化工循環(huán)水系統預膜方案研究

第24卷第1期工業(yè)水處理Vol 24 No. 12004年1月Industrial Water TreatmentJan.,2004化工循環(huán)水系統預膜方案研究吳小芳(鎮海煉油化工股份有限公司研究中心,浙江寧波315207)[摘要]針對化工循環(huán)冷卻水系統水質(zhì)特點(diǎn)及運行現狀,在實(shí)驗室考察了預膜藥劑濃度、pH時(shí)間三因素對預膜效果的影響并在試驗基礎上確定三因素的范圖。同時(shí)摸索了預膜時(shí)的Ca2濃度及pH調節方式。針對預膜過(guò)程中Cu高的問(wèn)題采用補加BTA的方式以降低C2對預膜的不良影響。最后提出了一個(gè)合理有效的開(kāi)工預膜方案。[關(guān)鍵詞]循環(huán)冷卻水;預膜方案;銅離子[中圖分類(lèi)號]TGl744[文獻標識碼]A[文章編號]1005-829X(2004)01-0035Researches on the pre-film plan for the chemicalcirculating cooling water systemWu Xiaofang(Research Center of Zhenhai Refining Chemical Co, Ltd, Ningbo 315207, China)Abstract: Aiming at the characteristic of water quality and the running situation of the chemical circulatingwater system, the effect of the three factors(the concentration of pre-film agent, pH and time)on the pre-film resulthas been investigated in lab. Then, the range of the three factors has been confirmed. At the same time, theconcentration of Ca"and the way to adjust pH when pre- film is carrying on have been probed. Since the Cu+is highin the process of pre-filming, bta is added to it in order to decrease the bad influence. at the end, reasonable andeffective pre-film running plan is putKey words circulating cooling waterfilm plan; copper ion預膜是水處理技術(shù)中重要的工藝環(huán)節之一,是驗結果為化工循環(huán)水系統選擇有效的預膜方案。提高循環(huán)水系統設備耐蝕能力的一項重要手段,其1系統概況目的是使循環(huán)冷卻水系統中所有的換熱設備與管道化工循環(huán)水系統保有水量為700m3,循環(huán)水的金屬表面形成一層非常薄的能抗腐蝕的保護膜。量為300033000m3/h,系統共有水冷器百余臺目前常用的預膜方案有兩大類(lèi):第一類(lèi)是專(zhuān)用配方以碳鋼和不銹鋼為主,并有10%左右的銅質(zhì)水冷的預膜方案,常用的是聚磷酸鹽-鋅鹽預膜,此類(lèi)方器。案性能一般較好,但操作步驟繁瑣,轉換過(guò)程復雜系統水穩劑采用膦鋅系的Z981B水穩劑,水控制難度較大,且置換過(guò)程造成大量的水資源浪費;穩劑以有機磷和鋅為主,同時(shí)為減緩銅的腐蝕,添第二類(lèi)是提高水穩劑濃度的預膜方案,即采用正常加了一定量的銅的特效緩蝕劑BTA,水穩劑成膜運行水穩劑濃度的若干倍(通常2-4倍)作為預膜主要以沉積膜為主,水穩劑的正常投加質(zhì)量濃度配方,在預膜濃度下運行一定時(shí)間后把濃度降低到為150mg/L左右。系統補水都為超低硬度、低堿日常運行濃度,這種方案操作和管理比較簡(jiǎn)單,而且度的強腐蝕性水,具體水源為水庫水和河道水,水根據不同的循環(huán)水系統狀況及水穩劑類(lèi)型確定合適質(zhì)數據見(jiàn)表1。的預膜方案能達到很好的預膜效果,因此此類(lèi)預循環(huán)水系統共有10座涼水塔,涼水塔為木結構方案越來(lái)越得到重視并被廣泛應用。