循環(huán)水系統(tǒng)掛片腐蝕率超標原因分析及改進措施

簡耀先

（貴州開陽化工有限公司，貴州開陽 550399）

0 引 言

循環(huán)水處理的目的主要是防止換熱設(shè)備結(jié)垢，避免換熱設(shè)備因結(jié)垢而造成換熱效率下降等，進而影響生產(chǎn)。對于易腐蝕的碳鋼和銅材質(zhì)設(shè)備，為避免金屬腐蝕導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備換熱效率下降及設(shè)備過早報廢，一般通過投加相應(yīng)的緩蝕劑控制設(shè)備及管道的腐蝕速率，同時加強循環(huán)水系統(tǒng)的殺菌滅藻和黏泥剝離工作，避免設(shè)備由于菌藻和黏泥滋生造成換熱效率下降及垢下腐蝕。工業(yè)生產(chǎn)中，一般通過循環(huán)水系統(tǒng)掛片來監(jiān)測循環(huán)水水質(zhì)對金屬材料的腐蝕情況，進而判斷或推斷循環(huán)水水質(zhì)對工藝管道和設(shè)備的影響，實際生產(chǎn)中循環(huán)水系統(tǒng)往往會出現(xiàn)掛片腐蝕率偏高甚至超標的現(xiàn)象，以下針對這個問題進行原因分析，并總結(jié)降低循環(huán)水系統(tǒng)掛片腐蝕率的改進措施，以改善循環(huán)水系統(tǒng)的運行環(huán)境，保證循環(huán)水水質(zhì)。

1 循環(huán)水系統(tǒng)概況

貴州開陽化工有限公司（簡稱開陽化工）現(xiàn)隸屬于貴州磷化（集團）有限責(zé)任公司，其一期500kt／a合成氨項目屬貴州省重點建設(shè)項目、貴陽循環(huán)經(jīng)濟（國家）生態(tài)工業(yè)示范基地的重點項目，作為整套裝置“血液”的循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水水質(zhì)的控制對于裝置的長周期穩(wěn)定運行尤為重要。

開陽化工500kt／a合成氨裝置配套有2套循環(huán)水系統(tǒng)，分別為一循環(huán)冷卻水系統(tǒng)（簡稱一循）、二循環(huán)冷卻水系統(tǒng)（簡稱二循）。來自各用戶的循環(huán)回水（42℃）至水處理車間的壓力為0.20～0.25MPa，帶壓上至冷卻塔 （涼水塔），經(jīng)冷卻塔冷卻降溫至32℃后依靠重力流入吸水池，再由循環(huán)水泵加壓送至各用戶：一循供給空分車間、熱電車間，二循供給氣化框架、磨煤干燥、渣水處理、變換、氨合成壓縮、氨回收、硫回收、冷凍站、液氮洗、低溫甲醇洗等系統(tǒng)。水處理車間的主要任務(wù)是維護涼水塔及其風(fēng)機、循環(huán)水泵、汽輪機及其輔機設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，同時對循環(huán)冷卻水進行化學(xué)處理，以防用水設(shè)備腐蝕、結(jié)垢、菌藻滋生。其中，一循的用水設(shè)備材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼、黃銅，二循的用水設(shè)備材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼，循環(huán)水系統(tǒng)的相關(guān)運行參數(shù)見表1。

表1 循環(huán)水系統(tǒng)的相關(guān)運行參數(shù)

2 循環(huán)水系統(tǒng)掛片腐蝕率情況

開陽化工于2019年12月28日開始在其循環(huán)水系統(tǒng)投加某公司的水處理藥劑，一循和二循于2020年1月7日完成清洗預(yù)膜后轉(zhuǎn)入正常運行狀態(tài)。2020年6月，一循緩蝕阻垢劑使用量1.794t、非氧化性殺菌劑使用量375kg，二循緩蝕阻垢劑使用量3.3t、非氧化性殺菌劑使用量625kg，一循、二循均未投加黏泥剝離劑；一循循環(huán)水濃縮倍數(shù)5.80～7.20、pH＝7.61～8.73、濁度5.62～12.10NTU、Cl-含量63～141mg／L、總鋅0.78～1.69mg／L；二循循環(huán)水濃縮倍數(shù)5.70～7.03、pH ＝7.76～8.64，濁度5.67～18.25NTU、Cl-含量45～135mg／L、總鋅0.81～1.56mg／L。一循、二循循環(huán)水水質(zhì)指標基本上均在許可范圍內(nèi)，但出現(xiàn)部分碳鋼掛片腐蝕率偏高甚至超標的情況。2020年6月16日—7月15日共計29d掛片腐蝕率監(jiān)測數(shù)據(jù)（均值）見表2?？梢钥闯觯?塊碳鋼掛片的腐蝕率接近國標限值（國標要求碳鋼腐蝕率≤0.075mpy，下同），有3塊碳鋼掛片的腐蝕率超過國標限值。從碳鋼掛片的腐蝕率來看，一循、二循循環(huán)水水質(zhì)情況不好，會影響合成氨裝置中水冷設(shè)備的運行狀況。

