合成氨系統(tǒng)換熱器漏氨條件下循環(huán)水長周期安全運(yùn)行對策

門春艷，李國峰

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 奎屯 833200）

實(shí)踐企業(yè)年產(chǎn)能達(dá)40 萬噸合成氨，70 萬噸合成尿素，12 萬噸合成三聚氰胺。循環(huán)水采用敞開式循環(huán)冷卻水工藝，分別為氣化車間、變換工段、合成氨車間提供合格的循環(huán)水。循環(huán)水系統(tǒng)水冷器有碳鋼、不銹鋼和少量的銅材質(zhì)。該廠循環(huán)水系統(tǒng)采用氧化性殺菌劑次氯酸鈉（NaClO）和非氧化性殺菌劑有機(jī)溴復(fù)合殺菌劑交替投加的方式起到殺菌滅藻的作用，pH 值控制在7.8 ～8.3，濃縮倍數(shù)2.5 ～3，投加聚磷酸鹽作為緩蝕阻垢劑能有效抑制換熱器的腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象。該廠自2012 年投入生產(chǎn)以來，循環(huán)水系統(tǒng)保持安全長周期運(yùn)行狀態(tài)，但在2018 年6 ～11 月，合成氨車間水冷器E1805 突然發(fā)生漏氨，使大量的氨進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，給循環(huán)水的控制帶來威脅。為確保正常生產(chǎn)運(yùn)行，有效地控制菌藻的滋生，制定漏氨情況下循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方案，保證了循環(huán)冷卻水在漏氨情況下長周期安全運(yùn)行。

1 循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)異常

（1）通過循環(huán)水池中水質(zhì)日常觀察，發(fā)現(xiàn)大量的菌藻類微生物繁殖滋生，導(dǎo)致循環(huán)水散發(fā)出腥臭味，水的濁度上升，顏色變?yōu)辄S褐色，水質(zhì)明顯不如以往。對此異常情況，我們采用不斷增加殺菌劑次氯酸鈉（NaClO）的投放量和投放次數(shù)，意圖在短時間內(nèi)阻斷菌藻類微生物的繁殖。

（2）通過近幾日報表數(shù)據(jù)，循環(huán)水中pH 值呈現(xiàn)先上升而后逐漸下降，最初我們判斷加酸過多造成，系統(tǒng)開始減少加酸，經(jīng)過幾天的觀察，循環(huán)水中pH 值依然呈明顯的下降趨勢，這說明造成pH 值逐漸下降原因并不是加酸造成的。

（3）經(jīng)取循環(huán)水水樣分析，水中的氨的含量超標(biāo)，同時硝酸根和亞硝酸根也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常指標(biāo)（5mg/L），水中化學(xué)需氧量（COD）、異氧菌呈現(xiàn)異常，雖日常不斷增加殺菌劑的投放量和投放次數(shù)，但這些指標(biāo)并沒有控制到正常范圍。因此，通過氣相色譜儀檢測，合成氨車間水冷器E1805出水COD 含量遠(yuǎn)大于循環(huán)水總供水COD 含量，這說明合成氨車間水冷器E1805 出現(xiàn)了嚴(yán)重的漏氨。

2 漏氨的危害

（1）產(chǎn)生硝化菌群，生成亞硝酸和硝酸，亞硝酸是還原性的物質(zhì)，投加的氧化性殺菌劑NaClO 全部將亞硝酸轉(zhuǎn)化成硝酸才能起到殺菌的效果，因此，出現(xiàn)水中的余氯不達(dá)標(biāo)，無法控制水中微生物的繁殖。

（2）氨同時為微生物提供天然養(yǎng)料，微生物會加速繁殖，導(dǎo)致生物粘泥堆積，附著在換熱設(shè)備的表面，降低換熱設(shè)備的換熱效果；粘泥的沉積會破壞金屬的保護(hù)膜，粘泥附著的金屬表面會形成氧濃差電池，發(fā)生沉積物下腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物又促進(jìn)了鐵細(xì)菌的生長，在金屬表面形成鐵瘤，形成惡性循環(huán)。

（3）影響循環(huán)水pH 值變化，會導(dǎo)致循環(huán)水pH 急劇上升，如反應(yīng)（1），pH 值急劇升高會引起循環(huán)水中碳酸鹽的形成，加速換熱器表層的結(jié)垢；同時，由于循環(huán)水中的氨在亞硝化菌和硝化菌的共同作用下可生成亞硝酸（HNO2）和硝酸（HNO3）等強(qiáng)酸性物質(zhì)，如反應(yīng)（2）和（3），最終致使循環(huán)水的PH值急劇下降。

