究对象， 通过实验的方式对缓蚀阻垢剂配方进行合 理筛选， 以控制系统的腐蚀和结垢倾向。
Apr． 2012
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化肥设计 Chemical Fertilizer Design
第 50 卷 第 4 期 2012 年 4 月
大型煤化工装置循环冷却水系统的 缓蚀阻垢剂配方筛选研究
朱 斌， 蒋都钦
（ 龙宇煤化工有限公司， 河南 永城 476600 ） 摘 要： 为控制大型煤化工装置循环冷却水系统的腐蚀和结垢 ， 通过实验方式， 研究了缓蚀阻垢剂配方的筛选方
－6 25 × 瓶中分别加入 WT － 304E 垢缓蚀剂 20 × 10 、
碳酸钙饱和指数 L
根据表 2 数据可以分别计算在自然 pH 值运行 状态下的 L 和 R 值， 由此可判断水的结垢和腐蚀倾 pH S 按如下 向， 以及药剂处理的难易程度和侧重点， 公式计算。 pH S = （ 9． 7 + A + B ） － （ C + D） A 为总溶固系数； B 为温度系数； C 为钙硬系 式中， 数； D 为碱度系数。
2+ 浴锅上自然浓缩至 2． 0 倍时， 即将 Ca 提高到 520
10 总溶固 /mg·L － 1 11 总铁 /mg·L － 1 12 SO42 － /mg·L
－1
在循环冷却水处理过程中， 可用碳酸钙饱和指 数（ L） 和稳定指数（ R ） 来判断循环冷却水的结垢和 腐蚀倾向， 以便在筛选配方时抓住水质的主要问 题。L 是用水的实际 pH 值与饱和 pH S 之差来判定 L = pH － pH S 。稳定指数 R 是在修正 L 的 水的性质， 基础上提出的， 对水的故障倾向能作出更进一步的 R = 2pH S － pH。 水 的 故 障 倾 向 判 断 方 式 见 判断， 表 3。
由表 5 可以看出， 在 N = 2． 0 时投加 WT － 304E
－6 阻垢缓蚀剂 25 × 10 和 WT － 305 碳钢缓蚀剂 15 ×
305 碳钢缓蚀剂投加浓度为 15 × 10 － 6 时阻垢效果十 分显著。
表4
编号 1 2 3 4
10 － 6 ， 各项指标均可达标。
WT － 304E 阻垢缓蚀剂阻垢效果
技术参数 600 600 1 200
补充水量 /m ·h
１
循环冷却水系统概况
２
２．１
循环水处理及配方试验
概述
（ 1 ） 循环水冷却塔采用 9． 14 m 风机钢筋混凝 土逆流式冷却塔 11 座， 冷却塔设计进出水温差为 10 ℃ 。单塔冷却水处理量 4 500 m / h， 冷却塔轴流 风机配电 机 功 率 220 kW。 单 塔 平 面 尺 寸 18 m × 18 m。 （ 2 ） 循环水泵采用离心水泵 8 台， 6 开 2 备， 单 3 台流量 8 400 m / h， 配备的电机功率为 1 600 kW。 （ 3 ） 设置循环冷却水旁滤处理系统， 旁滤水量 为循环水量的 4% 左右。旁滤设备选用纤维束过滤
Both Selection and Study on Composition of Corroding Resistant / Fouling Retardant Agents for Circularly Cooling Water System in LargeSized Coal Chemistry Engineering Plant
10 － 6 、 30 × 10 － 6 和 WT － 305 碳钢缓蚀剂各 15 × 10 － 6 及 1 支空白， 将烧瓶浸入 （ 60 ± 1 ） ℃ 的恒温水浴中， 20 h 后停止鼓入空 同时以 80 L / h 的流量鼓入空气，
2+ 气， 取出 3 颈烧瓶， 冷却至室温后测试水中 Ca 的
分析项目
２．３．２
阻垢测试
（ 1 ） 鼓泡法提要 。 冷却水中的结垢 ， 通常是由 于水中的碳酸 氢 钙 在 受 热 和 曝 气 条 件 下 分 解 ， 生 其反应式可表示为 ： 成难溶的碳酸钙垢而引起的 ， Ca （ HCO 3 ） 2 → CaCO 3 + CO 2 ↑ + H 2 O 。 试验时是以 含有 Ca （ HCO 3 ） 2 的配制水和水质稳定剂制备成试 液 （ 模拟冷却水 ） 。 为了模拟冷却水在换热器中受 热和冷却塔 中 曝 气 2 个 过 程 ， 试验时在一定温度 下， 向试液中鼓入一定流量的空气 ， 以带走其中的 CO 2 使 上 述 反 应 的 平 衡 向 右 侧 移 动 ， 以促使 Ca （ HCO 3 ） 2 加 速 分 解 成 CaCO 3 ， 试液迅速达到其 自然平衡 pH 。 然 后 测 定 试 液 中 的 钙 离 子 的 稳 定 浓度 ， 钙离子的稳定浓度愈大 ， 则药剂的阻垢性能 愈好 。 （ 2 ） 试验用水。 现场水样在 （ 30 ± 1 ） ℃ 恒温水
3
循环水系统按 50 t / a 甲醇产量设计。该系统补 充水采用 煤 矿 水， 经 过 沉 淀、 过 滤 后， 再供生产使 用。该系统包括空分、 汽化、 甲醇、 热电等分厂， 由 于共用 1 套循环水， 各分系统工艺状况不一样， 给 水质处理带来一定难度。
重大项目： 河南省重大煤化工项目 1999 年毕业于郑州大 作者简介： 朱斌（ 1976 年 － ） ， 男， 河南商丘人， 学化学工程系， 工程师， 从事化装装置的生产技术管理工作。