表2 2020年6月16日—7月15日循環(huán)水系統(tǒng)掛片腐蝕率監(jiān)測數(shù)據(jù)（均值）

3 掛片腐蝕率超標的原因分析與排查

從循環(huán)水系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和掛片腐蝕現(xiàn)象來看，至2020年6月時循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼掛片出現(xiàn)明顯的腐蝕點，腐蝕速率接近或超過國標，為查清掛片腐蝕速率超標的原因，從以下幾個方面進行了分析與排查。

3.1 掛片方式

掛片裝置采用螺絲固定方式，2020年6月檢查發(fā)現(xiàn)固定處損壞，一循掛片側(cè)面全部緊貼支撐桿，接觸面積較大，接觸的地方循環(huán)水的流動性較差，長時間運行容易附著黏泥等物質(zhì)，從而導(dǎo)致垢下腐蝕；二循掛片方式與一循相同，2020年6月檢查時發(fā)現(xiàn)掛片側(cè)面腐蝕嚴重。隨后，對一循、二循掛片方式進行了初步改進——采用扎帶捆綁方式代替螺絲固定，但由于條件有限，改進后掛片之間的間距仍然較小，還是比較容易附著黏泥等物質(zhì)，且還會形成電位差而造成電化學(xué)腐蝕。

3.2 監(jiān)測換熱器的進水方式

監(jiān)測換熱器的進水采用循環(huán)水泵給水，生產(chǎn)中，2套循環(huán)水系統(tǒng)均需加酸調(diào)節(jié)pH，而現(xiàn)場的pH計引水均來自于循環(huán)水泵給水側(cè)，這樣在系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)pH的硫酸還未能完全混合均勻時已測得pH，即pH計測得數(shù)據(jù)與系統(tǒng)真實pH有一定差異。

3.3 加酸方式

循環(huán)水系統(tǒng)pH調(diào)節(jié)加酸采取滿沖程快速投加的方式，投加至循環(huán)水系統(tǒng)pH降低后關(guān)閉硫酸泵，待循環(huán)水系統(tǒng)pH升高后再開啟硫酸泵，如此的投加方式會導(dǎo)致給水側(cè)pH在短時間內(nèi)出現(xiàn)急劇的變化，容易造成掛片的沖擊性腐蝕，且在給水側(cè)沖擊性投加大量殺菌劑也會增加掛片的腐蝕趨勢。

3.4 水質(zhì)管理

從2020年1—6月循環(huán)水系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)來看，2套循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水的濃縮倍數(shù)從化學(xué)清洗后慢慢提高，至2020年6月時循環(huán)水的濃縮倍數(shù)已常常超過6，濃縮倍數(shù)控制偏高會增加系統(tǒng)結(jié)垢趨勢。

循環(huán)水系統(tǒng)殺菌劑的投加頻率及投加量是否合適對于系統(tǒng)的水質(zhì)管理非常重要，殺菌劑投加量大，余氯過高會導(dǎo)致?lián)Q熱器及碳鋼掛片腐蝕，投加量少又會導(dǎo)致菌藻大量繁殖（特別是在夏季）。而2套循環(huán)水系統(tǒng)每次投加二氧化氯和次氯酸鈉均錯開循環(huán)水取樣時間，這就導(dǎo)致循環(huán)水余氯分析數(shù)據(jù)不夠全面和準確，也就無法準確判定系統(tǒng)殺菌劑投加頻率及投加量是否合適。

3.5 緩蝕阻垢劑用量

2020年1—5月一循緩蝕阻垢劑QD-685A使用量79kg／d、6月份緩蝕阻垢劑QD-685A使用量59kg／d；2020年1—5月二循緩蝕阻垢劑QD-685A使用量140kg／d、6月份緩蝕阻垢劑QD-685A使用量110kg／d?？梢钥吹剑?020年6月份藥劑用量整體偏低。原因是6月份藥劑廠家技術(shù)人員在現(xiàn)場調(diào)試自動加藥設(shè)備，初期調(diào)試過程中可能加藥量不足，從而影響循環(huán)水系統(tǒng)掛片的腐蝕率。

4 改進措施

4.1 改進掛片方式

減小掛片與支撐桿的接觸面積，增大掛片與掛片的間距，同時盡可能避免其他因素影響掛片腐蝕率，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性。

4.2 更改監(jiān)測換熱器進水

為真實地反映循環(huán)水的pH，同時減小滿沖程加酸對掛片腐蝕率的影響，經(jīng)分析與論證，將監(jiān)測換熱器進水由循環(huán)水泵給水更改為循環(huán)水系統(tǒng)回水。

