◆昆明市兆冠环保科技有限公司◆
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ZGX系列全有机高效阻垢缓蚀剂
在炼油厂的应用
工业循环冷却水系统是炼油企业生产的重要公用工程，良好的循环冷却系统是企业生产装置安全、稳定、长周期、满负荷运转的必要条件之一。提高水处理技术水平，实现节水、节能，延长设备使用寿命和装置运行周期是提高企业整体经济效益的一条重要途径。然而我国炼油行业的一些水系统目前使用的是较为传统的配方和低效药剂。为了摆脱这一现状，炼油厂供排水车间根据现场实际情况选用了南宁市兆冠环保科技有限公司生产的全有机高效缓蚀阻垢剂ZGX-100，从目前现场使用情况来看，该药剂缓蚀、阻垢效果显著。
1 循环水冷却系统概况及补充水水质状况
炼油厂二循系统负责向Ⅱ催化、铂重整、加氢、芳烃抽提、石蜡成型及二火炬生产装置供水，换热器主要材质为碳钢，其系统的运行参数见表1，补充水水质分析数据见表2。炼油厂根据二循实际情况选用了全有机高效缓蚀阻垢剂ZGX-100，并对此进行了性能试验。
表1 二循系统运行参数
项目 单位 二循
循环水量 m3/h 5200
保有水量V m3 2500
温差 ℃ 7.0
蒸发损失量E m3/h 45.5
风吹损失D m3/h 5.0
排污量B m3/h 17.8～6.4
补水量M m3/h 68.8～56.9
浓缩倍数K / 3～5
表2 补充水分析数据
序号 项目 单位 补充水水质
1 pH / 8.17
2 浊度 FTU ≤5.0
3 总硬度(以CaCO3计) mg/L 104.5
4 总碱度(以CaCO3计) mg/L 85.07
5 可溶性二氧化硅 mg/L 6.69
6 K+ mg/L 1.21
7 Na+ mg/L 11.9
8 Ca2+(以CaCO3计) mg/L 86.7
9 Cl－ mg/L 16.56
10 SO42－ mg/L 24.57
11 HCO3－ mg/L 77.07
12 CO32-(以CaCO3计) mg/L 8.00
13 电导率 μs/cm 235
2 试验部分(1)
2.1旋转挂片试验
2.1.1试验条件
(1) 试片：20＃优质碳素钢
(2) 试验用水：浓缩倍数N＝1（即新水）
(3) 物理参数：
旋转速度：80～85r/min；试验温度：50±1℃；试验时间：72h
2.1.2试验结果
试验结果见表3
试表3 旋转挂片验结果
药剂名称 药剂浓度(mg/L) 腐蚀率(mm/a) 试片表面状况
ZGX-100 60 0.021 试片光亮,无明显腐蚀
新水 / 1.985 腐蚀严重
试验结果表明：在这种水质条件下，如不加缓蚀阻垢剂处理，腐蚀及结垢严重，而加全有机高效缓蚀阻垢剂 ZGX-100处理，腐蚀率仅为0.021mm/a，远远小于腐蚀率为 0.07mm/a的试验指标，显示出优异的缓蚀和阻垢性能。
2.2静态阻垢试验
静态阻垢试验着重评价ZGX-100药剂的阻垢性能，试验方法按中国石油化工总公司冷却水分析和试验方法中的静态阻垢评定试验方法。
2.2.1试验条件
(1) 多孔恒温水浴锅，满足80±1℃的要求
(2) 刻度烧杯：1000mL
(3) 配制水水质：用蒸馏水配制，配水水质为Ca2+（以CaCO3计）浓度280.10mg/L， HCO3-（以CaCO3计)碱度273.75mg/L。
(4) 浓缩倍数：N＝1.5。
2.2.2试验结果
表4 静态阻垢试验结果
药剂名称 药剂浓度(mg/L) 阻垢率%
ZGX-100 60 92.12
空白 / /
试验结果见表4。
结果显示：在易结垢的水质情况下，全有机高效缓蚀阻垢剂ZGX-100的阻垢率可高达92.12％，说明ZGX-100具有优异的阻垢效果。
2.3动态模拟试验
试验目的是在有传热面条件下，全面考察全有机高效缓蚀阻垢剂ZGX-100的缓蚀阻垢性能。
试验条件及结果试验条件及结果见表5
表5 动态模拟试验条件及结果
药剂名称 ZGX-100 腐蚀速度
0.029mm/a
粘附速度
4.32mcm
维持药量 60mg/L
挂片材质 碳 钢
水质 现场水
挂片时间 360h
浓缩倍数 4.5～5.5
从动态模拟试验可得到如下结果：
