用做工业循环水的低温水处理实验

工业技术(357～359)

用做工业循环水的低温水处理实验

王树勖,杨岳,刘继文

(中国石油兰州石化公司石油化工研究院,甘肃兰州730060)

摘要:利用高硬度的地下低温水做工业循环冷却水,通过实验筛选出以L SH-407G做水质稳定剂(水稳剂)。中试结果表明,在循环水浓缩倍数为3.8～4.2,p H为7.5～8.5的条件下,该水稳剂的阻垢缓蚀性能最佳。

关键词:低温水;高硬度;阻垢;水稳剂

中图分类号:X74 文献标识码:B 文章编号:1009-0045(2004)05-0357-03

中国石油兰州石化公司原料动力厂(以下简称动力厂)低温水车间建于1969年,所用低温水取自于黄河边深层地下水,温度一般在12℃,设计供水量2200t/h,水压力0.5MPa。最初其低温水供该公司下属4个厂的工艺冷却设备使用,但由于低温水总硬度高,在使用过程中导致换热设备结垢严重,故部分用户减量或停用,现只有该公司的石油化工厂和动力厂使用,总用量仅为300t/h,且大部分低温水经换热后直接排入雨排,回收利用率约为48%。本工作通过筛选适宜的水稳剂,实现了低温水的循环利用。

1　低温水做循环水用存在的问题及对策

低温水的pH为8105,其水质分析结果见表1。

表1　低温水水质分析结果mg/L　测试项目分析结果测试项目分析结果

电导率3636Ca2+198.37

浊度0.62总碱度182.51

SO2-475.28钾钠离子75.36

Cl-42.13SiO2 4.81

总硬度296.76总铁0.052

　3:单位为μs/cm。

根据表1数据,计算低温水的朗格利尔指数(L.S.I)和雷兹纳指数(Rs)[1]:浓缩倍数为1.0时,L.S.I=0.55,属结垢型水;浓缩倍数为4.0时,L.S.I=2.86,Rs=2.78属强结垢水质。因此,要实现低温水用做循环水,水稳剂应具有优良的阻垢分散性能;另外由于浓缩倍数达到4.0时,低温水总硬度与总碱度之和大于1500mg/L,因此必须向循环水系统中加入一定量的酸,以中和一部分碱,使总硬度与总碱度之和小于1500mg/L,从而削弱循环水水质结垢倾向。

2　水稳剂筛选实验

对兰州石化公司石油化工研究院开发出的L SH-407系列A、B、C、D、E、F、G、H、I共9个型号的水稳剂进行筛选实验,以确定低温水做循环水使用时的最佳水稳剂。

2.1　阻垢与缓蚀性能评价实验

水稳剂的阻垢实验和腐蚀实验分别按中国石化总公司《冷却水分析和实验方法》中的“碳酸钙阻垢法”和“旋转挂片失重法”进行,实验条件如下:

静态阻垢实验　实验用水为配制水,Ca2+和HCO-3浓度均为550mg/L,浓缩1.5倍,水温(80±1)℃,时间10h。

旋转挂片腐蚀实验　实验用水为实际原水,水温(50±1)℃,转速75r/min,试片采用碳钢标准I型片,时间为72h。

2.111　阻垢性能评价

LSH-407系列水稳剂是选取阻垢分散性能较好的丙烯酸/磺酸基团的多元共聚物、有机膦酸,

　收稿日期:2004-05-14;修回日期:2004-06-01

作者简介:王树勖(1971-),男,甘肃白银人,工程师,现从事水处理技术研究工作。

第22卷　第5期2004年9月

石化技术与应用

Petrochemical Technology&Application

Vol.22　No.5

Sep.2004

再辅以锌盐缓蚀剂制成的。其中共聚物中的羧基、磺酸基在循环水中能离解出H+而变成带负电荷的阴离子,这些负离子能与水中带正电荷的Ca2+、Mg2+等成垢离子形成稳定的络合物,从而提高了CaCO3晶体析出时的过饱和度;有机膦酸能吸附在CaCO3晶体的活性增长点上,抑制了晶格向一定的方向成长,使晶格歪曲长不大,晶体被有机膦酸分子包围而失去活性[2];锌盐与有机膦酸有良好的协同效应,可以提高药剂的缓蚀能力。

不同型号的水稳剂,其静态阻垢实验结果见表2。

表2　静态阻垢实验结果

药剂名称

阻垢率/%

碳酸钙磷酸钙LSH-407A79.2685.34

LSH-407B95.3789.15

LSH-407C80.5991.26

LSH-407D91.5492.87

LSH-407E77.3288.59

LSH-407F91.0286.92

LSH-407G98.6590.12

LSH-407H92.6186.16

LSH-407I89.3588.73

由表2可以看出所列各种药剂的阻垢率都在76%以上,其中G型的阻垢性能最好,说明其配方最佳,达到了很好的协同阻垢分散效果。

2.112　缓蚀性能评价

根据静态阻垢实验结果,选取B、D、F、G和I 型药剂进行了旋转挂片实验,结果见表3。

表3　药剂缓蚀性能测试结果

药剂名称腐蚀速率/(mm・a-1)缓蚀率/%

LSH-407B0.018597.56

LSH-407D0.036794.51

LSH-407F0.058191.53

LSH-407G0.016598.20

LSH-407I0.034295.17

　注:药剂用量均为70mg/L。

从表3可以看出B和G型缓蚀性能优于其他型号,实验后还发现试片表面光亮且无点蚀现象,这说明有机膦酸与锌盐复合后具有良好的缓蚀性能。212　动态模拟实验

选用B和G型做水稳剂,采用双系统动态实验装置进行工业实际运行模拟实验。实验水质采用低温水原水,浓缩倍数3.8～4.2,监测试管的材质为碳钢,规格为<10×1mm×520mm,监测试片为碳钢、铜、铝、不锈钢(均为化工部标准试片),入口水温(32±0.5)℃,蒸汽温度(100±1)℃,循环量600L/h,

控制系统的pH为7.5～8.5,运行15天。动态模拟实验流程见图2。

1—水箱;2—冷却塔;3—补充水槽;4—配药槽;

5—转子流量计;6—监测换热器;7—挂片槽;8—引风机

图2　循环水动态模拟中试装置流程图

动态模拟实验结果见表4和表5。

表4　各种材质试片的腐蚀速率

试片

腐蚀速率/(mm・a-1)

LSH-407G LSH-407B 碳钢试管0.02250.0329

不锈钢　0.00040.0006

紫铜 0.00030.0005

铝 0.00060.0003

黄铜 0.00080.0012

表5　污垢沉积速率和极限污垢热阻

项目LSH-407G LSH-407B

每月污垢沉积速率/

(mg・cm-2)

10.263112.3875

极限污垢热阻/

(m2・K・W-1)

1.25×10-4 1.98×10-4

分析表4、表5的数据可见,G和B型配方的腐蚀率、污垢沉积速率、极限污垢热阻等均达到中国石化总公司《冷却水分析和实验方法》中的规定标准,另外还发现各种材质的试片表面光亮,无明显的腐蚀、点蚀现象。其中G型配方的动态实验结果稍优于B型,故最终选取LSH-407G做为将低温水由直

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