4.3 優(yōu)化加酸方式

（1）穩(wěn)定、緩慢、連續(xù)投加硫酸，可使整個循環(huán)水系統(tǒng)基本上在一個穩(wěn)定的狀態(tài)下運行，對穩(wěn)定循環(huán)水pH在指標范圍內(nèi)、良好發(fā)揮藥劑的阻垢緩蝕效果、保障系統(tǒng)的長周期安全運行非常重要。為此，可將硫酸泵的沖程調(diào)小，在硫酸泵沖程調(diào)節(jié)到一定范圍后實現(xiàn)硫酸的連續(xù)穩(wěn)定投加，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下只需進行加酸量的微調(diào)，特殊情況下（如停車）降低負荷及大排大補、加殺菌劑期間多關(guān)注調(diào)節(jié)即可，不僅可降低操作人員的勞動強度和工作量，而且可避免循環(huán)水pH的較大波動，穩(wěn)定循環(huán)水pH在指標范圍內(nèi)。

（2）若循環(huán)水系統(tǒng)連續(xù)加酸長期調(diào)整不能達到理想的pH控制效果，不能實現(xiàn)連續(xù)加酸，可通過聯(lián)鎖在線pH計監(jiān)測數(shù)據(jù)在7.9～8.3來控制加酸泵的啟停，但加酸泵的沖程也必須調(diào)小，避免滿沖程加酸導(dǎo)致的系統(tǒng)沖擊性腐蝕，通過勤調(diào)整控制循環(huán)水pH在指標范圍內(nèi)。

（3）一循每次投加二氧化氯殺菌劑時，系統(tǒng)pH會略微下降，需注意觀察pH的波動，調(diào)整加酸泵沖程；二循每次投加次氯酸鈉殺菌時，系統(tǒng)pH會略微上升，但次氯酸鈉投加量并不大，可等混合均勻后觀察系統(tǒng)pH的波動情況，適當(dāng)調(diào)整加酸泵沖程。

（4）如果目前循環(huán)水系統(tǒng)不能實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定加酸，建議在循環(huán)水回水管線上再安裝1套在線pH計，以監(jiān)測循環(huán)水回水的pH，據(jù)給水和回水的pH調(diào)整系統(tǒng)的加酸量；或者將pH監(jiān)測系統(tǒng)的進水改為循環(huán)水回水。

4.4 加強水質(zhì)管理

（1）只有把循環(huán)水的濃縮倍數(shù)控制在規(guī)定指標范圍內(nèi)，才能保證化學(xué)處理的效果，節(jié)水、節(jié)藥，使系統(tǒng)運行最優(yōu)化。為保證循環(huán)水系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行，避免濃縮倍數(shù)過高后的大排大補，最好能連續(xù)排污，調(diào)節(jié)排污閥的流量，嚴格控制循環(huán)水的濃縮倍數(shù)在4～6。

（2）每次投加氧化性殺菌劑（二氧化氯和次氯酸鈉）時，盡可能在循環(huán)水取樣前半小時完成，保證系統(tǒng)余氯的準確測定，利于調(diào)控二氧化氯和次氯酸鈉的投加頻率及投加量。

（3）為避免細菌產(chǎn)生抗藥性，氧化性殺菌劑與非氧化性殺菌劑要交替投加，以保證對微生物的良好控制。

4.5 增加緩蝕阻垢劑用量

2020年7月份開始增加緩蝕阻垢劑的使用量，一循、二循的緩蝕阻垢劑使用量分別達到80kg／d和140kg／d左右，即保證一循、二循緩蝕阻垢劑QD-685A的投加量不低于前幾個月（2020年1—5月）的日均用量，以維持循環(huán)水系統(tǒng)的良好運行。

5 優(yōu)化效果

上述優(yōu)化改進措施落實后，2020年7月15日—8月14日共計30d循環(huán)水系統(tǒng)掛片腐蝕率監(jiān)測數(shù)據(jù)（均值）見表3?？梢钥吹?，掛片腐蝕率從6月份的最高0.08923mpy降至當(dāng)期的最高0.02154mpy，系統(tǒng)腐蝕率得到了很好地控制，遠優(yōu)于國標，表明所用的改進措施產(chǎn)生了很好的效果，明顯改善了循環(huán)水系統(tǒng)的運行環(huán)境。

表3 2020年7月15日—8月14日循環(huán)水系統(tǒng)掛片腐蝕率監(jiān)測數(shù)據(jù)（均值）

6 結(jié)束語

工業(yè)循環(huán)水使用過程中，只要控制好其濃縮倍數(shù)和總硬度，系統(tǒng)一般不易結(jié)垢，而作為判斷循環(huán)水水質(zhì)對金屬材料腐蝕情況的掛片，其腐蝕速率控制尤為關(guān)鍵。總結(jié)開陽化工循環(huán)水系統(tǒng)掛片腐蝕率的控制情況，我們認識到，要控制好循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕率，一方面，應(yīng)選擇合適的藥劑，采取正確的投加方案，控制適宜的投加頻率及投加量；另一方面，要優(yōu)化掛片方式、改進監(jiān)測換熱器進水方式、優(yōu)化加酸方式、精心管理循環(huán)水水質(zhì)。只有將循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕率控制好了，才能保證化工生產(chǎn)的“健康血液”供給，才能保障各生產(chǎn)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運行。