水处理药剂在天然气厂冷却水系统中的应用

Posted 2023-01-12 杀菌剂

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文中通过工程实例，针对天然气处理厂的循环冷却水系统运行过程中产生的腐蚀、结垢等问题进行研究。通过对水质的检测，分析循环冷却水系统的腐蚀、结垢、细菌滋生等原因，提出水处理药剂控制和投加方案。结果表明：系统运行良好，取得了理想的防腐、阻垢、微生物控制效果。
循环冷却水系统是天然气处理厂的重要组成部分，其冷却水根据天然气处理厂不同的天然气处理工艺装置进行设置，主要用于厂内凝析油稳定装置、乙二醇再生及注醇装置、三甘醇脱水装置、轻烃回收装置等换热器、冷却器等设备，水量通常占厂内工业用水的80%以上。冷却水在循环使用过程中会因水中的阴、阳离子的不断富集、微生物、细菌的滋生、不良电化学反应等因素，产生结垢、腐蚀等危害，沉积物堵塞设备、管线，严重时还会出现腐蚀穿孔，影响到系统的正常运行，加大了管理难度，造成了一定的经济损失。因此，循环冷却水在循环使用过程中要进行必要的水质处理[1-2]。某天然气处理厂的循环冷却水系统规模为250m3/h，每天消耗水量约50m3，平均水温30℃。此循环冷却水系统在使用过程中加有少量缓蚀阻垢剂，但是效果不明显，换热器发生腐蚀、结垢现象，影响到系统的正常运行。针对此问题，通过对循环冷却水具体的水质分析和原因的研究，提出了药剂控制方案，采用复合型缓蚀阻垢剂，并结合除氧剂和杀菌剂，取得了理想的防腐、阻垢、微生物控制效果。
1.水质情况分析
1.1水质检测
在现场观测到循环水与空气充分接触，因此取样测量了循环水中溶解氧的变化情况，对其所含离子进行了分析，检测数据见表1。

1.2细菌检测
在循环水中一般会存在着大量的细菌，因此取回水样后进行了硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌的培养试验，结果见表2。

