NJ-213阻垢缓蚀剂在腈纶厂的应用

Posted 2023-01-13 应用

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中石化安庆分公司腈纶厂是国家“八五"期间兴建的大型化工、化纤企业，拥有年设计能力为5万t丙烯腈、7万t腈纶联合装置和1.5万t毛条生产装置。该厂循环冷却水系统的设计循环水量为16000m3/h，由于系统中存在多种材质和类型的换热器，给循环冷却水水质处理带来了一定难度。因此，我们结合本地的水质性质和工况条件，对NJ-213药剂进行了静态阻垢试验、旋转挂片腐蚀试验和动态模拟试验，在试验的基础上，把该药剂用于生产装置的循环冷却水系统中，经过二年多的运行表明，该药剂达到了缓蚀阻垢的效果，起到了节水的作用，为装置的长周期运行创造了条件。
1 试验部分
1.1 原材料
1.1.1 NJ-213阻垢缓蚀剂的性能
NJ-213阻垢缓蚀剂是以膦羧酸、阻垢分散剂、铜缓蚀剂和Zn2+离子为主要成分的水处理药剂，对水中碳酸钙垢有很好的螯合、分散作用，对碳钢、铜等具有良好的缓蚀效果。产品指标如下：
外观：无色或淡黄色透明液体；固含量≥32.00%；密度≥1.12g/cm3；膦酸盐(以PO43-计，质量分数，下同)≥8.00%；亚膦酸≤0.30%；pH(1%水溶液)≤4.5；唑类≥1.20%。
1.1.2 试验用材
试片材质：20#碳钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢、H62铜；试片规格：I型〔(50±0.1)×(25±0.1)×(2±0.1)，D4±0.1〕；试管材质：碳钢管为外侧镀铬的20#优质碳素钢、不锈钢管为1Cr18Ni9Ti、铜管为紫铜；试管规格：D19mm×2mm×660mm(用于动态模拟试验)；D19mm×2mm×1100mm(用于现场管程监测)；D19mm×2mm×1400mm(用于现场壳程监测)。
1.1.3 试验用水
试验用水为生产补充水，试验水质如下：
总硬度44.76mg/L，浊度3mg/L，总溶固170mg/L，总碱度36.00mg/L，Ca2+36.11mg/L，Mg2+6.0mg/L，Cl-12.10mg/L，SO42-23mg/L，SiO28mg/L，K+1.9mg/L，pH7.8，电导率190μS/cm，4倍水的pH为8.77(预计)。根据以上数据计算出的饱和指数和稳定指数的结果如表1所示。
1.2 试验装置
WG-2003-SC台式干燥箱，重庆四达实验仪器厂；RCC-I型旋转挂片腐蚀试验仪，江苏高邮市仪器厂；WDM-B型动态模拟试验装置，大连光明化工研究所；现场监测换热器、腐蚀挂片器，自制。
1.3 试验方法和分析方法
采用中石化总公司1990年颁发的《冷却水分析和试验方法》。
1.4 静态阻垢试验
在2000mL烧杯中加入生产补充水2000mL，分别加入不同量的药剂，在约50℃的恒温水浴箱中蒸发浓缩至500mL，将试液移至500mL容量瓶中，放入恒温烘箱中，在80℃的条件下，恒温10h，冷却后，吸取上层澄清液分析测定Ca2+质量浓度，并按以下公式计算阻垢率，试验结果见表2。
阻垢率=C1-C2C0-C2×100%
(1)式中：C0———理论Ca2+质量浓度，即原水Ca2+质量浓度乘以浓缩倍数，mg/L；
C1———加阻垢剂的试液，试验后的Ca2+质量浓度，mg/L；
C2———不加阻垢剂试液，试验后的Ca2+质量浓度，mg/L。
1.5 旋转挂片腐蚀试验
1.5.1 预膜条件
预膜剂(Betz807)800mg/L，Ca2+>50mg/L，温度50℃，时间24h，pH(6±0.5)。
1.5.2 试验条件
试验用水：将生产补充水分别加入不同量的药剂，在50℃左右的恒温水浴箱中蒸发浓缩至四倍。
试验温度：(50±1)℃，旋转线速度：0.35m/s，试验时间：72h。
1.5.3 试验操作和结果　按上述试验条件，把处理后的试片装在仪器上进行试验，试验结束后，取下试片进行处理，并按以下公式计算平均腐蚀速度，试验结果见表3。平均腐蚀速度(mm/a)=8.76×104×ΔWA×t×ρ
(2)式中：ΔW———试件的腐蚀失重，g；A———试件的面积，cm2；t———试验时间，h；ρ———试件材料的密度，g/cm3。
1.6 动态模拟试验
1.6.1 试验条件
预膜条件同1.5.1，热介质为100℃的饱和蒸汽，试管内水流速度0.8m/s，循环水入口温度(3±1)℃，时间336h，1#装置的总磷质量浓度(以PO43-计)(5±0.5)mg/L；2#装置的总磷质量浓度(以PO43-计)(4±0.5)mg/L；1#装置和2#装置的浓缩倍数(以K+计)为4±0.5。

