合成氨系統換熱器漏氨條件下循環水長周期安全運行對策

門春艷，李國峰

（新疆應用職業技術學院，新疆 奎屯 833200）

實踐企業年產能達40 萬噸合成氨，70 萬噸合成尿素，12 萬噸合成三聚氰胺。循環水采用敞開式循環冷卻水工藝，分別為氣化車間、變換工段、合成氨車間提供合格的循環水。循環水系統水冷器有碳鋼、不銹鋼和少量的銅材質。該廠循環水系統采用氧化性殺菌劑次氯酸鈉（NaClO）和非氧化性殺菌劑有機溴復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垢現象。該廠自2012 年投入生產以來，循環水系統保持安全長周期運行狀態，但在2018 年6 ～11 月，合成氨車間水冷器E1805 突然發生漏氨，使大量的氨進入循環水系統，給循環水的控制帶來威脅。為確保正常生產運行，有效地控制菌藻的滋生，制定漏氨情況下循環水系統運行方案，保證了循環冷卻水在漏氨情況下長周期安全運行。

1 循環水系統出現異常

（1）通過循環水池中水質日常觀察，發現大量的菌藻類微生物繁殖滋生，導致循環水散發出腥臭味，水的濁度上升，顏色變為黃褐色，水質明顯不如以往。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，意圖在短時間內阻斷菌藻類微生物的繁殖。

（2）通過近幾日報表數據，循環水中pH 值呈現先上升而后逐漸下降，最初我們判斷加酸過多造成，系統開始減少加酸，經過幾天的觀察，循環水中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）經取循環水水樣分析，水中的氨的含量超標，同時硝酸根和亞硝酸根也遠遠超出正常指標（5mg/L），水中化學需氧量（COD）、異氧菌呈現異常，雖日常不斷增加殺菌劑的投放量和投放次數，但這些指標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 含量遠大于循環水總供水COD 含量，這說明合成氨車間水冷器E1805 出現了嚴重的漏氨。

2 漏氨的危害

（1）產生硝化菌群，生成亞硝酸和硝酸，亞硝酸是還原性的物質，投加的氧化性殺菌劑NaClO 全部將亞硝酸轉化成硝酸才能起到殺菌的效果，因此，出現水中的余氯不達標，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料，微生物會加速繁殖，導致生物粘泥堆積，附著在換熱設備的表面，降低換熱設備的換熱效果；粘泥的沉積會破壞金屬的保護膜，粘泥附著的金屬表面會形成氧濃差電池，發生沉積物下腐蝕，其腐蝕產物又促進了鐵細菌的生長，在金屬表面形成鐵瘤，形成惡性循環。

（3）影響循環水pH 值變化，會導致循環水pH 急劇上升，如反應（1），pH 值急劇升高會引起循環水中碳酸鹽的形成，加速換熱器表層的結垢；同時，由于循環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）等強酸性物質，如反應（2）和（3），最終致使循環水的PH值急劇下降。

（4）生物粘泥對設備的危害，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；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。生物粘泥的產生阻礙了緩蝕劑和防腐劑到達金屬表面，使粘泥和垢下無法形成保護膜，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。 反應如下（4）和（5），綜上所述，在循環水出現漏氨情況下，菌藻大量滋生繁殖使水質分析數據異常，水質惡化，致使系統腐蝕、結垢趨勢增大，降低換熱器的換熱能力，增大能耗和生產成本，所以必須加強殺菌處理，確保水質穩定。

圖1 粘泥故障發生部位

3 漏氨情況下循環水系統運行方案

（1）盡快查找和切除漏氨源頭。循環水系統出現氨泄漏情況應及時查找并切除漏氨源頭，如沒有備用的換熱設備，應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備腐蝕或穿孔，使循環水中氨含量始終保持在一個可控的范圍內。

（2）及時檢測和控制循環水pH 值變化。氨泄漏直接導致循環水中的PH 值持續下降，為控制PH 值在正常指標范圍應及時向循環水中投加一定量的純堿（Na2CO3），可有效避免循環水因酸性而導致換熱設備的腐蝕現象。

（3）調整漏氨情況下循環水加藥方案。在換熱器不漏氨，循環水中氨含量小于10mg/L 的情況下，每日投加殺菌劑次氯酸鈉進行殺菌滅藻，就能確保循環水運行正常。當出現漏氨情況，水中的亞硝酸根含量大于1mg/L 時，再單獨地投加氧化性殺菌劑次氯酸鈉就無法監測到水中的余氯，當亞硝酸根含量大于10mg/L，次氯酸鈉消耗量明顯大幅提高，余氯監測不到，水中COD 含量急劇升高、系統粘泥增多、水質持續惡化。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溴輔助殺菌劑同時投放的方式，因為在氨泄漏情況下，氨使循環水中的pH 值先呈現堿性而后逐漸呈現酸性，當循環水中pH 值呈酸性時次氯酸鈉的殺生效果較好；當pH 值呈堿性時，氨與次氯酸鈉反應會大大降低次氯酸鈉的殺菌效果，而有機溴會與次氯酸鈉反應生成的次溴酸能增強殺菌效果。通過分析水中的余氯，發現很好地抑制了菌藻的繁殖滋生。

（4）多開風機，降低循環水水溫，加大循環水流速，控制微生物的繁殖和沉積，降低換熱器內部的嚴重腐蝕。

4 結語

合成氨車間換熱器漏氨現象較為常見，要最大限度地降低漏氨對循環水系統的危害，必須采用綜合治理的方法對循環水水質嚴格控制：首先密切關注循環冷卻水中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換熱設備結垢、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，制定漏氨情況下循環水系統運行方案，確保主裝置高負荷、安全穩定運行的需要。