2.因素分析
根据以上循环水水质分析情况来看，引起换热器腐蚀的主要因素有下面几种情况：
2.1氧腐蚀
循环水在冷却过程中与空气充分接触，因此水中溶解有大量的氧气，溶解的氧在水中发生氧化还原反应，碳钢被腐蚀。因此，换热器腐蚀的主要因素是由氧腐蚀造成的。另外，由于管线中存在沉积物，使得氧气在沉积物上、下方形成氧浓度差，促进了阴极的氧去极化，使得反应加速进行，造成垢下腐蚀加剧。
2.2细菌腐蚀
(1)硫酸盐还原菌(SRB)
当有SRB存在时，促使SO2-4还原为S2-，同时S2-加速电化学腐蚀，并有铁的硫化物生成。同时有研究结果表明，污水中的Cl-、HCO-3、Ca2+、Fe2+对加速SRB的腐蚀有很大的促进作用，特别是垢下SRB的存在加速了对金属的局部腐蚀，直至穿孔。
(2)腐生菌(TGB)
腐生菌是异养型细菌、好气菌，在一定条件下能从有机物中得到能量，产生黏性物质，与某些代谢产物累积沉淀可造成堵塞，形成氧浓差电池引起电化学腐蚀，同时给硫酸盐还原菌提供局部厌氧区，加剧腐蚀。
(3)铁细菌(TB)
铁细菌能从氧化二价铁中得到能量，形成的氢氧化铁可在细菌膜鞘内外储存。属于好气异养菌，能分泌大量的黏性物质从而造成堵塞，一方面形成氧浓差电池引起电化学腐蚀，同时给硫酸盐还原菌提供局部厌氧区，加剧腐蚀。从上面细菌培养数据来看，循环水中腐生菌含量很高，是细菌腐蚀的主要因素，而且腐生菌对环境适应能力很强，容易产生抗药性，因此在选择杀菌剂和投加方式时要多加考虑。
3.药剂方案通过以上分析，可以得出造成换热器腐蚀的几种影响因素，而且这几种因素又是相互作用、相互促进的，因此要对其进行全面的控制。主要考虑在循环水中添加除氧、缓蚀、阻垢、杀菌类的药剂来改善冷却水水质。为保证效果，加药前对循环水的pH值进行调整，调到8.5左右，并对换热器进行清洗、预膜。
3.1药剂的筛选
(1)除氧剂
选择的除氧剂为无机盐型，并添加有催化剂，采用连续加药方式进行投加。为方便使用，将其配成15%的水溶液，并且可以与pH值调整药剂复配使用。
(2)缓蚀阻垢剂
聚磷酸盐为最常用的缓蚀剂，但磷酸盐容易促进藻类生长，引起水体的富营养化。由于冷却水水质、运行条件和材质变化较大，单一品种的缓蚀剂效果往往不够理想，因此，常采用把两种或两种以上的缓蚀剂组合成复合缓蚀剂，通过其协同作用和增效作用，提高缓蚀效果[3-4]。为安全和环保考虑，该工程特调整了一种复配的HZ-1型缓蚀阻垢剂，不但有良好的缓蚀效果，还可以阻止水中碳酸盐、硫酸盐垢的形成，并且可以安全排放。该药剂采用连续加药方式进行投加。
(3)杀菌剂
为了防止细菌产生抗药性，宜采用冲击式加药方式，以及采用两种或两种以上的杀菌剂交替使用，每种杀菌剂使用两个月。因此我们挑选了SJ-1型和SJ-2型两种杀菌剂，其中SJ-1型是季铵盐型阳离子杀菌剂，SJ-2型为醇醚类杀菌剂。这两种杀菌剂都可以满足现场的需要，杀菌效果都在90%以上。
3.2药剂投加方案
(1)除氧剂、pH值调整剂
除氧剂加药浓度为200mg/L，采用连续投加方式，按照补水量计算，每天需加除氧剂量为10kg。
早期可以投加pH值调整剂，调整循环水pH值为8.5，加药浓度为600mg/L，即每天投加30kg，然后随着水中pH值的升高逐步减少投加量。
(2)缓蚀阻垢剂
缓蚀阻垢剂初期投加量为200mg/L，一个星期后调整加药浓度为100mg/L，采用连续投加方式，每天投加量为5kg。
(3)杀菌剂
杀菌剂采用冲击式加药方式，每隔一个星期加入400mg/L的杀菌剂，即每周的投加量为20kg。
4.运行效果分析
4.1防腐效果分析
4.1.1原水腐蚀速率测定试验方法采用静态挂片失重法。将取回的冷却水各取1000mL放入1000mL细口瓶中，每个瓶中放置两片称重过的A3(76×13×1.5mm)挂片，然后将瓶口密封，瓶子放入到烘箱中。温度调为30℃，7d后取出挂片清洗掉腐蚀产物后，根据腐蚀挂片失重法测量了钢片在循环水中腐蚀速率，测定结果见表3。

4.1.2投加药剂后腐蚀速率测定在冷却水中投加水处理药剂，再次采用上述静态挂片失重法进行测定，测定结果见表4。

图1-4为室内空白和试验过程中腐蚀挂片。

由表3和表4可以得出，实施水处理药剂控制和投加方案后，冷却水的腐蚀速率为0.0078mm/a，缓蚀率提高了92.8%，符合《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中关于碳钢设备腐蚀速率低于0.075mm/a的规定。
4.2阻垢效果分析
对于水处理药剂阻垢效果的评价，采用钙离子测定法，试验结果见表5。

通过表5可以得出，实施水处理药剂控制和投加方案后，冷却水的阻垢率为72.7%。
5.结论
该循环冷却水系统按上述防腐阻垢药剂控制方案实施后，取得理想的防腐、阻垢效果。冷却水的腐蚀速率为0.0078mm/a，缓蚀率提高了92.8%，冷却水的阻垢率为72.7%。经实际运行一年半左右表明，该药剂控制方案获得较好的效果，系统运行良好。药剂年费用约8万元人民币左右，说明此方案是经济合理的。由于循环冷却水水质的多变性，是一个动态变化过程，所以，需要进行长期性的监控，以便随时根据实际情况进行调整。