煤合成氨循環(huán)水系統(tǒng)異常判斷及應(yīng)對(duì)措施

潘德壽 門(mén)春艷 王建會(huì)

(1.奎屯錦疆化工有限公司，新疆 奎屯 833200；2.新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 奎屯 833200)

0 引言

本廠以氨氣、尿素、三聚氰胺為主要產(chǎn)品，產(chǎn)量分別為40 萬(wàn)噸合成氨，70萬(wàn)噸合成尿素，12萬(wàn)噸合成三聚氰胺。循環(huán)水系統(tǒng)為本廠區(qū)的氣化車(chē)間、變換車(chē)間、合成氨車(chē)間提供合格的循環(huán)水。據(jù)目前調(diào)研，該廠區(qū)的循環(huán)水系統(tǒng)換熱器類(lèi)型為碳鋼和不銹鋼材質(zhì)為主。水系統(tǒng)車(chē)間利用NaClO氧化性殺菌劑和有機(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。該廠在2018年6～11月，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水水質(zhì)惡化，出現(xiàn)惡臭味，循環(huán)水系統(tǒng)藻類(lèi)增多，大量的粘泥沉積在循環(huán)水池底，通過(guò)對(duì)水質(zhì)緊密監(jiān)測(cè)，最終查出合成氨車(chē)間的換熱器E1805出現(xiàn)嚴(yán)重的氨泄漏現(xiàn)象，導(dǎo)致大量的氨進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，致使循環(huán)水水質(zhì)極具惡化，水質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法控制。

循環(huán)水系統(tǒng)關(guān)系到化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)量，據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)多以開(kāi)放的體系，在循環(huán)水冷卻的過(guò)程中由于大量溶解氧、塵土、孢子和細(xì)菌等，這些外在因素也會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水水體發(fā)生惡化，雖然加大投加水處理藥劑可在一定程度上可緩解。但當(dāng)換熱器發(fā)生泄漏，短時(shí)間內(nèi)找不到泄漏點(diǎn)及泄漏的原因，加之監(jiān)測(cè)手段不完善均會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)異常。如何根據(jù)現(xiàn)象快速判斷產(chǎn)生異常的原因，制定切實(shí)有效的應(yīng)對(duì)措施。只有具備對(duì)異常情況的快速反應(yīng)，才能確保循環(huán)水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效、長(zhǎng)周期的運(yùn)行。

1 循環(huán)水系統(tǒng)氨泄露異常處理

1.1 氨泄露現(xiàn)象及危害

煤合成氨工段漏氨初期，pH會(huì)暫時(shí)偏高，氨高，當(dāng)氨泄漏量大時(shí)循環(huán)冷卻水會(huì)出現(xiàn)白水現(xiàn)象。漏氨中后期：循環(huán)水的pH值、堿度逐漸降低；加酸量明顯減少，硝化細(xì)菌已大量繁殖；水中亞硝酸根升高，COD升高，氨含量低、硝酸根數(shù)據(jù)變化不顯明；碳鋼掛片表面腐蝕明顯，循環(huán)冷卻水中總鐵升高；循環(huán)水粘泥含量升高；循環(huán)水體發(fā)黑，可見(jiàn)懸浮物。

(1)循環(huán)水水體出現(xiàn)氨泄漏會(huì)導(dǎo)致硝化菌群劇增，產(chǎn)生大量的HNO2和HNO3，HNO2是還原性的物質(zhì)，投加的NaClO氧化性殺菌劑全部將亞硝酸轉(zhuǎn)化成硝酸才能起到殺菌的效果，因此，這將導(dǎo)致循環(huán)水水體中余氯不達(dá)標(biāo)，水中的微生物大量繁殖而無(wú)法控制。

(2)由于水冷器氨的泄漏為微生物提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，促使微生物會(huì)加速繁殖，大量的微生物附著在水體中致使循環(huán)水中生物粘泥大量堆積，粘泥附著在換熱設(shè)備的內(nèi)表面，一方面會(huì)大大的降低換熱器的換熱效果；另一方面大量的粘泥沉積會(huì)破壞金屬的保護(hù)膜。大量的粘泥附著于金屬的表面會(huì)形成氧濃差電池，促使換熱器內(nèi)部發(fā)生沉積物下腐蝕，腐蝕的產(chǎn)物為鐵細(xì)菌的生長(zhǎng)提供了有利的條件，即在金屬表面形成鐵瘤，形成惡性循環(huán)，加速了換熱器和水冷器發(fā)生穿孔導(dǎo)致物料泄漏在循環(huán)水水體內(nèi)。