筆者根據現場(chǎng)型,系統大修時(shí)木結構表面通常要涂敷專(zhuān)用的CCA-A提出選用合適的提高水穩劑濃度的預膜方案的要型木材防腐劑進(jìn)行防腐。由于防腐劑中含有一定的求,針對化工循環(huán)水系統水質(zhì)特點(diǎn),采用旋轉掛片腐銅中,使得循環(huán)水中蝕試驗法,探討幾種因素對預膜效果的影響,根據試CuHH中國煤化影響較大,在正常CNMHG試驗研究T業(yè)水處理2004-01,24(1)運行條件下循環(huán)水中的Cu2質(zhì)量濃度一般為002化學(xué)活潑性大的鐵,從而產(chǎn)生銅離子的還原反應而mgL左右,而預膜階段水中Cu達到03~05mg/L,使銅沉積,造成碳鋼材質(zhì)點(diǎn)蝕)。具體反應為:為正常運行條件下的幾十倍。水中銅離子會(huì )置換出表1兩種水源的水質(zhì)分析數據電導率總溶固水庫水721112055.02440注:除pH和電導率(μS/cm)外,其余各項目單位均為mgL。由于化工循環(huán)水系統本身存在一定的特殊性由于水穩劑本身呈一定的酸性,當在補充水中同時(shí)為了方便現場(chǎng)操作,要求提供合理有效的采用投加一定濃度水穩劑后pH達不到要求值,因此一水穩劑本身預膜的開(kāi)工預膜方案。我們根據現場(chǎng)要般需補堿以調節pH,本次試驗中采用NaCO3調節。求,展開(kāi)了有關(guān)的研究工作。試驗結果見(jiàn)表3。2實(shí)驗室研究表3正交試驗結果化工循環(huán)水系統預膜方案一般在裝置停工序號A腐蝕速率/(mm·a后開(kāi)工時(shí)應用,通常都在冷態(tài)條件下使用,因此0.0848的試驗都基于冷態(tài)條件下進(jìn)行00657試驗主要采用RCC-I型旋轉掛片腐蝕測定320070757.0~7.5儀,用于預膜條件篩選,具體從考察預膜后掛片表面的成膜效果和預膜后掛片的腐蝕速率或耐蝕率兩方面進(jìn)行綜合考察。預膜試驗采用現場(chǎng)補充水根據不級衛%2%吸%衛吸同的條件在冷態(tài)條件下進(jìn)行,預膜結束后取出其中7,0-7500215的一片試片進(jìn)行成膜效果考察,其余試片轉入正常Σ0.19360.163運行,并同時(shí)掛入未預膜掛片進(jìn)行對比。正常運行條201866018510.1743件為:水穩劑質(zhì)量濃度150mg/L,pH=70(采用30.15700.188400997Na2CO3調節),時(shí)間72h,溫度50℃,轉速75r/min根據以上試驗優(yōu)選出最佳預膜方案:A3BC3即:正常運行采用現場(chǎng)補充水并在試驗過(guò)程中自然濃質(zhì)量濃度為40mg,時(shí)間48h,pH70-75縮試驗結束后計算掛片的腐蝕速率并考察預膜掛2,2Ca2濃度范圍的確定片的耐蝕率。Ca2濃度是影響成膜效果的一個(gè)重要因素,化工循環(huán)水系統采用的膦鋅系水穩劑以沉積膜為主式中:φ——耐蝕率,%;根據預膜的機理,預膜劑易與水中的Ca2發(fā)生絡(luò )合Q—未預膜掛片腐蝕速率,mm/a;反應,形成沉積物覆蓋在金屬表面而抑制腐蝕。因而Q2預膜掛片腐蝕率,mm/a在預膜過(guò)程中,應確保一定的Ca2濃度。若預膜水2預膜濃度和pH及時(shí)間的篩選中的Ca2濃度過(guò)低,預膜時(shí)難以生成密實(shí)的保護膜;用水穩劑高濃度預膜時(shí),水穩劑濃度、pH和時(shí)間是影響成膜的主要因素,我們采用正交設計法但鈣離子濃度過(guò)高會(huì )增加結垢的可能性2。因而預膜水中的Ca2濃度應維持在合適的范圍內,我們對L4(3“)表,進(jìn)行三因素三水平的正交篩選試驗。具體不同Ca2濃度對預膜效果的影響進(jìn)行了考察。Ca2的試驗水平及因素見(jiàn)表2。濃度采用補加CaCl2的方式來(lái)提高。預膜藥劑濃度、表2試驗水平及因素pH及時(shí)間都按前面正交設計篩選出的最優(yōu)條件進(jìn)因素(A)質(zhì)量濃度/mgL(B)時(shí)間/hC)PH行。試驗結果見(jiàn)表4。從表4可以看出:Ca2濃度對預膜效果影響很722汭古礎∩mn/碩膜耐蝕率明顯提7.0~7大高中國煤化工Ca2質(zhì)量濃度達到CNMHG36一工業(yè)水處理2004-01,24(1)吳小芳:化工循環(huán)水系統預膜方案研究125mgL時(shí),預膜掛片表面有白色沉積物產(chǎn)生,耐蝕復配了一定量的BTA,但只能滿(mǎn)足正常運行條件下率也稍有下降。根據試驗結果,我們認為Ca2質(zhì)量濃對銅的保護,至于預膜時(shí)期過(guò)高的銅離子遠不能滿(mǎn)度應控制在50-100mg/L范圍內,最好在75~100足要求。