郭学华 ，张 倩 ，于 泳

（1.开滦煤化工研发中心，河北 唐山 063611；2.河北省煤基材料与化学品工程技术研究中心，河北 唐山 063018；3.唐山开滦化工科技有限公司，河北 唐山 063020）

缓蚀阻垢剂是工业循环水使用和处理过程中必需的一种化学药剂，可使循环水达到一定的质量要求，保证生产设备处于最佳的运行状态，有效地抑制水垢的产生、预防管道设备的腐蚀，达到节约补水、降低能耗、延长设备使用寿命的目的。在国家环保政策日益严格的大环境下，开发和使用优质、高效的缓蚀阻垢剂成为企业降低设备使用维护费用、节约用水和后期水处理成本、适应新排放标准的必然选择[1-3]。

由于各企业生产的产品和工艺不同，循环水系统水质和运行情况也有较大差异。企业需根据自身实际情况，开发适用的缓释阻垢剂，以保证循环水系统经济高效运行[4]。本文结合开滦中润煤化工公司循环水系统实际，进行了缓蚀阻垢剂开发及应用研究。

1 循环水系统情况分析

1.1 循环水系统水质

开滦中润煤化工公司为年产能220万t焦炭、25万t甲醇和20万t苯加氢的大型煤化工企业，公司循环水系统主要分为焦化系统和化工系统两部分，具体情况如表1所示。

表1 循环冷却水系统参数

循环水系统补水主要采用自来水，循环水排污主要根据硬度及电导手动调节，部分排污水经过R/O反渗透处理后返回循环水池。循环水及补水水质如表2、表3所示。

表2 循环水水质分析

表3 循环水系统补水水质分析

1.2 水质分析及稳定性判断

影响结垢的最主要因素是水质条件，所以人们通常按水质条件，根据平衡理论式或经验式判断结垢的趋势，再结合其他影响因素具体判断。一般通过Puciorius指数（PSI，结垢指数）定性判断水系统腐蚀和结构趋势[5-7]。结垢指数为：

其中，饱和pHs值计算方法为：

式中，A为总溶解固体系数，（A=0.1×l gTDS-0.1，适用条件TDS＜3200 mg/L）；B为温度系数，（B=2.368-0.0164T，适用条件30≤T＜54℃）；C为钙硬度系数，（C=lgCa，以CaCO3mg/L计）；D为M碱度系数，（D=lgM，以CaCO3mg/L计）。

平衡pHeq值的计算方法为：

式中，M碱度为系统中水的总碱度（以CaCO3计），mg/L。

根据自来水水质，理论计算不同浓缩倍数、不同温度的结垢指数PSI值，分析其结垢趋势，如表4所示。

表4 不同浓缩倍数、不同温度的结垢指数PSI值及结垢趋势

此种水质通过结垢指数判断，循环水在低浓缩倍数时已经是中等结垢性水质，当温度升高或浓缩倍数在3.0～3.5时，将变为严重或很严重结垢水质。同时，系统为开式循环水系统，在循环运行过程中，随着浓缩倍数和温度的提高，结垢倾向继续增大，伴随着结垢的增加，会发生细菌滋生及垢下腐蚀等问题。根据稳定性判断，在选择缓蚀阻垢剂时，在着重考虑阻垢组分的同时，必须考虑选用合适的缓蚀组分。

2 缓蚀阻垢剂开发试验

根据公司循环水运行工况及水质条件，采用与生产系统设备材质相同的试件，进行了实验室静态阻垢试验和腐蚀试验，筛选出水处理配方的最佳配比。然后通过动态模拟试验测取换热器的污垢热阻值和腐蚀率，对药剂配方的阻垢缓蚀性能进行了评价。

2.1 静态阻垢试验

在相同的试验条件下，测定三组不同缓蚀阻垢剂的阻垢率，通过比较可初步确定阻垢效果较好的缓蚀阻垢剂及用量。缓蚀阻垢剂初选时采用模拟现场4.0、5.0倍水做代表，同时考察不同浓缩倍数的阻垢率的变化情况，范围及试验选定值对应情况如表5所示。

表5 静态阻垢试验结果

试验结果表明，采用缓蚀阻垢剂复合配方1、2、3都具有明显的阻垢效果，尤以1阻垢效果最为突出；在不同浓缩倍数下，阻垢率明显不一样，仍然表现出随着浓缩倍数的增大，阻垢率降低的趋势，为了保证现场阻垢效果，浓缩倍数应控制在≤4.0区间范围。

