劉 鵬, 魏彥林, 楊志剛, 王 珂

循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢試驗(yàn)研究

劉 鵬1, 魏彥林2, 楊志剛2, 王 珂2

（1. 陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075； 2. 陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075）

長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水屬典型的負(fù)硬度水質(zhì)，含有較高濃度的陰離子SO42-、HCO3-和陽離子Ca2+、Mg2+，易結(jié)垢，且具有較強(qiáng)的腐蝕性。針對(duì)這一問題，本研究進(jìn)行了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢因素分析，并結(jié)合現(xiàn)行各種防腐阻垢控制方式及其主要控制指標(biāo)，對(duì)四種緩蝕阻垢劑 WT-901，WT-225， ZY-121和ZY-310的緩蝕阻垢性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并對(duì)比分析了長慶氣田第二凈化廠使用的緩蝕阻垢劑A的性能，篩選出性能優(yōu)良的緩蝕阻垢劑ZY-310，以解決目前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢問題。

循環(huán)冷卻水；結(jié)垢；腐蝕；緩蝕阻垢劑；性能評(píng)價(jià)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是天然氣凈化廠的重要組成部分，長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要用于冷卻凈化裝置區(qū)酸氣、MDEA貧液、空壓站空壓機(jī)組和甲醇回收裝置產(chǎn)品甲醇的冷凝。其補(bǔ)充水屬典型的負(fù)硬度水質(zhì)，含有較高濃度的陰離子 SO42-、HCO3-和陽離子 Ca2+、Mg2+，冷卻水在經(jīng)過系統(tǒng)的熱交換器、冷卻塔及長短不一的管道傳輸后，會(huì)使水中的陰陽離子不斷富集、微生物及細(xì)菌繁衍滋生，形成結(jié)垢和生物粘泥，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)腐蝕穿孔[1-3]，影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行必要的水質(zhì)穩(wěn)定處理[4-6]。

針對(duì)長慶氣田第二凈化廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)行了系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢因素分析，并結(jié)合現(xiàn)行各種防腐阻垢控制方式及其主要控制指標(biāo)[7,8]，通過靜態(tài)阻垢試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)、鐵離子沉積抑制性試驗(yàn)、熱穩(wěn)定性試驗(yàn)和濃縮倍數(shù)對(duì)緩蝕阻垢劑性能影響試驗(yàn)等，篩選出性能優(yōu)良的緩蝕阻垢劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

無水乙醇（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；石油醚（沸程60-90℃）（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；鹽酸（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；六偏磷酸鈉（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；氯化銨（AR，西安化學(xué)試劑廠）；氨水（AR，西安化學(xué)試劑廠）；EDTA（AR，西安化學(xué)試劑廠）；試驗(yàn)掛片材質(zhì)：A3鋼、黃銅、不銹鋼。

1.2 主要儀器

紫外可見分光光度計(jì)（SPECORD 200型，德國 Analytik Jena AG）；多功能離子色譜分析系統(tǒng)（ICS5000型、美國DIONEX）；全自動(dòng)電位滴定儀（T50型，瑞士METTLER TOLEDO）；pH酸度計(jì)（PHS-3C，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 腐蝕試驗(yàn)

首先用濾紙將試驗(yàn)掛片表面的防銹油脂擦拭干凈，然后分別在丙酮和無水乙醇中用脫脂棉擦洗，濾紙吸干后置于干燥器中4 h以上，稱量（精確到0.0002 g）；在一定的試驗(yàn)條件下，將預(yù)處理好的試驗(yàn)掛片置于加有緩蝕阻垢劑的試驗(yàn)用水中，一段時(shí)間后取出，在酸洗溶液中浸泡3～5 min后迅速用蒸餾水沖洗，并立即浸入氫氧化鈉溶液中約30 s，蒸餾水沖洗并用濾紙擦拭吸干，在無水乙醇中浸泡約3 min，濾紙吸干后置于干燥器中4 h以上，稱量（精確到0.000 2 g）。緩蝕阻垢劑的效果可用下式計(jì)算腐蝕速率：緩蝕阻垢劑的效果可用下式計(jì)算腐蝕速率：

式中：Ra—腐蝕速率，mm/a;

ΔW—試件失量，g;

S —試片的表面積，cm2;

t —腐蝕時(shí)間，h;

ρ —試件材料密度，g/cm3;

C—時(shí)間換算常數(shù)8.76×103。

1.3.2 阻垢試驗(yàn)