3 器 10 台， 单台处理能力为 200 m / h。
大型煤化工装置循环水系统技术参数见表 1 。
表1
序号 1 3 3 4 项目 循环水量 /m ·h 保有水量 /m 温差 /℃ 浓缩倍数
3 3 －1
循环水系统参数
项目 蒸发量 /m ·h 排污量 /m
3 3 －1 3 －1
技术参数 序号 48 000 16 000 8 ～ 10 2． 1 ± 0． 1 5 6 7
式； 进行了智能化水质稳定动态模拟试验 ； 结果表明， 采用优选的药剂配方后 ， 循环冷却水系统的污垢热阻值和平 均腐蚀率均优于国家标准 ， 且与静态试验和旋转挂片试验数据相吻合 。 关键词： 矿井涌水； 循环冷却水； 腐蚀； 控制 中图分类号： TQ085． 4 文献标识码： A 文章编号： 1004 － 8901 （ 2012 ） 02 － 0022 － 04
第2 期
朱
斌等
大型煤化工装置循环冷却水系统的缓蚀阻垢剂配方筛选研究
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根据目前补充水水质分析情况， 可计算出该水 的赖兹尔稳定指数为 4． 62 ， 属结垢型水质， 其水质 高硬度、 高碱度等特点， 因此， 要求水 具有高盐量、 质处理剂既要有优良的阻垢缓蚀性能， 又要兼具优 随着浓缩倍率 良的适应性。在该系统运行过程中， 的提高， 水中各种阴、 阳离子不断浓缩， 腐蚀或结垢 倾向将同时存在， 如果处理不当， 不仅会产生结垢 而且会产生垢下腐蚀， 菌藻滋生带来的危害 危害， 也会日趋严重， 整个循环冷却水系统也会因此导致 恶性循环， 将严重威胁系统的正常运行。 ２．２ 水质特点 补充水水质情况见表 2 。
WT － 304E （ 25 × 10 － 6 ） WT － 305 （ 15 × 10 － 6 ）
19． 701 3 19． 685 7 0． 015 7 96
不锈钢 1453 19． 922 4 19． 921 4 0． 001 0 96 Hcu 183 20． 453 0 20． 452 0 0． 001 0 96
· 24· 浓度。 （ 6 ） 阻垢率计算。 阻垢率（ % ） = A－B × 100% C －B
2+
化肥设计
表5
2012 年第 50 卷
N = 2． 0 时 WT － 304E 阻垢缓蚀剂和 WT － 305 碳钢缓蚀剂的腐蚀结果
产 品 材质 A3 编号 23 试前质量 试后质量 /g /g 失量 /g 时间 腐蚀率 /h /mm·a － 1 0． 065 0． 004 2 0． 003 8
－6
３
动态模拟试验
动态模拟试验主要是模拟现场工况条件及浓
表3
序号 1 2 3 4 5 ＞0 0 ＜0
水质故障倾向
稳定指数 R ＜ 3． 7 3． 7 ～ 6． 0 6． 0 6． 0 ～ 7． 5 ＞ 7． 5 水质倾向 严重结垢 结垢 不结垢不腐蚀 腐蚀 严重腐蚀
mg / L （ 以 Ca2 + 计 ） ， 总 碱 度 加 硫 酸 控 制 在 3． 50 mmol / L 左右。 （ 3 ） 试验仪器。 本试验是在 KZC － Ⅰ 快速阻垢 采用鼓泡法原理测定阻垢剂 性能测试仪上进行的， 的阻垢性能， 模拟了冷却塔中的曝气过程， 使试验 数据更具有说服力。 （ 4 ） 试验条件。①水温（ 60 ± 1 ） ℃ ； ② 运行时间 为 20 h； ③ 药剂名称为 WT － 304E 垢缓蚀剂和 WT － 305 碳钢缓蚀剂。 （ 5 ） 试验步骤。量取水样于 4 支 500 mL 3 颈烧
ZHU Bin，JIANG Du-qin （ Henan Longyu Coal Chemistry Engineering Company Ltd． ，Yongcheng Henan 476600 China） Abstract： In order to control the corroding and fouling in the circular cooling water system of the large － sized coal chemistry engineering plant，has studied the composition selection type of corroding resistant / fouling retardant agents by means of experiment； has carried out the dynamic simulation test for smart water quality stability； result indicates that the heat resistance of fouling and the mean corrosion rate are all superior to that stipulated in national standard，and is coincident with the static test data and the rotary piece hang test． Key words： gushing water from well； circular cooling water； corrosion； control