油田污水常用阻垢剂的研究进展(5)

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图3-2碱度对阻垢分散效果的影响

可以看出，随着碱度的增加阻垢率出现明显的下降趋势，由原来突降到了这说明碱度的增大，致使体系的结垢倾向加大了，这是因为浓度增加，将导致更多的离子离解出来，使垢更易形成并大量出现!

人们在实践中发现，钙硬度和碱度对阻垢剂分散效果影响巨大。表3-5是不同钙硬度和碱度对阻垢分散效果的影响。表3-5清楚地表明，水中的钙硬度和碱度对各类药剂阻碳酸钙垢影响很大。随着钙硬度和碱度的增加，阻垢剂的阻垢效率下降，但影响程度是不同的。对前四类药剂的影响效果较大，说明前四类药剂不适宜在高硬度和高碱度的水质中运行。对后四类阻垢剂阻碳酸钙效果影响较小，说明后四类阻垢剂可以在高硬度和高碱度水中使用。

表3-5 钙硬度和碱度对不同类型阻垢剂的分散效果的影响

药剂类型 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

不同钙硬度和碱度下的阻垢率%

A水 碳酸钙 100 100 98.0 93.7 98.8 98.0 98.7 97.7 97.5

磷酸钙 0 49.6 89.2 83.3 79.5 79.5 0 100 100

B水 碳酸钙 18.4 95.2 66.0 91.7 95.2 95.2 87.5 97.2 97.9

磷酸钙 0.0 7.9 40.9 16.5 51.5 51.5 0 90.5 84.2

C水 碳酸钙 1402 67.7 36.3 89.2 91.4 91.4 80.9 90.1 90.4

磷酸钙 0.0 0.0 0.0 3.3 33.4 33.4 0 84.4 73.9

D水 碳酸钙 16.8 55.1 39.0 78.2 85.9 85.9 83.7 93.3 83

磷酸钙 / / / / / / / / /

说明：A类水的硬度和碱度分别为100 mg/L 和135 mg/L ，B类水的硬度和碱度分别为150 mg/L 和203 mg/L ，C类水的硬度和碱度分别为200 mg/L 和270 mg/L ，D

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类水的硬度和碱度分别为250 mg/L 和250mg/L .

与阻碳酸钙垢相比，钙硬度和碱度对阻垢剂的阻磷酸钙垢影响效果更大。如果除去对第8、9两类阻垢剂影响较小外，对其它七类药剂，当钙硬度和碱度增加一倍，这些药剂几乎完全失去阻磷酸钙垢的作用。

3.3 其他水处理药剂对阻垢剂阻垢效果的影响

3.3.1杀菌剂对阻垢剂阻垢分散效果的影响

杀菌剂对阻碳酸钙垢和磷酸钙垢影响见下表3-6。

杀菌剂1对3、5、9三类阻垢剂的阻碳酸钙垢效果有明显的负面影响，对其它药剂影响较小；对2、3两类阻磷酸钙垢有明显得负面影响，但对其它七类药剂有增效作用。随着杀菌剂1的加入，阻磷酸钙效果增加。

杀菌剂2对2、4、5、8、9五类药剂阻碳酸钙垢有负面作用，对其它四类药剂均阻碳酸钙均有增效作用。对第一类药剂有阻磷酸钙有增效作用，但对其它8类药剂均有很大的负面作用。随着杀菌剂2的加入，药剂的阻垢分散作用明显下降。

杀菌剂3除对第6类药剂阻碳酸钙无影响外，对其它八类药剂阻碳酸钙均有不同程度的影响，对药剂阻硫酸钙垢效果不同除对第1、2类药剂阻磷酸钙稍有负面影响外，对其它七类药剂阻磷酸钙均有较大的增效作用。