取配制好的試驗(yàn)用水分成若干等分，分別加入不同緩蝕阻垢劑，并保留一份作空白，將這些水溶液搖勻后，放入恒溫箱中恒溫一定時(shí)間，取出冷卻后，過濾，各取濾液一定體積，加pH=10的緩沖液10 mL，以鉻黑T為指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，當(dāng)溶液由紅色滴定到亮藍(lán)色為終點(diǎn)。根據(jù)空白水樣與加有阻垢劑水樣的EDTA消耗量來評(píng)價(jià)阻垢效果。阻垢劑的效果可用下式計(jì)算阻垢率：

式中：V0—未加阻垢劑時(shí)，滴定所消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL;

V1—滴定總鈣時(shí)所消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL;

V2—加阻垢劑時(shí)，滴定所消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢因素分析

2.1.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)分析

長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水源井水和補(bǔ)充水水質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。

從表1水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出，補(bǔ)充水屬典型的負(fù)硬度水質(zhì)，再加上其總?cè)芄毯枯^高，具有較強(qiáng)的腐蝕性；且水源井水中含有較高的等陰離子和Ca2+、Mg2+等陽離子，存在很大的結(jié)垢傾向。

2.1.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定性分析

分別采用Langelier飽和指數(shù)（L.S.I）對(duì)補(bǔ)充水及循環(huán)水在不同溫度下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析判斷，以確定其結(jié)垢和腐蝕傾向，計(jì)算結(jié)果如表2所示。從表中L.S.I計(jì)算結(jié)果可以看出，在低溫及低濃縮倍數(shù)情況下，已存在較嚴(yán)重的結(jié)垢傾向；同時(shí)隨著溫度及濃縮倍數(shù)提高，結(jié)垢傾向加劇。

由以上分析可知，長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行工況條件下既有較強(qiáng)的腐蝕性、又有很大的結(jié)垢傾向，因此在選擇水處理方案及藥劑時(shí)必須兼顧緩蝕和阻垢兩個(gè)方面。

2.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕阻垢試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選用WT和ZY系列緩蝕阻垢劑作為長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕阻垢劑，通過靜態(tài)阻垢試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)、鐵離子沉積抑制性試驗(yàn)、熱穩(wěn)定性試驗(yàn)和濃縮倍數(shù)對(duì)緩蝕阻垢劑性能影響試驗(yàn)等對(duì)緩蝕阻垢劑的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)比分析了長慶氣田第二凈化廠使用的緩蝕阻垢劑A的性能。

2.2.1 試驗(yàn)用水

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕阻垢劑的篩選與評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，試驗(yàn)用水選用長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)，并配制成濃縮倍數(shù)分別為1.0、2.0、3.0的模擬水，其水質(zhì)特性如表3所示。

2.2.2 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)

靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看出，WT-225、WT-901、ZY-121和 ZY-310四種緩蝕阻垢劑的阻垢性能相當(dāng)，但其阻垢性能均明顯優(yōu)于長慶氣田第二凈化廠原先所使用的緩蝕阻垢劑A，其中WT-225、ZY-310阻垢性能明顯更好一些。

2.2.3 腐蝕試驗(yàn)

腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。從表中可以看出，WT和ZY系列緩蝕阻垢劑的耐腐蝕性能明顯優(yōu)于長慶氣田第二凈化廠原先所使用的緩蝕阻垢劑A；且由于WT和ZY系列緩蝕阻垢劑中含有銅緩蝕劑及點(diǎn)蝕抑制劑，有效地保護(hù)了試驗(yàn)用水對(duì)銅及不銹鋼的腐蝕。

2.2.4 鐵離子沉積抑制性試驗(yàn)

在循環(huán)水系統(tǒng)中，鐵離子的存在一方面會(huì)因沉積而導(dǎo)致鐵垢形成，另一方面由于高價(jià)鐵離子的沉積會(huì)對(duì)碳鋼、銅材等產(chǎn)生腐蝕，因此緩蝕阻垢劑要有抑制鐵離子沉積的能力，其試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

從表6中可以看出，緩蝕阻垢劑A、WT-901和ZY-121基本沒有阻鐵垢的能力，WT-225和ZY-310都能有較好地抑制鐵離子沉積的能力，ZY-310最為突出。

2.2.5 緩蝕阻垢劑熱穩(wěn)定性試驗(yàn)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)所使用的緩蝕阻垢劑要求具有良好的耐熱性能，因此在選擇緩蝕阻垢劑時(shí)，必須對(duì)其熱穩(wěn)定性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

