氯化氫合成爐循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)改善措施

尚洋洋 高偉 劉大莉 中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司

一、裝置現(xiàn)狀

由于氯化氫合成爐運行時燃燒段溫度高（70～99℃），使用純水對燃燒段進行循環(huán)降溫，純水在常溫下pH值為7，但隨著溫度的升高促進了水的電離，pH值變小，從而腐蝕碳鋼設備及管道，水質(zhì)pH值低且長期沖刷管道內(nèi)壁，造成碳鋼管道焊口和部分管道彎頭頻繁出現(xiàn)蝕孔，在應急情況下采用打卡子進行堵漏，雖然暫時解決了泄漏問題，但循環(huán)水仍然對管道腐蝕，長此以往蝕孔擴大造成大量循環(huán)水流失，增加了生產(chǎn)成本和維修費用。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在自然環(huán)境下長期運行，不斷蒸發(fā)濃縮的過程中，水中的有害離子成倍增加，再加上大氣中的風沙灰塵，冷卻塔在室外常年受陽光照射，風吹雨淋，灰塵、雜物的飄落會產(chǎn)生結(jié)垢和微生物的滋生，附著在合成爐石墨表面的水垢長期積累增厚降低了循環(huán)水對設備的冷卻效果，正常運行時進行酸洗不僅縮短合成爐鋼制殼程使用壽命，且存在其他安全風險，停車酸洗則會影響生產(chǎn)負荷。

二、影響循環(huán)水水質(zhì)的主要因素

第一，溶解氧濃度。純水內(nèi)的溶解氧會腐蝕金屬，可達到陰極去極化劑的功能，進而加速金屬腐蝕速率。此外，在氧濃度很低的條件下，同樣會出現(xiàn)腐蝕情況，當氧含量越高時，腐蝕速度則越快。

第二，由于氯離子（Cl-）具有較高極化度及小半徑等特征，因此，其極性、穿透性較強，能夠在金屬表面快速吸附，尤其是在金屬表面成膜缺陷部位或其他薄弱部位。

第三，pH值。水的PH值為4～10時，碳鋼的腐蝕速率保持一致，基本上無變化。當溶解氧濃度增高的情況下，將會影響腐蝕全過程，一般來講，氧擴散速率相同，腐蝕速率不會發(fā)生變化。

第四，溫度。于氧擴散控制的密閉系統(tǒng)的腐蝕而言，伴隨溫度的變化，腐蝕速率也會有所改變，比如，溫度越高，腐蝕速率越快。究其原因在于溫度增加之后，氧濃度并不會降低，這種情況下，在高溫作用下，將大大加快高氧和Cl-的擴散速度。

第五，流速。一般來講，流速加快，將進一步加快氧附著金屬表面的速度，進而導致腐蝕嚴重化。若水內(nèi)含有Cl-，則碳鋼不會出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，這種情況下，流速加快必定會帶來大量氧，加速腐蝕。按照相關規(guī)定要求，每秒鐘1.5m為碳鋼允許的最大水流速度，若水流速度在每秒鐘0.3m以內(nèi)，則會不斷增加腐蝕產(chǎn)物和污垢的沉積，出現(xiàn)垢下局部腐蝕情況。

三、氯化氫合成爐循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)改善措施

針對氯化氫合成爐循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)問題，決定在循環(huán)純水中加入適量緩蝕劑，從而改善水質(zhì)。具體情況如下：

（一）緩蝕劑保護的優(yōu)點

當一定量緩蝕劑摻加到循環(huán)純水內(nèi)，在金屬表面極易形成一層溶解難度較大的保護膜。該保護膜主要形成源于2類，其一，氧化物膜，主要由緩蝕劑氧化金屬表面所形成；其二，沉淀膜，主要由緩蝕劑與腐蝕介質(zhì)中分子或離子反應形成。那么，緩蝕劑保護的優(yōu)點主要包括以下幾類：

第一，保護作用良好。通過摻加適量的緩蝕劑，保護效果顯著，一般可達到100%。通過緩蝕劑保護可以保護金屬腐蝕的均勻性，還可保護其他腐蝕，比如應力腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等。配合使用多種緩蝕劑，還能對腐蝕介質(zhì)接觸的多種金屬材料進行保護。此外，緩蝕劑除了降低金屬腐蝕速率之外，還能對金屬的機械強度、加工性能進行有效保護。

第二，緩蝕劑在使用過程中，相對較為方便，極易操作，技術難度小。

（二）緩蝕劑保護的缺陷

對于材料—環(huán)境體系而言，緩蝕劑的針對性很強，因此，可以根據(jù)實際情況，通過試驗測定的方式確定相適應的緩蝕劑配方，并確定相關參數(shù)。通常來講，僅在封閉或循環(huán)體系內(nèi)使用緩蝕劑，高溫條件下不宜使用，換言之就是在150℃以內(nèi)才可應用緩蝕劑。此外，緩蝕劑的使用還具有一定局限性，比如不能用于不允許污染的產(chǎn)品及生產(chǎn)介質(zhì)的場合，同時，在腐蝕性較強的介質(zhì)內(nèi)，比如酸等，同樣不會長期使用緩蝕劑作為保護方法。

（三）緩蝕劑實施措施

水質(zhì)處理中常用的緩蝕劑：有機磷酸鹽、聚磷酸鹽、硅酸鹽、鋅鹽、鉻酸鹽和重鉻酸鹽等。氯化氫合成爐燃燒段采用純水作為循環(huán)水，并配備獨立涼水塔，涼水塔容量約500m3，冷卻塔減速機風量：（60×104m3/h全壓127.5Pa）主軸轉(zhuǎn)速240r/min，設3臺160kW泵輸送純水對7臺SZL-1600氯化氫合成爐燃燒段進行循環(huán)降溫，換熱總面積約1300m2，正常運行時可做到兩開一備，裝置開車初期向純水池內(nèi)加入一定量的緩蝕劑，定期進行檢測。

（1）通過用純水逐步置換，使其中氯離子的含量降低到50×10-6，鈣離子含量降低到10×10-6，濁度降低到20×10-6以下時，即可進行加藥。

外觀：白色粉末狀固體；磷、氮含量小于1.5%；pH值（1%水溶液）：7～9；熱分解溫度＞300℃；對碳鋼的腐蝕率≤0.075 mm/a。

（2）在純水中加入緩蝕劑，第一次加入量為0.5%，每運行8h排污一次，直到溶液控制指標合格，基本呈無色透明即可。

（3）保持循環(huán)貯槽中的水位，正常情況下，每周在各排污口排水，每次排污至色澤變清澈、透明。

（4）每天取樣分析，根據(jù)分析數(shù)據(jù)決定加藥多少。該系統(tǒng)的水溫比較高，但對藥劑要求更高，要求緩蝕劑必須滿足以下三個條件，第一，pH值7.0～8.5；第二，緩蝕劑不能對石墨的浸漬樹脂有反應；第三，緩蝕劑有好的緩蝕性能。只要能同時滿足以上3個條件，系統(tǒng)中的設備壽命將會大大延長。為了保持系統(tǒng)效果穩(wěn)定，藥劑濃度控制在1.6 g/L以上。

四、結(jié)束語

綜上所述，合成爐冷卻水系統(tǒng)加緩蝕劑后，氯化氫合成系統(tǒng)運行效果良好，燃燒段出口冷卻水溫度滿足規(guī)定要求，既避免了視鏡、點火孔墊片老化泄漏問題，又解決了石墨套筒結(jié)垢問題，保證了合成爐長期安全穩(wěn)定運行。