1.6.2 试验用水
试验用水为生产补充水，运行水质控制如表4。
1.6.3 计算公式和试验结果
平均腐蚀速度同式
(2)。
粘附速度按下式计算：
粘附速度(mcm)=720000W1-W2At
(3)式中：W1———带有粘附物的试管质量，g；W2———除去粘附物后的试管质量，g；A———试管的内表面积，cm2；t———试验时间，h。
试验结果见表5。
1.7 试验结论
(1)从静态阻垢试验和旋转挂片腐蚀试验的结果可看出，该药剂的阻垢率和缓蚀率均达到了90%以上。
(2)从动态模拟试验的结果可看出，试管的平均腐蚀速度、粘附速度和污垢热阻均达到中石化集团公司“很好"级标准。
2 现场应用
2.1 日常运行控制
循环冷却水日常运行，控制指标：总磷(5±0.5)mg/L，浊度<10mg/L，浓缩倍数4±0.5，Zn2+(0.6±0.4)mg/L。水质日常监测项目及分析频次见表6。
2.2 腐蚀监测
监测数据见表7、表8和表9。从表7和表8中可看出挂片和试管的腐蚀率及试管的粘附速度均达到中石化工业水管理制度要求的标准。
从表9中可看出，碳钢监测试管的垢样，其组成是以腐蚀产物Fe2O3(550℃灼烧)为主要成分，说明以腐蚀和生物粘泥为主，并有一定程度的结垢。半年监测试管垢样中的Fe2O3明显比二个月和一年监测试管垢样中的少，表明对试管预膜有利于降低腐蚀。铜和不锈钢监测试管的垢样，其组成是以550℃和950℃灼烧、CaO、P2O5为主要成分，说明以生物粘泥、CaCO3和Ca3(PO4)2垢为主。
结合表1中的数据和现场腐蚀监测可看出，我厂水质在浓缩到4倍时，饱和指数和稳定指数都呈现为结垢型，在实际运行中，现场监测试管的垢样以腐蚀产物和生物粘泥为主，并有一定程度的结垢。从现场监测挂片和试管的腐蚀率及试管的粘附速度均达到《中国石油化工集团公司炼油化工企业工业水管理制度》要求的标准表明，腐蚀率和粘附速度在投加NJ-213阻垢缓蚀剂后都得到有效控制，该药剂具有良好的阻垢缓蚀性能。
2.3 冷换设备应用效果
2001年12月，从检查情况看，冷却水走壳程的换热器中，铜和不锈钢材质的换热器，普遍取不到垢样，碳钢材质的换热器，只有一层很薄的锈垢，也取不到垢样；冷却水走管程的换热器中，铜和不锈钢材质，管束中取不到垢样，封头处有少量粘泥，碳钢材质的换热器，管束中和封头处有层薄垢，垢样呈棕褐色，分析结果见表10。以上现象说明，该配方在实际运行中，具有良好的阻垢缓蚀效果，保证了装置的长周期运行。

2.4 经济效益
当循环水系统中，冷却水的管路损失为零，风吹损失又极小时，浓缩倍数K与补充水量M和循环水量R有如下的关系：
M/R=αK/(K-1+α)
(4)式中：M———补充水量，m3/h；R———循环水量，m3/h；α———蒸发损失率，%；K———浓缩倍数。
当α=1%时，浓缩倍数K值与补充水量M和循环水量R的关系如表11所示。当不考虑杀菌剂费用和其他费用时，每h补充水的费用和排污水所耗的药剂费用与每h所耗的总费用有如下关系：
Pt=(αRPm)×(K+q)/(K-1+α)
(5)式中：Pt———每h所耗的总费用，元/h；Pm———每m3补充水的费用，元/m3；Pb———每m3排污水消耗药剂的费用，元/m3；q———Pb/Pm。
当R=13000m3/h，Pm=0.40元/m3，Pb=0.55元/m3时，浓缩倍数K值与每h所耗的总费用Pt的关系如表11所示。从表11中可看出，当浓缩倍数提高到4倍时，M/R值降到0.0133，Pt值降到92.94，节水效果和节约的总费用都非常显著。
3 结论
(1)试验表明该药剂具有良好的阻垢缓蚀性能，挂片和试管的平均腐蚀速度及试管的粘附速度和污垢热阻均达到中石化集团公司“很好"级标准。
(2)现场的腐蚀监测表明，挂片和试管的腐蚀率及试管的粘附速度均达到《中国石油化工集团公司炼油化工企业工业水管理制度》要求的标准。
(3)经过二年多的现场运行表明，该药剂具有良好的阻垢缓蚀效果，起到了阻垢缓蚀、节约水资源和生产总费用的作用，保证了装置的长周期运行。