(中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司研究院,新疆 獨山子 833699)

在某公司乙烯廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行過程中，由于溫度升高和水分蒸發(fā)而導(dǎo)致腐蝕性離子濃縮、設(shè)備腐蝕、沉積物附著及黏泥污垢堵塞，加上中水回用之后，會給循環(huán)水系統(tǒng)帶入微生物、可溶解性鹽類等雜質(zhì)，威脅相關(guān)生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運行，甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。為達到抑制沉積物附著、防止設(shè)備腐蝕的目的，投加緩蝕阻垢劑及殺菌劑是經(jīng)濟有效、便于操作的方法。為此，需要對回用中水的水質(zhì)進行評價,篩選更適合于中水回用循環(huán)水系統(tǒng)使用的水處理劑。

1 水處理劑阻垢性能評定試驗

1.1 儀器設(shè)備

主要儀器設(shè)備有：多孔恒溫水浴鍋、電子天平、燒杯、容量瓶、移液管、錐形瓶、酸式滴定管。

1.2 溶液的準(zhǔn)備

(1)按中水∶新水=1∶1(體積比)配制試驗用水若干升，加入CaCl2和NaHCO3配制質(zhì)量濃度為250 mg/L(以CaCO3計)的試驗溶液。

(2)配制水處理劑試樣溶液(母液)：1.00 mL含有2 mg水處理劑。

1.3 評定方法

根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法,模擬現(xiàn)場水處理的一些主要運行指標(biāo)，在試驗溶液中加入水處理劑。在恒溫條件下蒸發(fā)濃縮，使其pH值和離子濃度升高，達到模擬冷卻水要求,進行阻垢劑的評價和篩選。Ca(HCO3)2加速分解為CaCO3達到平衡后，恒溫靜置，分析測定澄清液中的Ca2+質(zhì)量濃度。Ca2+質(zhì)量濃度越大，該水處理劑的阻垢性能越好，阻垢率越高，以此來評定阻垢劑的阻垢性能。

1.4 阻垢性能評定

(1)將盛有750 mL試液的燒杯置入已升溫至80 ℃左右的恒溫水浴中進行蒸發(fā)濃縮，當(dāng)試液蒸發(fā)濃縮至500 mL刻度線時，取出燒杯。

(2)關(guān)閉恒溫水浴鍋電源，自然冷卻至室溫。冷卻后，若液面正好在500 mL刻度線上，切忌震動，吸取上層清液分析測定Ca2+質(zhì)量濃度。若液面低于500 mL刻度線，可補蒸餾水至刻度線，搖蕩均勻，澄清后再吸取上層清液分析測定Ca2+質(zhì)量濃度。

(3)試驗中應(yīng)同步進行不加阻垢劑的試驗，以便于進行對比分析。

(4)以阻垢率(η)為指標(biāo)來評價水處理劑的阻垢性能，η按下式計算：

式中：X1——試驗前溶液中鈣離子質(zhì)量濃度×1.5(濃縮倍數(shù))，mg/L;

X2——未加水處理劑的溶液試驗后的鈣離子質(zhì)量濃度，mg/L；

X3——加入水處理劑的溶液試驗后的鈣離子質(zhì)量濃度，mg/L。

1.5 水處理劑投加濃度及阻垢性能評定

完成了8組配方(每組配方含兩個濃度)的阻垢性能評價試驗，結(jié)果見表1。

由表1可知，5號、7號和8號這3組藥劑在高濃度下的阻垢率均超過90%。

2 水處理劑緩蝕性能評定實驗

2.1 儀器設(shè)備

主要儀器設(shè)備有：旋轉(zhuǎn)腐蝕掛片試驗儀、電子天平、燒杯、容量瓶、移液管。

2.2 準(zhǔn)備工作

(1)掛片準(zhǔn)備

按照JB/T 7901—2001《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》的要求準(zhǔn)備碳鋼掛片。

(2)水樣準(zhǔn)備

在乙烯廠凈化水聯(lián)合車間取處理合格的中水20 L待用。

(3)水處理劑準(zhǔn)備

水處理劑由委托方提供。

2.3 緩蝕性能評定條件

根據(jù)GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉(zhuǎn)掛片法》進行緩蝕性能評定。

試驗用水：按照中水與新水1∶1(體積比)配制；

試驗周期：72 h；

試驗溫度：(50±1.0) ℃；

轉(zhuǎn)速：80 r/min；

試片布置：上端距液面應(yīng)大于2 cm，試片不能觸底、觸壁、相互接觸。

2.4 緩蝕性能評定方法

按照GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉(zhuǎn)掛片法》規(guī)定，模擬現(xiàn)場水處理劑的投加濃度及循環(huán)水系統(tǒng)主要運行參數(shù)，進行72 h的試驗，然后對試驗后的試驗掛片進行處理、稱量，計算試驗掛片的腐蝕速率和藥劑的緩蝕率，以此來評定緩蝕劑的緩蝕性能。緩蝕率計算公式如下：

