高硬度、高堿度水處理劑ZH331HS的研究和應用
1 前言
中國石化有限公司洛陽分公司地處黃河流域，地下水質屬于高硬度、高堿度水質，作為循環水補充水使用時，由于超高硬度、超高堿度，水的腐蝕性較弱，結垢性較強。在2000年以前已經使用ZH511HS加酸配方，由于該藥劑是由A、B兩種藥劑構成，投加不方便，并且A與B濃度達到140mg/L，循環水中總磷含量高達12mg/L。使用該藥劑存在以下問題：一是藥劑消耗量大，使得循環水處理成本較高；二是加藥勞動強度大；三是總磷含量高，容易滋生菌藻微生物，導致腐蝕增加、環境污染等產生。為了解決以上問題，我公司與石油化工科學研究院水處理中心共同合作，研究開發出加酸復合藥劑ZH331HS，在煉油循環水廠運行三年多來，取得了滿意的效果。
2 ZH331HS藥劑的研究
2.1 補充水主要指標
pH值7.48，mg2+156.0mg/L，CA2+234.0mg/L，總硬390.0mg/L，總堿315.9mg/L，K+2.1mg/L，CL-61.0mg/L，SO2-467.2mg/L。2.2 裝置主要參數循環水量12600m3/H，保水量7000m3，蒸發水量120m3/H，補充水量126m3/H，總排污量6m3/H；給回水溫差10℃。
2.3 采用加酸調節
pH值降低堿度循環冷卻水補充水鈣硬約234mg/L，總堿約316mg/L(均以CACO3計，下同)，這種超高硬度、超高堿度水質有很強的結垢傾向。濃縮2倍時，鈣硬與總堿度之和已超過1000mg/L，大部分現有的水處理劑不能適應這種苛刻條件。因此，在高濃縮倍數下運行時，必須加酸降低堿度或預處理降低硬度。在循環水中加入H2SO4，能與水中CO2-3發生反應，降低了循環水的堿度，同時降低循環水的pH值，減少了結垢的傾向。
2.4 配方篩選
根據現場的水質情況，選用有機磷酸鹽、多元醇磷酸酯、磺酸共聚物、鋅鹽等緩蝕劑和阻垢分散劑進行復配篩選配方。用H2SO4控制pH值7.5～8.5，經過多次初選和復選，篩選出阻垢緩蝕性能良好的高效復合性藥劑ZH331HS。對于分散水中的CACO3、CA(pO4)2、CASO4、Ｆｅ(OH)3、Zｎ(OH)2等效果很好。ZH331HS質量指標如下：外觀為無色或淺黃色水溶液；固含量，≥35.0%；總磷(以pO3-4計)，≥8.5%；正磷(以pO3-4計)，≤3.0%；1%水溶液的pH值，1.5±0.5。
2.5 緩蝕性能試驗
腐蝕試驗采用中國石化總公司《冷卻水分析和試驗方法》中404法進行。采用現場水，控制不同的藥劑投加濃度，實驗期間用0.2mOL/L的H2SO4控制不同的pH值，試片不預膜。實驗結果見表1。
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2.6 阻垢性能試驗
阻垢試驗采用中國石化總公司《冷卻水分析和試驗方法》中401、402方法進行。實驗用水同上，控制不同的藥劑投加濃度、不同的pH值，進行阻碳酸鈣垢、阻磷酸鈣垢及穩鋅效果的實驗。實驗結果見表2。
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結果表明：①將pH值控制在8.0～8.5，使用ZH331HS濃度為50～90mg/L時，碳酸鈣阻垢率均在90%以上。②ZH331HS阻磷酸鈣垢性能良好。③隨著ZH331HS使用濃度升高，腐蝕速率Ⅰ降低，且在60～90mg/L范圍內，腐蝕速率變化不大，低于60mg/L時，腐蝕速率大幅度增加。因此，我們在實際使用時控制ZH331HS濃度不低于60mg/L。④隨著pH值升高，腐蝕速率Ⅱ降低，且pH值在7.8～8.5范圍內，腐蝕速率變化不大，pH值低于7時，腐蝕速率大幅度增加。
2.7 應用ZH331HS動態模擬試驗及旋轉掛片情況
試管及試片用六偏磷酸鈉加鋅配方進行預膜處理，試驗標準采用中石化標準。實驗條件：①循環溫差10℃；②循環水流速，1.0m/S；③試管、掛片材質，碳鋼；④裝置保水量110L。⑤試驗濃縮倍數3～4，pH值7.5～8.5。動態模擬試驗結果表3。
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實驗表明，pH值控制在7.5～8.5，藥劑投加濃度70mg/L，濃縮倍數控制在3～4范圍內，預膜試片和不預膜試片腐蝕速率均低于0.020mm/A，預膜試管腐蝕速率低于0.046mm/A，不預膜試管腐蝕速率接近0.075mm/A，粘附速率均小于15.0mCm。
3 現場應用
自2000年8月至2001年4月，使用ZH331HS配方，在第三循環水場進行8個月實驗，腐蝕速率和粘附速率均達到石化集團公司的“很好級”標準。2001年5月在煉油循環水系統進行推廣，在運行過程中根據現場實際情況對循環水控制指標進行了調整，經過調整后，生產裝置運行良好，系統一直保持高負荷運行，濃縮倍數控制在3.5左右，現場掛片無明顯腐蝕，腐蝕速率和粘附速率均達到石化集團公司的“很好級”標準。中間兩次大檢修打開換熱器，各換熱器內部無粘泥、無銹瘤、無結垢，局部流速低的位置和換熱器介質溫度高的有輕度結垢、腐蝕情況。換熱器不需要任何清洗，節約了檢修費用，年處理費用比原來降低了94.8萬元。
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