（4）生物粘泥對設(shè)備的危害，如圖1 所示，粘泥附著在換熱（冷卻）部位的金屬表面上，從而降低換熱器的換熱效果；沉積的粘泥將堵塞換熱器（水冷器）的通道，使冷卻水無法循環(huán)；少量的粘泥則減少換熱器通道的截面積，使冷卻水的流量大大降低，增加泵壓；大量的粘泥堆積在水冷塔填料的表面或填料間，堵塞了冷卻水的通過，降低冷卻效果。生物粘泥的產(chǎn)生阻礙了緩蝕劑和防腐劑到達(dá)金屬表面，使粘泥和垢下無法形成保護(hù)膜，降低藥劑效果，致使換熱器的腐蝕、穿孔、泄漏加劇。（5）氨氮對銅合金的選擇性腐蝕。 反應(yīng)如下（4）和（5），綜上所述，在循環(huán)水出現(xiàn)漏氨情況下，菌藻大量滋生繁殖使水質(zhì)分析數(shù)據(jù)異常，水質(zhì)惡化，致使系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢趨勢增大，降低換熱器的換熱能力，增大能耗和生產(chǎn)成本，所以必須加強(qiáng)殺菌處理，確保水質(zhì)穩(wěn)定。

圖1 粘泥故障發(fā)生部位

3 漏氨情況下循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方案

（1）盡快查找和切除漏氨源頭。循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)氨泄漏情況應(yīng)及時查找并切除漏氨源頭，如沒有備用的換熱設(shè)備，應(yīng)將換熱器出口回水就地排放或不間斷的開啟排污等方法可有效避免影響其他的換熱設(shè)備腐蝕或穿孔，使循環(huán)水中氨含量始終保持在一個可控的范圍內(nèi)。

（2）及時檢測和控制循環(huán)水pH 值變化。氨泄漏直接導(dǎo)致循環(huán)水中的PH 值持續(xù)下降，為控制PH 值在正常指標(biāo)范圍應(yīng)及時向循環(huán)水中投加一定量的純堿（Na2CO3），可有效避免循環(huán)水因酸性而導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象。

（3）調(diào)整漏氨情況下循環(huán)水加藥方案。在換熱器不漏氨，循環(huán)水中氨含量小于10mg/L 的情況下，每日投加殺菌劑次氯酸鈉進(jìn)行殺菌滅藻，就能確保循環(huán)水運(yùn)行正常。當(dāng)出現(xiàn)漏氨情況，水中的亞硝酸根含量大于1mg/L 時，再單獨(dú)地投加氧化性殺菌劑次氯酸鈉就無法監(jiān)測到水中的余氯，當(dāng)亞硝酸根含量大于10mg/L，次氯酸鈉消耗量明顯大幅提高，余氯監(jiān)測不到，水中COD 含量急劇升高、系統(tǒng)粘泥增多、水質(zhì)持續(xù)惡化。因此，采取加大殺菌劑的投加量和投加頻率，采用氧化性殺菌劑次氯酸鈉和有機(jī)溴輔助殺菌劑同時投放的方式，因?yàn)樵诎毙孤┣闆r下，氨使循環(huán)水中的pH 值先呈現(xiàn)堿性而后逐漸呈現(xiàn)酸性，當(dāng)循環(huán)水中pH 值呈酸性時次氯酸鈉的殺生效果較好；當(dāng)pH 值呈堿性時，氨與次氯酸鈉反應(yīng)會大大降低次氯酸鈉的殺菌效果，而有機(jī)溴會與次氯酸鈉反應(yīng)生成的次溴酸能增強(qiáng)殺菌效果。通過分析水中的余氯，發(fā)現(xiàn)很好地抑制了菌藻的繁殖滋生。

（4）多開風(fēng)機(jī)，降低循環(huán)水水溫，加大循環(huán)水流速，控制微生物的繁殖和沉積，降低換熱器內(nèi)部的嚴(yán)重腐蝕。

4 結(jié)語

合成氨車間換熱器漏氨現(xiàn)象較為常見，要最大限度地降低漏氨對循環(huán)水系統(tǒng)的危害，必須采用綜合治理的方法對循環(huán)水水質(zhì)嚴(yán)格控制：首先密切關(guān)注循環(huán)冷卻水中NO2-、NO3-的變化，及時有效地控制NO2-的升高；選取合適的粘泥剝離劑、緩蝕阻垢劑可有效地避免在漏氨情況下?lián)Q熱設(shè)備結(jié)垢、腐蝕和穿孔等；氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑交替使用，可加大非氧化性殺菌劑的用量和投加次數(shù)，制定漏氨情況下循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方案，確保主裝置高負(fù)荷、安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要。