式中：X——空白腐蝕速率,mm/a；

X1——加藥劑后腐蝕速率,mm/a。

2.5 藥劑投加濃度及緩蝕性能

經(jīng)過兩輪旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕試驗完成了8組配方的兩個濃度的緩蝕性評價試驗，試驗數(shù)據(jù)見表2。

從表2可知，有6組配方的水處理劑的腐蝕速率控制在0.02 mm/a以下，緩蝕率均大于99%；只有3號和4號水處理劑的腐蝕速率稍高，緩蝕率略低于其他幾組水處理劑。

3 最佳質(zhì)量濃度選定試驗

根據(jù)上述試驗的緩蝕、阻垢性能評價結(jié)果及試驗數(shù)據(jù)分析，8號、7號和5號這3組水處理劑配方在相同試驗條件下表現(xiàn)相對較好。為控制循環(huán)水系統(tǒng)運行成本，選定了這3組水處理劑配方，進行了緩蝕阻垢性能評價試驗，試驗條件符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和乙烯廠的要求，試驗結(jié)果見表3。

從表3可知，該試驗7號(120+30)、8號(60+12)這兩組水處理劑配方中的試片腐蝕速率小于等于0.02 mm/a，緩蝕率均大于98%，阻垢率在90%以上。

綜合分析上述靜態(tài)阻垢和旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕試驗數(shù)據(jù)，可確定7號、8號這兩組水處理劑配方能夠滿足中水回用循環(huán)水系統(tǒng)的使用要求。

表2 藥劑投加質(zhì)量濃度及緩蝕率

表3 藥劑最佳質(zhì)量濃度選定試驗結(jié)果

4 中水殺菌劑殺菌性能評價

4.1 試驗方案

4.1.1 準(zhǔn)備工作

水樣的準(zhǔn)備：在乙烯廠凈化水聯(lián)合車間含油系列裝置取處理合格的中水20 L待用。藥劑準(zhǔn)備：將從現(xiàn)場收集的殺菌劑樣品分別配制成殺菌劑質(zhì)量濃度為2 000 mg/L的溶液作為母液。

4.1.2 評定試驗

試驗根據(jù)委托要求及石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行。

試驗用水：中水，即凈化水聯(lián)合車間活性炭過濾罐出口水樣；

試驗周期：0 h,1 h,4 h和8 h；

試驗溫度：35 ℃±1.0 ℃；

試驗要求：從投加殺菌劑算起，經(jīng)過1 h,4 h和8 h的殺菌劑的作用時間后進行微生物群體數(shù)量及其代謝活力檢測，檢測的項目主要是微生物鏡檢和菌落總數(shù)測試片法(按相關(guān)企標(biāo)執(zhí)行)，同時做空白試驗進行比較。

具體評定藥劑的類型及質(zhì)量濃度見表4。

表4 殺菌劑的類型及投加質(zhì)量濃度

4.2 殺菌劑殺菌性能評價結(jié)果

為了進一步控制中水的細菌總數(shù)，實驗室采用氧化性殺菌劑(KF503優(yōu)氯凈、ECH-99三氯異氰尿酸和次氯酸鈉)和非氧化性殺菌劑(ECH-965季銨鹽類、ECH-964異噻唑啉酮)等5種循環(huán)水殺菌劑，3種投加質(zhì)量濃度的殺菌性能評價試驗，以篩選適用于中水殺菌工藝的殺菌劑及選定其最佳投加濃度，結(jié)果見表5。從表5可知，除了非氧化性殺菌劑ECH-964的殺菌效果相對較差以外，其余4種殺菌劑的殺菌效果較好，能夠滿足中水殺菌工藝的要求。從鏡檢結(jié)果來看，非氧化性殺菌劑ECH-964在投加質(zhì)量濃度為100 mg/L和150 mg/L時,隨著殺菌時間的延長(殺菌時間控制在8 h以上)，其殺菌效果也較好。后期應(yīng)著重考慮中水殺菌工藝過程中殺菌劑的投加位置及殺菌時間問題。

表5 中水殺菌劑殺菌性能篩選評價結(jié)果

續(xù)表5

5 結(jié) 論

(1)開展了8組藥劑配方的靜態(tài)阻垢和旋轉(zhuǎn)掛片緩蝕性能評價試驗，結(jié)果表明：7號和8號水處理劑的緩蝕阻垢效果較好，符合中水回用循環(huán)水(中水與新水按1∶1摻混后回用)控制要求。

(2)為了進一步控制中水的細菌數(shù)，開展KF503優(yōu)氯凈(固體)、ECH-99三氯異氰尿酸(固體)等5種循環(huán)水殺菌劑在3種投加質(zhì)量濃度下的殺菌性能評價試驗，結(jié)果表明：4種殺菌劑對中水的殺菌效果均較明顯。從運行成本和殺菌效果綜合考慮，選用氧化性殺菌劑KF503優(yōu)氯凈進行殺菌，菌落總數(shù)控制很好。