(3)循環(huán)水水質(zhì)pH值不達(dá)標(biāo)，氨泄漏的初期會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水的pH急劇上升，如反應(yīng)方程式(1)，pH值急劇升高會(huì)引起循環(huán)水中碳酸鈣、碳酸鎂的形成，導(dǎo)致水冷器表面的結(jié)垢和腐蝕；同時(shí)循環(huán)水中泄漏的氨在亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的共同作用下很快生成亞硝酸(HNO2)和硝酸(HNO3)等強(qiáng)酸性物質(zhì)，又突然致使循環(huán)水的pH值急劇下降。如反應(yīng)(2)和(3)。在漏氨情況下，加強(qiáng)循環(huán)水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)PH值先急劇上升再急劇下降，水體的PH值很難在短時(shí)間控制平穩(wěn)。

(4)生物粘泥的沉積會(huì)對(duì)設(shè)備造成極大的危害，粘泥附著在水冷器的金屬內(nèi)表面上，一方面降低了換熱器的換熱效果，另一方面會(huì)堵塞水冷器的通道，致使循環(huán)冷卻水無(wú)法循環(huán)；少量的粘泥會(huì)減少換熱設(shè)備通道的截面積，導(dǎo)致循環(huán)冷卻水的流量降低，泵壓增大；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(guò)，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(wú)法形成保護(hù)膜，產(chǎn)生粘泥下電化學(xué)腐蝕，降低水處理藥劑投放效果，致使水冷設(shè)備腐蝕、穿孔、泄漏加劇。

(5)氨氮對(duì)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)水系統(tǒng)出現(xiàn)氨泄漏時(shí)，菌群大劇增，生物粘泥量增大，導(dǎo)致水處理車(chē)間水質(zhì)分析數(shù)據(jù)異常，循環(huán)水水質(zhì)惡化，致使換熱設(shè)備腐蝕、結(jié)垢趨勢(shì)增大，降低設(shè)備的換熱能力，能耗和生產(chǎn)成本大大提高。

1.2 氨泄露采取措施

首先，需要盡快查找氨泄漏點(diǎn)，一旦查出及時(shí)關(guān)閉或采取隔離、堵漏等措施，這是最有效的解決措施。當(dāng)泄漏點(diǎn)切除后，應(yīng)進(jìn)行殺菌剝離處理，投加氧化性殺菌劑，循環(huán)運(yùn)行數(shù)小時(shí)，然后添加非氧化性殺菌劑運(yùn)行數(shù)小時(shí)。換水至濁度小于10NTU，轉(zhuǎn)正常運(yùn)行進(jìn)行控制。如若確保循環(huán)水在氨泄漏情況下長(zhǎng)周期安全運(yùn)行可加大排污、置換，降低濃縮倍數(shù)；調(diào)整藥劑投加方式及投加量，控制微生物。

2 二氧化碳泄露異常處理

2.1 二氧化碳泄露現(xiàn)象

泄漏初期pH值變化不明顯或逐漸呈下降趨勢(shì)，總堿度緩慢呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；循環(huán)水系統(tǒng)加酸量明顯減少；同時(shí)，水泵葉輪表面有結(jié)垢現(xiàn)象。

2.2 采取措施

查找泄漏點(diǎn)，一旦查出及時(shí)關(guān)閉或采取隔離、堵漏等措施，這是最有效的解決措施。泄漏期間，適當(dāng)降低濃縮倍數(shù)，適當(dāng)加酸將pH控制在下限，減小系統(tǒng)結(jié)垢趨勢(shì)。增大阻垢分散劑添加濃度，阻止碳酸鈣晶體的生成，提高碳酸鈣析出時(shí)的過(guò)飽和度，使鈣離子不致沉積在設(shè)備表面。

3 酸性物質(zhì)泄漏異常處理

3.1 酸性物質(zhì)泄漏現(xiàn)象

酸性物質(zhì)泄漏循環(huán)水的pH值發(fā)生突變；堿度降低。同時(shí)會(huì)增加碳鋼設(shè)備的腐蝕，引起循環(huán)水中總鐵升高，水呈現(xiàn)銹黃色或淡紅棕色。

3.2 采取措施

采用先總管后支管再換熱器進(jìn)、出口水管的方式測(cè)定循環(huán)水進(jìn)出口的pH值，查找泄漏點(diǎn)，查出后及時(shí)采取隔離、堵漏等措施。立即對(duì)循環(huán)水加大置換，降低濁度，穩(wěn)定pH值，盡量不要采用加堿等辦法，以防止氧化鐵的二次沉積。適當(dāng)加大阻垢緩蝕劑藥品的添加量，以控制系統(tǒng)發(fā)生腐蝕和結(jié)垢。酸性物質(zhì)泄漏處理結(jié)束后，需對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)膜處理，用正常運(yùn)行藥品濃度的3～5倍，進(jìn)行基礎(chǔ)添加，運(yùn)行3～5天后轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。