我們采用預膜時(shí)期補加BTA的方法,使mgL之間。BTA與水中銅離子充分絡(luò )合,從而消除對預膜產(chǎn)生表4Ca2濃度對預膜效果的影響的負面影響。成膜現象腐蝕速率/耐蝕率試驗采用現場(chǎng)補充水,為接近現場(chǎng)條件,配制試(mm·a)%20無(wú)明顯色暈,表面有沖刷腐蝕004933756驗水中Cu3質(zhì)量濃度為0.5mg/L(現場(chǎng)水中Cu2為40有明顯色暈,表面有少量沖刷腐蝕0043744400.3~0.5mg/L),預膜時(shí)間48h,預膜pH為70-7.5色景清晰,表面清潔00026158并采用NaCO3調節,鈣離子質(zhì)量濃度為50mg/1,色暈清晰,表面清潔002137290具體試驗結果見(jiàn)表6。色暈清晰,表面清潔125色暈清晰,表面有少許白色沉積物002686908表6BTA補加濃度對預膜效果的影響腐蝕速率/耐蝕率/未預膜掛片00786mg“L)(mg“L)點(diǎn)蝕現象(mm°a4)%23pH調節方式篩選0點(diǎn)蝕嚴重,成膜不均勻0061721.50有點(diǎn)蝕,成膜不均勻004154720對于沉積膜型的預膜劑,形成保護膜還需要3輕微點(diǎn)蝕,成基本均勻003695305定的pH和堿度,在同一pH條件下由于調節pH的0s5無(wú)點(diǎn)蝕,成膜均勻002366997方式不同,其對應的堿度也各不相同,相應的預膜效027無(wú)點(diǎn)蝕,成膜均勻00230果也有一定的差別,我們在試驗時(shí)發(fā)現:分別采用NaOH,Na2CO3, Nahco3調節至同一pH=7.0~7.5,通過(guò)預先補加BTA的方法能明顯減緩預膜掛其成膜現象及預膜耐蝕率都有一定程度的不同。試片的點(diǎn)蝕現象,且BTA質(zhì)量濃度越高點(diǎn)蝕越輕微,驗結果見(jiàn)表5。當BTA質(zhì)量濃度達到5mg/L時(shí),點(diǎn)蝕消除,由于試驗水中Cu2質(zhì)量濃度為05mg/L是現場(chǎng)水中Cu2表5pH調節方式對預膜效果的影響濃度的高限,因此現場(chǎng)預膜時(shí)BTA補加質(zhì)量濃度為(mL)調節方式(mgL)成膜現象腐蝕速率/耐蝕率/5mg/L已能滿(mǎn)足需要,故現場(chǎng)預膜BTA補加質(zhì)量Ca21pH預膜堿度濃度選擇為5mg/L50NaOH40%4色暈明顯,表有少許腐蝕006953053結論50Na2CO36896色擊清晰表面清潔00026158通過(guò)實(shí)驗室中旋轉掛片儀的成膜試驗和腐蝕性試驗,同時(shí)針對化工循環(huán)水系統現場(chǎng)運行特點(diǎn)和水50 NaHco13182色暈清晰,002986208表面清潔質(zhì)特點(diǎn),對影響預膜的幾個(gè)因素進(jìn)行了研究,綜合考慮各方面的因素,認為合適的預膜方案:先往水中投由于調節pH采用的藥劑不同,在同一pH條件加5mg幾左右的BTA(預先用乙醇溶解),待運行下其相應水中的堿度各不相同, NaHCO3最高充分均勻后,投加400mg/L水穩劑,控制pH=70~NaCO3次之,NaOH最低,從預膜效果來(lái)說(shuō),采用7.(采用NaCO3或 NaHCO2調節),預膜時(shí)間48h,Na,cO3和 NaHco,調節都能達到較好的預膜效果,鈣離子質(zhì)量濃度可以控制在50-100mg/L范圍內因此預膜時(shí)可采用NaCO3 NaHcO3調節pH,盡可最佳范圍為75-100g能避免采用NaOH。24BTA補加濃度的確定[參考文獻]研究認為BTA之所以對銅有緩蝕作用,是因1陸婉珍等工業(yè)水處理技術(shù)(第四冊)M]北京:中國石化出版為它能與銅離子作用,在銅質(zhì)表面形成厚度為社,200038-40[2]李景寧,等.空調冷卻水處理中預膜的研究[].廣酉化工,20015~500nm的立體絡(luò )合膜,阻滯了腐蝕的進(jìn)行,且認30(3):6-8為膜的形成速度取決于溶液中銅離子的濃度)。因[3馮李文等苯駢三氮氯唯對銅的緩蝕作用門(mén)]川化,1961):42-48此BTA的加入不僅保護了銅質(zhì)換熱器,同時(shí)足夠的[作者簡(jiǎn)介]吳小芳(1970—),1991年畢業(yè)于華東理工大學(xué),工程BTA與銅離子充分絡(luò )合后,使得銅離子不能發(fā)生還中國煤化工原反應而使碳鋼點(diǎn)蝕無(wú)法產(chǎn)生。Z981B水穩劑本身[收稿CNMHG