合成氨系統(tǒng)中循環(huán)冷卻水的腐蝕與控制探討

王俊琴 顧學文

摘 要：近年來在合成氨系統(tǒng)實際運行的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)循環(huán)冷卻水的腐蝕問題，對整體系統(tǒng)的良好運行與發(fā)展會造成不利影響。因此，在實際工作中應(yīng)重點分析合成氨系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水腐蝕問題發(fā)生原因，全面開展腐蝕的控制工作，有效預(yù)防腐蝕問題帶來的影響，為其后續(xù)發(fā)展夯實基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：合成氨系統(tǒng);循環(huán)冷卻水;腐蝕;控制

0 引言

合成氨系統(tǒng)中的循環(huán)冷卻水，主要作用就是帶走生產(chǎn)中被冷介質(zhì)的熱量，與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，其具有節(jié)約水資源的優(yōu)勢，以你目前得到廣泛應(yīng)用。但是，在合成氨系統(tǒng)循環(huán)冷卻水實際應(yīng)用的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)腐蝕問題，對系統(tǒng)的運行造成損害。因此，在實際工作中應(yīng)有效開展合成氨系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的腐蝕防控工作，定期開展清潔工作，嚴格進行控制，達到預(yù)期的工作目的。

1 合成氨系統(tǒng)循環(huán)冷卻水腐蝕機理與形態(tài)

1.1 腐蝕機理分析

合成氨系統(tǒng)循環(huán)冷卻水具有電導(dǎo)性，其中存在能夠使金屬氧化的溶解氧，在循環(huán)冷卻水遇到碳鋼之后，會形成熱力學的不穩(wěn)定系統(tǒng)，產(chǎn)生氧化還原的電化學腐蝕反應(yīng)。其腐蝕機理的公式為：陽極：Fe=Fe2++2e，陰極：O2+ 2H2O+4e=4OH-，水中總反應(yīng)：Fe2++2OH-=Fe（OH）2。

1.2 腐蝕的形態(tài)分析

合成氨系統(tǒng)循環(huán)冷卻水腐蝕的過程中，金屬腐蝕形態(tài)具有多元化的特點，主要表現(xiàn)為：①均勻性的腐蝕。指的是在金屬表面上有均勻的腐蝕，其危害性較小，一般情況下在設(shè)備制造中就已經(jīng)考慮到這類問題，而且預(yù)先設(shè)置了腐蝕裕量;②電偶性的腐蝕。通常情況下，電偶性的腐蝕，主要發(fā)生在電氣設(shè)備中，例如：黃銅材質(zhì)的換熱器在運行期間，與碳鋼管板之間的循環(huán)冷卻水出現(xiàn)了電偶腐蝕的反應(yīng);③縫隙類型的腐蝕，又被稱作是垢下腐蝕，在換熱器中的側(cè)面有結(jié)構(gòu)現(xiàn)象的時候，沉積層的下側(cè)區(qū)域就有循環(huán)冷卻水進入到縫隙中，形成氧濃差，出現(xiàn)電池腐蝕的現(xiàn)象;④斑點類型的腐蝕。在設(shè)備表面出現(xiàn)了不均勻的銹瘤，循環(huán)冷卻水經(jīng)過之后，會出現(xiàn)斑點腐蝕;⑤選擇類型的腐蝕。具有選擇性的特點，如：黃銅管出現(xiàn)了脫鋅的現(xiàn)象，在循環(huán)冷卻水的影響之下導(dǎo)致金黃色改變成為銅紅色。

2 合成氨系統(tǒng)中循環(huán)冷卻水腐蝕的影響因素

一般情況下，相關(guān)合成氨系統(tǒng)中循環(huán)冷卻水腐蝕的影響因素，表現(xiàn)為以下幾點：

2.1 pH值的影響因素

一般情況下，pH值會對金屬氧化物的溶解度產(chǎn)生直接影響，數(shù)值越低金屬的腐蝕速度就越快，如果相關(guān)部門不能嚴格進行pH值的控制，將會誘發(fā)嚴重的腐蝕問題。