4 濃縮倍數(shù)異常

濃縮倍數(shù)是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)化學(xué)處理運(yùn)行管理中一個(gè)重要指標(biāo)，提高系統(tǒng)濃縮倍數(shù)是一個(gè)涉及設(shè)計(jì)、設(shè)備、水質(zhì)、溫差、排污控制等多方面的系統(tǒng)工程，影響因素如：

(1)調(diào)查排污水量是否過(guò)量；

(2)調(diào)查旁濾裝置是否損壞，導(dǎo)致旁濾裝置持續(xù)反沖洗或反沖洗頻率加大；

(3)調(diào)查補(bǔ)充水量是否過(guò)量。

參考冷卻水溫差、循環(huán)水量，理論上計(jì)算蒸發(fā)水量，根據(jù)之前設(shè)定的濃縮倍數(shù)計(jì)算排污水量，如此得出理論補(bǔ)充水量；該數(shù)值與實(shí)際補(bǔ)充水量相比較，在維持水池水位平衡的前提下，如實(shí)際補(bǔ)充水量遠(yuǎn)大于理論補(bǔ)充水量，說(shuō)明系統(tǒng)可能有正常排污水量之外的水量漏失；如實(shí)際補(bǔ)充水量小于理論補(bǔ)充水量，說(shuō)明可能有外部水源串接至系統(tǒng)；如此應(yīng)詳細(xì)調(diào)研系統(tǒng)有無(wú)設(shè)計(jì)之外場(chǎng)所使用循環(huán)冷卻水，如沖洗地，澆灌花木等等，同時(shí)調(diào)查循環(huán)水池及地下管路有無(wú)嚴(yán)重滲漏水；循環(huán)冷卻水溫差是否較小；殺菌藥品添加頻率是否異常；根據(jù)以上幾方面的原因逐一排查，有針對(duì)性地解決問(wèn)題。

5 濁度超標(biāo)

當(dāng)循環(huán)水濁度超標(biāo)，可從以下幾方面查找原因：

(1)檢查補(bǔ)充水的濁度是否符合要求，如補(bǔ)充水的濁度較高而引起循環(huán)水濁度上升，則應(yīng)從源頭抓起，降低補(bǔ)充水的濁度；

(2)檢查旁濾池的出水效果；如旁濾池的進(jìn)出口濁度差不多，應(yīng)檢查旁濾量是否太大了超過(guò)了其設(shè)計(jì)能力、旁濾池內(nèi)生物粘泥大量繁殖，影響了出水效果、考慮更換濾料或?qū)V池進(jìn)行改造；

(3)檢查系統(tǒng)濃縮倍數(shù)是否太高；

(4)檢查裝置有無(wú)泄漏；

(5)檢查微生物控制狀況及粘泥量，是否由于粘泥大量生成導(dǎo)致濁度升高；

(6)冷卻塔周?chē)沫h(huán)境，如粉塵等也會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水濁度升高；

(7)調(diào)查是否是因?yàn)樘鞖庖蛩?，如沙塵天氣、刮風(fēng)天氣影響等。

6 結(jié)語(yǔ)

煤化工企業(yè)是一個(gè)能耗大戶(hù)，面對(duì)新疆特有的煤礦資源，但水資源相對(duì)匱乏，大力發(fā)展煤化工企業(yè)所需要解決的就是如何綜合利用水資源的瓶頸，對(duì)于煤合成氨車(chē)間換熱設(shè)備泄漏現(xiàn)象較為常見(jiàn)，要最大限度地降低物料泄漏對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的危害，必須采用綜合治理的方法對(duì)循環(huán)水水質(zhì)嚴(yán)格控制。循環(huán)水水質(zhì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到煤合成氨工段水冷器的效率和壽命，換熱器設(shè)備物料的泄漏直接導(dǎo)致循環(huán)水水質(zhì)變差，甚至循環(huán)水系統(tǒng)要恢復(fù)正常需要很長(zhǎng)一段時(shí)間，所以提出以下建議：

(1)加強(qiáng)循環(huán)水水質(zhì)的日常監(jiān)測(cè)，一方面定期投加氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑，抑制菌群的大量繁殖，針對(duì)波動(dòng)較大的數(shù)據(jù)要及時(shí)尋找原因，避免循環(huán)水水質(zhì)惡化現(xiàn)象的出現(xiàn)；另一方面，為了延長(zhǎng)換熱設(shè)備的使用壽命，向循環(huán)水系統(tǒng)投加緩蝕阻垢劑。

(2)對(duì)于容易引起物料泄漏的換熱設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)允許的條件下更換成耐腐蝕的碳鋼設(shè)備，或使用防腐阻垢涂料涂覆換熱器設(shè)備。