正磷含量对元坝气田工业循环冷却水系统的影响

杨鹏昊，龙飞飞，杨 易

（中石化广元天然气净化有限公司，广元苍溪 628415)

正磷含量对元坝气田工业循环冷却水系统的影响

杨鹏昊，龙飞飞，杨 易

（中石化广元天然气净化有限公司，广元苍溪 628415)

简单介绍了循环水中正磷的一般来源以及元坝天然气净化厂循环水系统特有的正磷来源，简要说明了正磷浓度对循环水系统的影响。通过实际监测数据，进一步分析了循环水系统实际运行过程中各种因素对循环水质的影响。针对分析结果，提出了在药剂使用过程中应注意的问题和改进的方法。

高含硫净化厂；循环冷却水系统；正磷；结垢；腐蚀

敞开式循环冷却水系统通常采用投加化学药剂的方法来控制系统的结垢、腐蚀等问题。工业循环水系统大多采用以有机磷、聚合磷为主要成分的磷系缓蚀阻垢剂，但其受水温、系统pH值等因素的影响，磷系缓蚀阻垢剂易发生水解。一定浓度的正磷对于抑制腐蚀存在正促进，但是正磷过高既可能引起腐蚀也可能产生结垢现象。因此在投加磷系缓蚀阻垢剂时应考虑多方面的因素，如补水水质、系统水温和pH值等，在综合考虑这些因素后，合理地投加药剂以达到系统平稳运行的效果。

1 循环水系统中正磷的来源

正磷的来源主要有两个方面：一是水稳剂的水解，磷系配方的水稳剂易受多种因素的影响发生水解，水解速度会随这些影响因素的不同而有所不同，有机磷和聚合磷类缓腐蚀阻垢剂随着时间推移会逐渐水解为正磷酸根。二是循环水的补水也有可能带入正磷。另外，循环水场的不断浓缩水质，各种离子浓度不断增大，也是正磷含量升高的另一个原因。

元坝高含硫天然气净化厂采用锅炉排污降温水作为循环水系统的部分补水，由于锅炉采用炉内磷酸盐处理，排污降温水存在这一定浓度的磷酸根（平均浓度10mg/L），该部分补水进入循环水进入循环水系统后经过浓缩，导致循环水系统的磷含量偏高。

2 正磷含量对系统的影响

2.1 CaPO4沉积的结垢风险

当循环水系统中由于磷系缓蚀阻垢剂的水解和其他来源无机磷进行累积时，会与Ca2+离子结合形成溶解度很低的酸钙沉积。

在一定水质条件中，CaPO4沉积是否产生决定于以下因素：水温、pH值、钙硬度和磷酸根含量，而在高浓度倍数，高负荷下运行的循环水系统，其水温、pH值及钙硬度均较高，一旦磷酸根含量不得到有效控制，发生CaPO4沉积的风险非常大。

元坝天然气净化厂为了尽可能节约水资源，将高温高pH且含磷的锅炉排污降温水利用循环水混合冷却后，进入循环水系统作为补水利用，在混合冷却瞬间，pH在9左右，温度85～90℃，循环水的钙硬度450mg/L，磷酸根含量10mg/L，在如此极端的情况下，必然会形成CaPO4结晶，沉积在混合接触面或者以极微小悬浮物状态进入循环水系统，导致循环水系统的浊度出现变化。

磷酸盐是构成核蛋白（细胞核的基本分子）、磷酸酯和磷酸糖类的重要原料，是藻类正常生产不可缺少的营养元素，而且只有正磷酸盐才能被吸收。绿藻细胞中含磷量约为细胞干重的2%～3%。

大量菌藻的新陈代谢会影响到水质变化。其光合作用大量吸收水中的二氧化碳，使水质向碱性变化。当藻类死亡，其尸体会产生一些有害的成分。同时藻类细胞核中油状物及环状醇在藻类死亡后释放出来，是循环水发臭。藻类尸体又是非活性有机物，成为异养微生物的碳源，能促进异养菌类增加。蓝、绿、硅藻细胞外壁均有胶质，能够黏结在设备上群体滋生，诱发垢下腐蚀，造成堵塞。