2.2 陰離子影響因素

部分陰離子對不銹鋼與碳鋼會咋成腐蝕，例如：氧根陰離子、硫酸根陰離子，在與金屬接觸之后均會發(fā)生腐蝕反應(yīng)。而部分陰離子還有著腐蝕的抑制作用，例如：磷酸根陰離子、硅酸根陰離子，均能夠產(chǎn)生腐蝕的抑制效果。

2.3 金屬離子影響因素

部分金屬離子的出現(xiàn)，會導(dǎo)致金屬的腐蝕速度加快，例如：鐵離子、鈣離子會導(dǎo)致金屬的腐蝕速度加快，而部分金屬離子還能控制腐蝕，如：鋅離子具有腐蝕的緩解作用。

2.4 硬度與溶解氧影響因素

一般情況下，硬度適中會對循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中的設(shè)備起到保護作用，有效預(yù)防腐蝕問題。而溶解氧會對鐵有腐蝕，對不銹鋼起到一定的緩解腐蝕作用。不同的情況與環(huán)境，會引起不同的反應(yīng)，可結(jié)合實際情況進行分析[1]。

2.5 其他影響因素

在合成氨系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水方面，還有其他的腐蝕影響因素，如：循環(huán)冷卻水流動速度較低的情況下，懸浮物會誘發(fā)水垢下腐蝕的問題，水流速度較高的情況下，懸浮物會誘發(fā)磨損腐蝕的問題;循環(huán)冷卻水溫度在77攝氏度以下的時候，隨著水體溫度的升高，腐蝕問題會更加嚴重，而溫度在77攝氏度以下的時候，溫度升高則會降低腐蝕問題的發(fā)生率;如果循環(huán)冷卻水中存在微生物，沒有得到良好控制，會導(dǎo)致設(shè)備遭到嚴重的腐蝕。

3 合成氨系統(tǒng)循環(huán)冷卻水腐蝕的控制措施

3.1 豐富腐蝕控制方法

在對合成氨系統(tǒng)循環(huán)冷卻水腐蝕進行控制的過程中，應(yīng)豐富具體的控制方法，有效改善目前的現(xiàn)狀。

3.1.1 電化學保護法

該方法的應(yīng)用目的在于通過屏障、外加電流兩種保護措施控制腐蝕。一般情況下，碳鋼在水中發(fā)生腐蝕的過程中，腐蝕電池的陽極反應(yīng)為Fe=Fe2++2e，所金屬鐵會不斷溶解。而陰極反應(yīng)為O2+2H2O+4e=4OH-，不會出現(xiàn)溶解的現(xiàn)象，這也可以表明，陰極不會受到循環(huán)冷卻水的腐蝕。按照這個腐蝕特點，在采用電化學保護法的過程中，主要在外部設(shè)置屏障或者外加電流，使得換熱器成為腐蝕電池中的大陰極，達到良好的保護目的[2]。

3.1.2 涂料覆蓋的控制方法

目前國外在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，已經(jīng)開始利用涂料覆蓋法進行換熱器的處理，可以使得碳鋼表面與循環(huán)冷卻水之間相互隔離，不會直接接觸，可達到良好的預(yù)防腐蝕目的。我國也可以借鑒此類方式，從根本上進行腐蝕問題的控制[3]。

3.1.3 緩蝕劑的方法

緩蝕劑屬于當前國際廣泛應(yīng)用的換熱器腐蝕控制措施，主要就是在循環(huán)冷卻水中加入少量緩蝕劑，降低腐蝕速率，甚至還能停止腐蝕。雖然在直流循環(huán)水中應(yīng)用緩蝕劑會花費很多成本，但是在循環(huán)冷卻水中添加緩蝕劑，不僅實用性高，效果也很明顯。一般情況下，緩蝕劑的類型較多，作用機理也存在差異，所以，在選擇緩蝕劑的過程中，應(yīng)該按照實際情況仔細分析，篩選最佳的緩蝕劑，如：氧化膜類型的緩蝕劑，在應(yīng)用的過程中，可以使得金屬表面氧化，形成較為嚴密的耐腐蝕鈍化膜，可以應(yīng)用在腐蝕控制的工作中;對于一些已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的設(shè)備來講，可以應(yīng)用沉淀膜類型緩蝕劑，可在設(shè)備表面上形成難以溶解的沉淀物，阻止金屬繼續(xù)腐蝕。