(1) ZGX-100具有优异的缓蚀性能，挂片表面清洁，无点蚀和锈蚀，试管腐蚀速度0.029mm/a，达到很好级别。（国家标准：S5001－83：很好 0～0.037mm/a，好0.037～0.070mm/a，可以允许0.070～0.093mm/a）
(2) ZGX-100阻垢性能强，在现场水条件，浓缩倍数4.5～5.5，其粘附速度4.32mcm，达到很好级别。（国家标准：很好0～10mcm，好10～20mcm，可以允许20～30mcm。）
3 生产使用效果
炼油厂二循系统于2001年12月开始投用，不改变原生产工艺，不增加新材料，用全有机高效缓蚀阻垢剂ZGX-100替代原有配方。循环水质数据始终保持在表6中的数据范围内运行。
在正常运行中，循环水清澈，水面下无明显菌藻滋生，凉水塔布水孔无堵塞现象，散热良好。同时，我们在循环水场进行了监测，监测数据见表7。
表6 运行中系统水水质指标
序号 项目 指标
1 水温 ≤8.0℃
2 含油 ≤10mg/L
3 COD ≤10mg/L
4 Ca2＋ 75mg/L≤Ca2+≤500mg/L
5 浊度 ≤20FTU
6 pH 8.0～9.0
7 药剂浓度 5.5～6.5
8 异养菌总数 ≤1.0×105个/mL
9 生物粘泥 ≤5mL/m3
10 浓缩倍数 3
表7 2002年和2003年现场监测数据
时间 腐蚀速率mm/a 粘附速率mcm
2002年1～2月 0.049 18.54
2002年3月 0.075 10.44
2002年4月 0.006 10.30
2002年5月 0.030 6.32
2003年7月 0.016 4.57
2003年9～10月 0.014 14.66
2003年11月 0.023 12.46
指标 腐蚀速率≤0.100mm/a; 粘附速率≤20mcm
注：2002年6月～2003年6月因监测换热器维修、系统清洗预膜和药剂短期更换等原因没有采到相应的现场监测数据。
根据现场监测数据，得以下结论：
⑴ ZGX-100缓蚀阻垢剂在我厂运用近一年来，各项运行指标和监测数据均达到并优于国标GBJ50-83、中石化总公司生产部有关规定的要求。2002年8月份大修期间，设备鉴定检查，水相管束及封头均无明显的锈蚀、污垢发生，检查的水冷器状况明显优于国内同类装置同期检修水平。
⑵ ZGX-100缓蚀阻垢剂在较恶劣条件下仍具有较好的缓蚀阻垢性能，使用这种药剂处理后的水所形成的污垢极其疏松，这样既不影响传热，而且便于清洗。
4 机理分析
全有机高效缓蚀阻垢剂ZGX-100配方中起阻垢作用的主要是有机膦酸盐和有机膦酸酯，它们通过晶格畸变、螯合作用、分散作用和低剂量效应达到阻垢的目的。碳酸钙是结晶体，它的成长是按照严格顺序，由带正电荷的Ca2+与带负电荷的CO32—相撞才能彼此结合，并按一定的方向成长。在水中加入有机膦酸盐和有机膦酸酯后，它们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ca2+螯合，抑制晶格向一定的方向成长，因此使 晶格歪曲而长不大，也就是说晶格被有机膦酸等表面去活剂的分子包围而失去活性。这也是产生临界效应的机理，同样，这种效应也可以阻止其它晶体的沉淀。另外，部分吸附在晶格上的化合物，随着晶体增长被卷入晶格中，使碳酸钙晶格发生错位，在垢层中形成一些空洞，分子与分子间相互作用减少，使硬垢变软而易于消除，从而达到阻垢的目的。
全有机高效缓蚀阻垢剂ZGX-100配方中起缓蚀作用的主要是Zn2+，当腐蚀发生时，阴极区高pH值区域，Zn2+迅速沉积成膜达到缓蚀的目的。同时它与有机膦酸盐、有机膦酸酯和磺酸共聚物之间存在“协同效应”。磺酸共聚物有中的稳锌能力，而有机膦酸盐在金属表面形成的沉积、吸附则起到补膜的作用，因此形成配方优良的缓蚀性能。
全有机高效缓蚀阻垢剂ZGX-100配方中多元共聚物为丙烯酸/磺酸盐共聚物具有独特性能，能与各组份协同作用，提高配方的缓蚀、 阻垢性能。它具有以下几大特点：
(1)非常高的“钙容忍度”；
(2)对磷酸钙垢有较好的抑制作用；
(3)良好的抗粘泥能力；
(4)对腐蚀产物氧化铁具有好的分散能力；
(5)很强的稳锌能力，使碱性介质中Zn2+浓度大大提高，增强了配方的缓蚀性能。
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