3 正磷含量对循环水系统影响实例

元坝净化厂设置五套循环水系统分别为公用工程各单元和四套主装置提供循环冷却水，循环量合计10 000m3/h，设计浓缩倍数4～5。补水为工业新水和锅炉排污降温水的混合水。缓蚀阻垢剂配方为有机磷+锌盐配方，设计有机磷的控制指标为2～4mg/L。

由于锅炉排污降温水连续不断地直接进入循环水系统，其含有的约10mg/L的磷酸根直接进入循环水系统，虽然经过系统水量的稀释，但是经过蒸发浓缩以后，使系统正磷含量居高不下，同时缓蚀阻垢剂的逐渐水解也带来一定量的正磷，该系统的正磷长期处于6～8mg/L，极端情况下由于锅炉检修排污等原因，可能会达到15 mg/L。

由于系统正磷含量较高，与循环水中的钙、锌离子形成磷酸盐沉积，在分散剂的作用下，微小的沉积物分散在水中，导致浊度飙升，水质明显发白，严重时发白如牛奶。

在对换热器的定期检修中，虽未发现换热器水侧有明显结垢，但仍然发现管壁附着有大量白色沉积物，无法呈现出与缓蚀药剂结合后的光洁表面。

下图为2015年12月—2016年1月份水质情况

4 正磷含量偏高的主要原因

1）高含磷酸盐锅炉排污水的连续补入，是最主要的正磷来源，其贡献了系统正磷含量的绝大部分，且其属于连续不断的补充，由于锅炉炉水对于磷酸盐含量的要求，无法进行杜绝。

2）药剂配方不合理。药剂配方中含有的有机磷水解产生的正磷，使循环水中正磷含量过高，产生了过多的磷酸盐沉淀，致使系统黏附速率偏高。

5 改善系统正磷偏高的措施及效果

1）改变药剂配方，3月份开始将药剂改为无磷的配方，药剂中不含任何正磷和有机磷成分，不存在任何因为药剂而带入系统的磷组分。

2）杜绝锅炉排污降温水进入循环水系统，彻底将锅炉排污降温水切换出循环水系统补水，直接从源头切断正磷的最直接和重要的来源。

经过近三个月的实验，系统正磷维持在极低的水平，同时系统未发现任何因磷酸盐而发生的沉积现象，浊度一直维持在5NTU以下，以下为2016年4月—6月的磷含量与浊度变化情况：

通过以上措施后，总磷含量能控制在0.2mg/L以下，同时浊度完全能控制在5NTU以下，未发现任何沉积现象。

6 结论

通过长期的现场监测数据分析，水稳剂配方中正磷含量对循环水系统有较大影响。正磷含量偏高，会使循环水系统偏结垢；特别是形成磷酸钙和锌盐的垢以后，附着在换热器上极难去除。

在实际生产过程中，由于含磷药剂存在者一定的缺陷以及环保排放的要求，通过采用无磷的缓蚀阻垢剂，根据每月的实时水质监测数据，分析循环水系统的结垢和腐蚀趋势，补水各种离子浓度的高低，及时调整药剂的投加量，保证水体中的药剂含量，使其能对系统起到良好的保护作用。

Effect of Phosphorus Content on Industrial Circulating Cooling Water System in Yuanba Gas Field

Yang Peng-hao，Long Fei-fei，Yang Yi

The general sources of orthophosphate in recirculating water and the source of positive phosphorus in the circulating water system of Yuanba natural gas purification plant are briefly introduced.The effect of orthophosphate concentration on circulating water system is briefly described.Through the actual monitoring data，the influence of various factors on the circulating water quality during the actual operation of the circulating water system is analyzed.Aiming at the analysis results，the problems that should be paid attention to in the process of pharmaceutical use and the improved method are put forward.

high sulfur purification plant；circulating cooling water system；orthophosphate；scaling；corrosion

TQ085.4

A

1003–6490（2017）11–0064–02

2017–09–04

杨鹏昊（1989—），男，四川阆中人，助理工程师，主要从事油气田工程工作。