3.2 制定完善的腐蝕控制工作方案

合成氨系統(tǒng)循環(huán)冷卻水腐蝕控制的工作中，在選擇控制方法之后，還需制定完善的控制方案。首先，由于影響腐蝕的因素較多，因此，應(yīng)該先做好水質(zhì)的分析工作，全面了解循環(huán)冷卻水的水質(zhì)情況，預(yù)測可能會出現(xiàn)的腐蝕問題，采用有效措施進行控制。如：循環(huán)冷卻水分析的工作中如果發(fā)現(xiàn)某些加速腐蝕的離子超標，就可以加大排水與補水量，減少離子的含量，這樣能夠有效進行腐蝕的控制。如若控制腐蝕的藥劑損失量加大，就應(yīng)該針對藥劑配方進行調(diào)整，確保符合腐蝕控制的標準。其次，定期開展循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的清潔工作與預(yù)設(shè)膜處理工作，主要因為系統(tǒng)在長時間運作的過程中，可能會有沉積水垢、滋生菌藻的現(xiàn)象，即使能夠保證水質(zhì)，也會有濁度升高的現(xiàn)象，在濁度達到一定標準之后會產(chǎn)生沉積物，對系統(tǒng)的運行效率造成影響，還會誘發(fā)腐蝕問題，因此，需要定期開展清潔與維護工作，保證系統(tǒng)的正常運行。最后，要求相關(guān)部門做好循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的監(jiān)測工作，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕問題，采用有效措施解決問題。一般情況下，在具體的監(jiān)測工作中應(yīng)設(shè)備專業(yè)的監(jiān)測系統(tǒng)，全面分析循環(huán)冷卻水的水質(zhì)，并模擬熱介質(zhì)的進出口溫度，設(shè)置循環(huán)冷卻水旁路，不僅可以全面了解腐蝕狀態(tài)，還能真實反映出水垢情況，便于全面性的開展處理工作。值得注意的是，在日常工作中應(yīng)該總結(jié)豐富經(jīng)驗，根據(jù)合成氨系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水運行現(xiàn)狀，合理進行系統(tǒng)的分析與監(jiān)測，安排專業(yè)的人員開展監(jiān)督管理工作，動態(tài)化進行分析，一旦發(fā)現(xiàn)有腐蝕問題，就要立即進行處理，以免影響整體系統(tǒng)的正常運作。

4 結(jié)語

近年來在合成氨系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)循環(huán)冷卻水腐蝕的現(xiàn)象，不能確保設(shè)備的正常運行，甚至會發(fā)生嚴重的經(jīng)濟損失。因此，在實際工作中應(yīng)嚴格進行腐蝕問題的控制，全面了解腐蝕的影響因素，并篩選最佳的腐蝕控制方法，制定完善的工作方案，通過有效措施規(guī)避腐蝕問題所帶來的影響，形成良好的腐蝕控制工作模式與機制，從根本上控制合成氨系統(tǒng)中循環(huán)冷卻水的腐蝕問題，確保設(shè)備的正常運行。

參考文獻：

[1]盧葉艇，游兆金，沈亞芳.冷凍水進入對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕影響及對策[J].核動力工程，2017，38（z2）：131-135.

[2]李紅軍，張健，王巖.氨冷卻器的腐蝕原因分析與改進措施[J].化工設(shè)計通訊，2017，43（12）：122-239.

[3]時利香，王信粉，李薇，等.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)新型緩蝕劑應(yīng)用進展[J].應(yīng)用化工，2019，48（10）：2427-2430.