焦化低溫水系統(tǒng)設(shè)備腐蝕探討

【摘要】焦化低溫水系統(tǒng)常因含氨含油污染物的進(jìn)入導(dǎo)致藻類等微生物的大量繁殖，水質(zhì)惡化，低溫水用戶設(shè)備腐蝕速率超標(biāo)。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)導(dǎo)致設(shè)備腐蝕率上升的原因進(jìn)行了粗略的分析。

【關(guān)鍵詞】焦化；低溫水；腐蝕率

1、低溫水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

湘鋼焦化廠工業(yè)水站共有三套水系統(tǒng)，分別為循環(huán)水系統(tǒng)、低溫水系統(tǒng)、制冷機(jī)冷卻水系統(tǒng)，總循環(huán)水量為12000m3/h，其中低溫水水量為2000m3/h。低溫水系統(tǒng)主要供給初冷器下段、脫硫預(yù)冷、蒸氨廢水二次冷卻、終冷上段、貧冷二次冷卻、粗苯冷凝等用戶，供水溫度小于22℃，回水溫度為27～32℃。主要涉及的設(shè)備包括KQSN-350-N9的水泵組、溴化鋰制冷機(jī)組、螺旋板換熱器等，接觸的材質(zhì)主要有不銹鋼、碳鋼、銅管。

2、低溫水系統(tǒng)存在的問(wèn)題

低溫水系統(tǒng)供給用戶多，換熱設(shè)備多；冷卻介質(zhì)特點(diǎn)含氨、含油。由于設(shè)備腐蝕穿孔，低溫水被污染，含油、含氨污染物進(jìn)入水系統(tǒng)，系統(tǒng)懸浮物、濁度指標(biāo)超標(biāo)，設(shè)備的腐蝕速率大幅增加。2013年9月，粗苯區(qū)域貧富油換熱器穿孔泄漏，碳鋼掛片腐蝕率為0.28mm/y，為標(biāo)準(zhǔn)的3.8倍；2014年4月，脫硫預(yù)冷換熱器泄漏以及貧富油換熱器漏油，掛片腐蝕率為0.26mm/y，為標(biāo)準(zhǔn)的3.4倍，同時(shí)，管道過(guò)濾器濾芯堵塞嚴(yán)重，掛片上出現(xiàn)大量棕綠色懸掛物，掛片上有約1mm左右的黃色附著物，覆蓋層下呈銹瘤狀。

3、腐蝕與結(jié)垢分析

3.1 日常的化學(xué)處理

為降低水系統(tǒng)對(duì)管道、設(shè)備的腐蝕率，防止設(shè)備因結(jié)垢換熱效率大幅下降，現(xiàn)場(chǎng)按時(shí)定量向水系統(tǒng)投放阻垢緩蝕劑以及殺菌滅藻劑，方案如下。系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，碳鋼腐蝕率為標(biāo)準(zhǔn)值0.8至1.2倍，懸浮物指標(biāo)16左右，濁度指標(biāo)22左右。

3.2 水體溶解氧的電化學(xué)腐蝕

焦化低溫水系統(tǒng)是敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)，高溫回水首先采用冷卻塔降溫再利用制冷機(jī)二次換熱，低溫水與空氣充分接觸，大量的氧融入到水體中。含氧的水體與不光滑的金屬表面接觸，形成微電池，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，還原反應(yīng)發(fā)生在陰極，氧化反應(yīng)發(fā)生在陽(yáng)極，碳鋼出現(xiàn)腐蝕，反應(yīng)方程式如下：

3.3 藻類的腐蝕

低溫水系統(tǒng)殺菌滅藻劑的投入，采取沖擊式加藥方式，加藥前期，水體中殺菌滅藻劑濃度很高，經(jīng)過(guò)一周不定期排污后，殺菌滅藻劑的濃度降低至最低。當(dāng)符合藻類大量繁殖條件時(shí)，如水溫在30至35℃，PH在6～8，水體中含有大量的油和氮以及充足的陽(yáng)光和二氧化碳的條件下，藻類繁殖速率大于死亡速率時(shí)，殺菌滅藻劑作用減弱，水中的懸浮物急劇增加，甚至在后期，由于氧氣的不足或養(yǎng)分的不足或殺菌滅藻劑發(fā)揮作用，藻類大量死亡，水體表面出現(xiàn)褐色泡沫。藻類對(duì)金屬腐蝕主，一是前期藻類代謝增加了水體氧含量，加速了水體溶氧電化學(xué)腐蝕；二是藻類死亡后，尸體附著在金屬表面形成差異腐蝕電池，覆蓋物下金屬溶解腐蝕；三是藻類為水體中的細(xì)菌提供養(yǎng)料，細(xì)菌繁殖，造成細(xì)菌腐蝕。

