循環冷卻水水質對合成氨系統的影響及控制

吳 菲

（靈石中煤化工有限責任公司，山西 晉中 031300）

引言

眾所周知，循環冷卻水的主要作用是降低工業生產過程中所產生的熱量，確保生產系統的穩定運行。循環冷卻技術具有節約水資源、冷卻效率高等特點，被廣泛應用于生產行業。但是，隨著循環冷卻水的長期使用，冷卻水的水質也會變得越來越差，冷卻水的硬度、堿度以及含鹽量會逐漸增高，最終會導致系統發生結垢、腐蝕以及微生物滋生等問題。因此，加強對合成氨系統中冷卻水水質的分析與控制，對減緩系統腐蝕及結垢具有重要意義。

1 循環冷卻水水質對合成氨系統的影響

1.1 循環冷卻水腐蝕機理分析

由于循環冷卻水系統中的換熱器為金屬碳鋼材質，其表面存在很多極微小的電極，構成一個微電池。在與水接觸過程中，因水具有導電性且自帶有溶解氧，長期接觸后，碳鋼會發生氧化還原反應，進而形成電化學腐蝕現象。碳鋼金屬材質腐蝕過程，如圖1所示。

陽極反應過程：Fe→Fe2++2e。

陰極反應過程：O2+2H2O+4e→4OH-。

在冷卻水中的化學反應：Fe2++2OH-=Fe（OH）2。

1.2 冷卻水腐蝕形態分析

循環冷卻水在金屬中的腐蝕形態主要分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩種形態。均勻腐蝕是金屬的表面發生大面積均勻性腐蝕，它的腐蝕危害并不大，通常設備在設計制造過程中已經考慮到這一腐蝕問題，并預先設定了預留腐蝕余量。局部腐蝕主要包括：電偶腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕以及應力腐蝕等。其中孔蝕是循環冷卻水系統中對系統腐蝕破壞程度和隱患最大的腐蝕形態之一。孔蝕現象主要是局限在金屬層的某部分區域，大部分表面層不發生腐蝕或者發生輕微腐蝕，而局部區域發生蝕孔或者是麻點，并且隨著時間的推移腐蝕孔朝向縱深發展。孔蝕的發生通常在伴隨有侵蝕性陰離子，如Cl-，以及氧化劑存在的環境條件下，與易鈍化或合金金屬表層發生腐蝕。

2 合成氨系統中冷卻水腐蝕水冷器的主要原因分析

在合成氨系統中影響腐蝕的因素很多，因此，首先要做好冷卻水水質的分析。通過對冷卻水水質進行化驗分析，對發生腐蝕的原因做出科學判斷，進而采取針對性措施來防止腐蝕程度的進一步發展。

根據不同的工藝條件和設備材質，需要對循環水的水質采取不同的控制指標，來滿足生產需要。對循環水的pH、總堿度、氨氮等重要指標開展監測與分析（如表1所示），及時掌握循環水水質，以便有針對性地采取措施。

表1 循環水水質參照指標

圖2為某階段循環水監測中總堿度數據分析圖，水質pH、氨氮數據趨勢圖如下頁圖3、圖4所示。

從以上數據可以看出，合成氨系統發生漏氨情況，當氨進入合成循環水后，循環水初期pH值逐漸上升，但由于循環水中的硝化菌群作用，在一定的pH值范圍內使氨生成亞硝酸和硝酸，水體中的堿度被中和，使循環水pH值又降低。在不滿足硝化菌群進行硝化反應時，循環水中NH3-N隨之上升，同時系統中的緩蝕阻垢劑與氨會發生氨化反應，也會造成NH3-N升高，從而加劇對系統的腐蝕。

通過多年對合成氨循環冷卻水系統的運行效果進行觀察，并結合工作經驗可知，系統中無機垢的控制效果相對較好，而對冷卻水中微生物的控制卻存在很多不足，導致系統腐蝕控制效果不夠理想。通過對該化工企業冷卻水水質進行分析，引發水冷器腐蝕的主要原因是垢下腐蝕和冷卻水系統PH值不穩定等因素引起的，而不是由于緩蝕劑的作用效果不理想而引起的，所以針對腐蝕的控制需要將重點放在微生物的控制管理及水質分析上，而不是一味地提高緩蝕劑的阻垢性能。

3 合成氨系統中循環冷卻水的腐蝕控制策略

3.1 做好殺菌滅生工作

循環冷卻水中菌藻的滋生泛濫對系統腐蝕危害極大，如：硫酸還原細菌、鐵細菌、氫細菌及錳細菌等，自身就會對金屬設備產生腐蝕危害。同時，菌藻的滋生泛濫會產生黏泥，時間久了會發生垢下腐蝕。因此，針對這方面的腐蝕問題需要做好有效的滅生方案。

適當增加殺菌劑的投加頻率及提高殺菌劑的濃度，對合成氨循環冷卻水系統有明顯效率。但是要想徹底改變合成氨循環冷卻水系統的運行狀況，還需要進一步深入研究。由于附著在設備表面的黏泥會嚴重阻礙緩蝕劑的藥效，無法發揮其本身的作用。只有當金屬表面的黏泥發生脫離后暴露出金屬面，緩蝕劑與金屬表面相接觸，才能有效抑制垢下腐蝕，才能真正實現冷卻水系統的有效運行。

3.2 做好系統的定期清洗工作

合成氨過程中系統泄露問題時常發生，難以避免，雖然采取了有效的殺生方案，把冷卻水系統中的菌藻微生物降低到最低，控制好了水質問題，但冷卻水濁度仍會出現升高，究其原因，是補充水濁度以及空氣中的灰塵引發的濁度變化。當水中濁度增大，時間久了就會產生沉積物，影響冷卻水的換熱效率。因此，要定期對換熱器進行清洗，降低設備維修率，節約能源成本，有效延長設備的運行年限。

3.3 合理提高循環冷卻水的濃縮倍率

在循環冷卻水中通過加入一定濃度的緩釋阻垢劑，可以有效提高冷卻水的濃縮倍率。在高硬度和濃縮倍數下的阻垢緩蝕劑，具有優異的阻垢緩蝕效果，對水中的碳酸鈣、硫酸鈣和磷酸鈣等有很好的螯合分散作用，對碳鋼、銅、不銹鋼等有很好的緩蝕作用，緩蝕效果好，阻垢能力強，不僅能夠節約用藥量，還能夠節約大量的水資源。在循環水系統中，旁濾系統能夠很好地去除系統中的黏泥和一些懸浮物，降低水中微生物的沉積，提高水質，降低設備的腐蝕率，確保旁濾系統正常運行，才能保證循環水系統的穩定運行。

3.4 優化冷卻水管理工作

俗話說“三分藥劑，七分管理”，要想做好冷卻水管理工作，一方面要做好系統運行設備的管理工作，減少或避免因物料發生泄露而導致的循環冷卻水系統異常影響，要定期對加藥相關設備進行維護保養，確保設備穩定運轉。另一方面，要定期對相關技術人員進行相應的技術培訓，要嚴格遵循操作規章進行操作，確保循環冷卻水系統長效穩定運行。

4 結語

合成氨中影響冷卻水腐蝕換熱器的因素有很多，只有加強對循環冷卻水水質的科學分析，找出發生腐蝕的主要原因，采取相應的措施，才能減低或避免腐蝕程度的發展。同時，在系統運行過程中，要優化相關管理工作，進一步推動合成氨系統中循環冷卻水的長期穩定運行。