2.2 静态缓蚀试验

在模拟现场1.0、3.0倍水质条件下，采用旋转挂片腐蚀仪对高硬度高中碱度水中初选的缓蚀阻垢剂1、2、3进行缓蚀试验，试验结果如表6所示。

静态缓蚀试验结果表明，所有复合缓蚀阻垢剂配方在n=1.0、3.0，碳钢和不锈钢腐蚀率均达到国家标准要求；随着药剂浓度的增加，碳钢及不锈钢的缓蚀性能均逐渐提高；随着浓缩倍数的增加，碳钢及不锈钢的缓蚀性能均逐渐降低。综合考虑，复配缓蚀阻垢剂配方1，对碳钢和不锈钢的缓蚀性能较2、3更优。

2.3 动态模拟试验

动态试验是在实验室小试的基础上，采用动态模拟装置对所选复合配方进行综合评价试验，通过测取换热器的污垢热阻值和腐蚀率，对药剂配方的阻垢缓蚀性能进行评价，以保证应用配方的实用性和可靠性。为了更准确地评价水处理的技术和经济效果，选择静态试验筛选出的1#和2#配方进行动态模拟试验，并配套使用非氧化性杀菌灭藻剂。试验参考化工行业标准《冷却水动态模拟试验方法》（HG/T2160-91）进行。

试验用动态模拟装置具有智能化在线控制系统，可对试验水中药剂、余氯、pH、电导、循环水量、排污水量、浓缩倍数、给水温度、加热介质温度进行在线监测并实施自动控制。对于水中Cl-、Ca2+和总碱度，每四小时分析一次。

表6 静态缓蚀试验结果

表7 运行控制指标

动态试验结果如表8所示。

表8 动态模拟试验结果

动态试验结果表明，所选两组配方均可满足循环冷却水处理要求。腐蚀率及污垢热阻值均低于工业水处理设计规范限定指标（碳钢腐蚀率≤0.075 mm/a；不锈钢腐蚀率≤0.0005 mm/a；铜腐蚀率≤0.005 mm/a；污垢热阻值≤3.44×10-4m2·K/W）。两组配方比较，腐蚀率和污垢热阻值均为1#优于2#配方，所以1#配方为最优配方。

从以上试验研究结果可知，无论从静态或是动态模拟试验可以看出，1#缓蚀阻垢剂具用优良的缓蚀阻垢性能，用其进行处理，腐蚀速率、阻垢率均优于国家设计规范的规定指标。

3 缓蚀阻垢剂应用方案

在实际使用缓蚀阻垢剂的过程中，人们应根据生产情况制定切实可行的投加方案，在保证处理效果的前提下，控制处理成本。公司循环水工艺流程为净循环冷却水系统，循环冷却水进入换热设备后，不被冷却介质污染，仅水温升高，回到冷却塔降温，进入凉水池，再由水泵送到所需冷却的设备，循环使用。净循环水系统主要解决腐蚀、结垢和细菌滋生问题，因此，在采用缓蚀阻垢剂控制系统的腐蚀与结垢的同时，交替使用氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂，控制细菌滋生。

3.1 缓释阻垢剂投加

使用初期，按使用浓度一次性将1#缓蚀阻垢剂冲击性投加到凉水池中，使系统初始药剂浓度快速达到所控制的药剂浓度指标。在日常运行过程中，除按日常使用量投加外，还要考虑循环水系统中药剂由于飞溅、排污、补充新鲜水等原因会有所消耗，应根据药剂浓度控制指标，按要求补足所消耗的药剂。

3.2 系统pH值调节

通过在线pH检测，即时测定补充水及循环水中的pH并及时调整酸的加入量，控制整个循环水系统pH值在药剂使用的要求范围内。

3.3 杀菌灭藻剂的使用

配合1#缓蚀阻垢剂，采用氧化性和非氧化性两种杀菌剂交替使用的方案，控制菌藻的滋生。日常投放氧化性杀菌剂，定期冲击性投放非氧化性杀菌剂+黏泥剥离剂，集中去除系统杀死的菌类及其分泌物。不同种类的药剂应交叉投放，避免长期使用一种药剂使菌类产生抗药性。