3.4 硝化細(xì)菌的影響

當(dāng)系統(tǒng)中泄漏含氨廢水后，系統(tǒng)內(nèi)NH3和NOx濃度上升，能為硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)提供大量能量，主要發(fā)生的反應(yīng)如下：

2NH3+3O2=2HNO2+2H2O， 2HNO2+O2=2HNO3

硝化反應(yīng)發(fā)生后會(huì)造成水體PH值下降，甚至嚴(yán)重時(shí)需要加入片堿來(lái)維持系統(tǒng)生產(chǎn)的正常。如2014年4月份，氨水泄漏后，系統(tǒng)PH值由8.3降低至7.8。PH值得下降容易導(dǎo)致碳鋼、銅等金屬的腐蝕。

3.5 其他影響

3.5.1水體中含有NH3和NOx時(shí)，會(huì)大量消耗氧化性的RX-972殺菌滅藻劑，從而降低殺菌滅藻劑的作用，藻類會(huì)借機(jī)大量繁殖，從而加速金屬腐蝕。為維持殺菌滅藻劑在水體中的濃度，需要加大RX-972殺菌滅藻劑的的量，從而增加水體中CL-的含量。根據(jù)有關(guān)資料，CL-具有較高的極化度，極化后具有較高極性與穿透能力，可穿透金屬的保護(hù)膜，特別是氧化物保護(hù)膜，從而導(dǎo)致金屬的局部腐蝕。

3.5.2在低溫水系統(tǒng)中，含有銅管、碳鋼管等，當(dāng)銅材質(zhì)出現(xiàn)腐蝕，水中含有Cu2+時(shí)，會(huì)由于因?yàn)殍F的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.44V比銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位0.34V低許多，而發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。具體如下：

4、腐蝕的降低措施

4.1 減少水系統(tǒng)的污染。加強(qiáng)低溫水用戶設(shè)備的維護(hù)，減少設(shè)備的穿孔泄漏。一旦發(fā)現(xiàn)含水體表面有油花或水體散發(fā)出氨水味道，須緊急處理漏點(diǎn)，加大補(bǔ)水量，沖擊式加大藥劑的使用量，同時(shí)采取人工打撈或溢流等方式，將水體表面泡沫清理。

4.2 藥劑處理管理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需求，尋找合適的殺菌滅藻劑和阻垢緩蝕劑（如氯能殺死所接觸的微生物，但由于穿透粘泥的能力差，在微生物與懸浮物含量較高時(shí)，不能殺死那些與顆粒夾雜在一起的微生物，若需提高殺菌作用，需要與其他高分子路何物和非離子表面活性劑使用），并制定相應(yīng)的加藥方案，同時(shí)對(duì)加藥的效果進(jìn)行跟蹤，建立PH值、濁度、掛片腐蝕率、生物含量指數(shù)、鐵含量等指標(biāo)臺(tái)賬，細(xì)菌數(shù)應(yīng)控制在103個(gè)/ml以下，避免藻類等微生物大量繁殖與死亡。

4.3 過(guò)濾設(shè)備完好。保證低溫水系統(tǒng)管道過(guò)濾器、高速旁濾過(guò)濾效果，降低系統(tǒng)懸浮物濃度，減少設(shè)備內(nèi)壁附作物，降低腐蝕速率。

4.4 提高設(shè)備的換熱效率，減少循環(huán)量，減少水系統(tǒng)內(nèi)溶氧含量，以及減少來(lái)至環(huán)境中的污染物，如焦粉、含硫氣體等。

4.5 2013年9月低溫水系統(tǒng)跑油后，經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的水質(zhì)改善措施，水體指標(biāo)均接近。

5、總結(jié)

結(jié)合腐蝕機(jī)理分析，低溫水系統(tǒng)泄漏進(jìn)入氨水油類后，通過(guò)調(diào)整加大藥劑投入量、減少排污量、增大過(guò)濾器等方式，2013年9月低溫水經(jīng)過(guò)一個(gè)半月后水質(zhì)基本達(dá)標(biāo)，具體數(shù)據(jù)如下：

焦化低溫水水質(zhì)不僅關(guān)系到設(shè)備安全運(yùn)行（設(shè)備的腐蝕穿孔等），而且影響設(shè)備的使用效果（設(shè)備的傳熱效果等），而要保證焦化低溫水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定，一是要減少含氨含油物質(zhì)進(jìn)入水體，二是要做好殺菌滅藻工作，抑制溶解氧腐蝕與氧溶差腐，三是保證過(guò)濾設(shè)備效果，縮短水體回復(fù)周期。