杀菌剂4除对第1、9类阻碳酸钙垢有负面影响外，对其它七类阻碳酸垢影响较小；除对第3、9类药剂阻磷酸钙垢有负面影响外，对其它七类药剂阻磷酸钙垢均有较大的增效作用。

总之，不同类型的杀菌剂对不同阻垢剂影响是不同的。但从总体上看，杀菌剂对阻磷酸钙的影响大于阻碳酸钙。

表3-6 杀菌剂对不同阻垢剂的分散效果的影响

不同杀菌剂下的阻垢率%

种类

不加杀菌剂

杀菌剂1

杀菌剂2

杀菌剂3

杀菌剂4

序号 碳酸钙 磷酸钙 碳酸钙 磷酸钙 碳酸钙 磷酸钙 碳酸钙 磷酸钙 碳酸钙 磷酸钙 1 2 3 4 5 6 7

16.8 55.1 39.0 78.2 85.7 85.9 83.7

1.2 90.7 100.0 4.4 9.1 38.6 3.3

15.9 54.5 34.9 75.4 77.0 90.5 83.9

2.8 69.8 93.6 39.5 25.9 39.5 5.6

16.9 34.4 44.1 71.6 83.8 89.3 86.3

22

1.9 0.7 0.9 3.2 4.6 3.2 2.5

9.9 46.8 36.6 64.7 80.3 89.9 65.9

2.7 83.9 98.0 53.3 42.9 52.9 4.3

13.5 55.6 37.1 80.8 81.3 82.3 82.0

2.5 89.6 96.0 42.9 24.7 56.5 48.6

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8 9

93.3 83.0

93.2 63.8

90.1 60.2

100.0 73.4

88.8 78.3

2.5 4.1

74.1 76.6

100.0 79.2

95.2 69.7

98.8 55.2

说明：杀菌剂1主要成分是异噻唑啉酮，杀菌剂2主要成分是聚季铵盐，杀菌剂3主要成分是次氯酸盐，杀菌剂4主要成分是二硫氰基甲烷。 3.3.2 缓蚀剂对阻垢剂阻垢分散效果的影响

缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中的，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。缓蚀剂技术由于具有操作简单、见效快、能保护整个系统等优点，而广泛应用于石油品生产加工、化学清洗、大气环境、工业用水、仪表制造等生产过程[34]。近年来缓蚀剂和缓蚀技术的研究和应用发展很快，如多功能通用缓蚀剂、高效低毒型缓蚀剂(如环保型精细化学品HA-1气相缓蚀剂[35])、杂环型缓蚀剂、低聚型缓蚀剂已相继研制成功。金属在电解质或潮湿空气形成的水膜中的腐蚀过程是由两个共轭的电化学反应(阳极反应和阴极反应)组成。缓蚀剂吸附在金属的表面后，能分别或同时抑制阳极、阴极反应，从而减小腐蚀过程中的腐蚀电流，达到缓蚀的目的。根据抑制的电极过程不同，缓蚀剂可分为三大类：(1)阳极抑制型缓蚀剂，其作用机理：使阳极极化增大，腐蚀电位向正方向移动，降低了阳极反应速度，与阴极反应无关；(2)阴极抑制型缓蚀剂，其作用机理：使阴极极化增大，提高阴极反应的析氢过电位；(3)混合型缓蚀剂，其作用机理：缓蚀剂与介质中或阳极反应生成的离子生成不溶物或胶体物质而沉积在阳极区和阴极区，既阻碍阳极金属的溶解，又阻碍氧接近阴极发生还原。从物理化学角度分析，缓蚀剂对腐蚀电池的电极过程的抑制，是由于缓蚀剂或缓蚀剂与电解质作用于金属的表面，使金属表面发生变化的结果。这种表面的变化表现为氧化膜或沉淀膜的吸附，或者是离子、分子在金属表面的吸附[36]。

影响缓蚀剂的环境因素有温度、介质的pH值、介质中阴离子的性质等，每种缓蚀剂有它的使用温度范围和pH值范围，超出了这个极限，其对金属不但没有缓蚀效果，反而加速腐蚀，如巯基苯丙噻唑(MBT)在pH值小于6时，其缓蚀效果几乎全部丧失。而某些活性阴离子，对缓蚀剂的吸附具有协同作用，而其阻垢性能也随之发生相应的变化。