從表7中可以看出，ZY-310和WT-225具有良好的熱穩(wěn)定性，適用于對(duì)高溫、高堿工況條件下的循環(huán)水進(jìn)行處理。

2.2.6 濃縮倍數(shù)對(duì)緩蝕阻垢性能的影響

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行初期，其濃縮倍數(shù)相對(duì)較低，運(yùn)行一段時(shí)間后濃縮倍數(shù)會(huì)逐漸升高。隨著濃縮倍數(shù)的增加，其結(jié)垢與腐蝕傾向增加，因此所選擇的緩蝕阻垢劑要對(duì)濃縮倍數(shù)有很好的容忍度，即在不同濃縮倍數(shù)下都應(yīng)具有良好的緩蝕、阻垢性能。濃縮倍數(shù)對(duì)緩蝕阻垢性能的影響如表8所示。

從表8中可以看出，ZY-310和WT-225對(duì)不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水都有較高的容忍度；其中ZY-310可以在不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水中使用，尤其是在較高濃縮倍數(shù)下，顯示出了優(yōu)良的緩蝕阻垢性能，而緩蝕阻垢劑A和 WT-901對(duì)不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水的容忍度相對(duì)較差。

通過上述試驗(yàn)可以看出，WT和ZY系列緩蝕阻垢劑的性能明顯優(yōu)于緩蝕阻垢劑A；從綜合性能方面看，含磺酸基團(tuán)的ZY-310和WT-225尤為突出，具有很好的緩蝕、阻垢性能。另外，能很好抑制鐵離子沉積及耐高溫是含磺酸基團(tuán)緩蝕阻垢劑的獨(dú)特性能，因此，ZY-310和WT-225 適用于對(duì)高溫及不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定處理。相比較而言，ZY-310的緩蝕阻垢性能要優(yōu)于WT-225，因此優(yōu)選ZY-310作為長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)的主緩蝕阻垢劑。

3 結(jié) 論

（1）長慶氣田第二凈化廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水屬典型的負(fù)硬度水質(zhì)，含有較高濃度的陰離子SO42-、HCO3-和陽離子Ca2+、Mg2+，易結(jié)垢，且具有較強(qiáng)的腐蝕性。

（2）對(duì)比分析了 4種緩蝕阻垢劑 WT-901，WT-225，ZY-121和ZY-310與長慶氣田第二凈化廠使用的緩蝕阻垢劑A的緩蝕阻垢性能，并篩選出緩蝕阻垢性能優(yōu)良的ZY-310，該緩蝕阻垢劑具有良好的緩蝕、阻垢和耐高溫性能，并能很好地分散鐵離子的沉積。

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Research on Corrosion and Scale Inhibition of the Circulatory Cooling Water

LIU Peng1，WEI Yan-lin2，YANG Zhi-gang2，WANG Ke1
（1. Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710075, China；2. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710075, China）

The circulatory cooling water system of the second purge factory of Changqing gas field is typical minus rigidity water. The concentrations of SO42-, HCO3-and Ca2+, Mg2+are high, so it is easy scaling, and has strong corrosive. In response to this problem, the factors of corrosion and scale for circulating cooling water system were analyzed. In additional, combined with existing corrosion and scale inhibition control methods and main control indexes, the corrosion-scale inhibition properties of four kinds of corrosion and scale inhibitors (WT-901, WT-225, ZY-121 and ZY-310) were evaluated. What’s more, the corrosion and scale inhibitor A used in the second purge factory was compared with the four kinds of corrosion and scale inhibitors. At last, corrosion and scale inhibitor ZY-310 with good performance was screened out to solve the corrosion and scaling problem of the circulatory cooling water system.

Circulatory cooling water; Scale; Corrosion; Corrosion and scale inhibitor; Performance evaluation

TQ 050

： A

： 1671-0460（2015）05-0935-04

陜西省“13115”科技創(chuàng)新工程重大科技專項(xiàng)（2010ZDKG-100）。

2014-11-20

劉鵬（1983-），男，陜西綏德人，工程師，注冊(cè)安全工程師，主要從事石油開采煉制安全、環(huán)?？萍脊芾砉ぷ?。

魏彥林，男，博士，工程師，主要從事油氣田環(huán)境保護(hù)方面的研究工作，E-mail：weiyl1016@163.com。