3.4 小结

药剂自身浓度是显著影响阻垢分散效果的因素之一。对阻碳酸钙的影响与阻磷酸钙不同，对阻磷酸钙存在最低浓度，只有药剂的浓度超过这个最低浓度，药剂才有阻磷酸钙的作用。浊度对药剂阻垢分散效果均有不同程度的影响，但对阻磷酸钙的影响更大，随浊度增加，阻磷酸钙的效果大幅度下降。铁离子对药剂阻垢分散作用影响明显，无论是对阻碳酸钙还是阻磷酸钙，都是随铁离子浓度的增加，阻垢分散效果下降。钙硬和碱度对药剂阻碳酸钙和阻磷酸钙作用影响巨大，随钙硬和碱度的增加，阻垢分散效果下降。

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杀菌剂对不同药剂的阻垢分散效果有不同的影响，氧化型杀菌剂对多数药剂的阻磷酸钙有增效作用，非氧化型杀菌剂对不同类型药剂的影响视药剂类型而定，有增效作用，也有对抗作用。

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4 阻垢剂存在的问题及发展趋势

4.1 阻垢剂存在的问题

缓蚀阻垢剂在使用过程中，其影响因素尚缺少系统的研究，认识上也不深刻，在应用上表现出同一种药剂在不同的循环水系统处理效果相差甚远，同一种药剂在同一循环水系统不同时期处理效果相差甚远，最终不能取得好的效果。因此，为解决水处理剂在使用过程中出现的一些异常现象，正确掌握水处理剂的使用条件，有必要对常用的水处理缓蚀阻垢剂的影响因素作较为系统的研究。各石化炼油企业在选用水处理缓蚀阻垢剂时，都要依据其实际的水质条件和工况条件进行药剂的筛选和性能评价。因此，发展和完善试验方法、采用正确、先进的测试手段显得尤为的重要。工业循环水在处理过程中，除了存在阻垢缓蚀问题之外，也会遇到杀菌和絮凝等其他问题。因此，在添加水处理剂的过程中，也要注意阻垢缓蚀剂和杀菌剂、絮凝剂等其他药剂的配伍性能。高含硫原油在加工过程中对冷换设备的腐蚀十分严重，介质泄漏至循环水的现象时有发生，给循环水系统的水质稳定处理带来了较为严重的影响，不但加重了循环水系统冷换设备的腐蚀和结垢，以及生物粘泥的增加，甚至于使原有的水处理药剂失去作用，对装置的正常生产威胁较大。因此，在研究解决H2S对循环水系统的影响时，提出相应的解决措施也是加工高含硫原油炼油企业的重要课题。

4.2 阻垢剂的发展趋势

进入21世纪，缓蚀剂向着无毒无公害、可生物降解以及环境友好的方向发展。阻垢剂的主要发展研究方向将向着聚合物阻垢剂的高效性、广泛使用性和稳定性方向发展。复合配方能发挥出比单一药剂更显著的阻垢缓蚀性能，弥补单一药剂结构上的缺憾，并能适当的降低有效药剂的含磷量，是目前循环冷却水阻垢缓蚀配方开发的主要方法，相信今后仍有更广阔的应用前景。随着环保力度的加大，保护环境、治理污水和节约用水具有同等的重要意义。因此，开发研制适合环境保护需求的无磷或低磷、非氮和可生物降解的环保型缓蚀阻垢剂将成为工业水处理领域中最主流的研究方向。在科研开发领域要求进一步研究金属腐蚀的基本原理，从宏观和微观两个方面揭示金属腐蚀的本质，运用物理和化学联合作用的方法以及各类缓蚀剂的协同作用，指导缓蚀剂的研发；进一步提高缓蚀剂的缓蚀性能，并注意研究阻垢剂协同作用，研究出性能更好的复合缓蚀剂，同时高效多功能环境友好的高分子型聚合物缓蚀剂的开发生产也不能忽视。总之，新型、高效、复合、环保、多重性能以及经济的缓蚀阻垢剂是今后发展的主要潮流。

阻垢剂是能够防止水垢和污垢产生或者抑制其沉积生长的化学药剂。其中聚合物阻垢剂具有优异的阻垢性能、低公害或无公害、用量少、良好的溶限效应和协同效应等优点，为高浓缩倍数的碱性水处理技术在工业上的实施提供了条件。阻垢剂在工业上常用的形式主要有阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂两种。阻垢缓蚀剂主要有： 无机聚合磷酸盐、

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