合成氨系统中循环冷却水的腐蚀与控制探讨

王俊琴 顾学文

摘 要：近年来在合成氨系统实际运行的过程中，经常会出现循环冷却水的腐蚀问题，对整体系统的良好运行与发展会造成不利影响。因此，在实际工作中应重点分析合成氨系统的循环冷却水腐蚀问题发生原因，全面开展腐蚀的控制工作，有效预防腐蚀问题带来的影响，为其后续发展夯实基础。

关键词：合成氨系统;循环冷却水;腐蚀;控制

0 引言

合成氨系统中的循环冷却水，主要作用就是带走生产中被冷介质的热量，与传统的技术相比，其具有节约水资源的优势，以你目前得到广泛应用。但是，在合成氨系統循环冷却水实际应用的过程中，经常会出现腐蚀问题，对系统的运行造成损害。因此，在实际工作中应有效开展合成氨系统循环冷却水的腐蚀防控工作，定期开展清洁工作，严格进行控制，达到预期的工作目的。

1 合成氨系统循环冷却水腐蚀机理与形态

1.1 腐蚀机理分析

合成氨系统循环冷却水具有电导性，其中存在能够使金属氧化的溶解氧，在循环冷却水遇到碳钢之后，会形成热力学的不稳定系统，产生氧化还原的电化学腐蚀反应。其腐蚀机理的公式为：阳极：Fe=Fe2++2e，阴极：O2+ 2H2O+4e=4OH-，水中总反应：Fe2++2OH-=Fe（OH）2。

1.2 腐蚀的形态分析

合成氨系统循环冷却水腐蚀的过程中，金属腐蚀形态具有多元化的特点，主要表现为：①均匀性的腐蚀。指的是在金属表面上有均匀的腐蚀，其危害性较小，一般情况下在设备制造中就已经考虑到这类问题，而且预先设置了腐蚀裕量;②电偶性的腐蚀。通常情况下，电偶性的腐蚀，主要发生在电气设备中，例如：黄铜材质的换热器在运行期间，与碳钢管板之间的循环冷却水出现了电偶腐蚀的反应;③缝隙类型的腐蚀，又被称作是垢下腐蚀，在换热器中的侧面有结构现象的时候，沉积层的下侧区域就有循环冷却水进入到缝隙中，形成氧浓差，出现电池腐蚀的现象;④斑点类型的腐蚀。在设备表面出现了不均匀的锈瘤，循环冷却水经过之后，会出现斑点腐蚀;⑤选择类型的腐蚀。具有选择性的特点，如：黄铜管出现了脱锌的现象，在循环冷却水的影响之下导致金黄色改变成为铜红色。

2 合成氨系统中循环冷却水腐蚀的影响因素

一般情况下，相关合成氨系统中循环冷却水腐蚀的影响因素，表现为以下几点：

2.1 pH值的影响因素

一般情况下，pH值会对金属氧化物的溶解度产生直接影响，数值越低金属的腐蚀速度就越快，如果相关部门不能严格进行pH值的控制，将会诱发严重的腐蚀问题。

2.2 阴离子影响因素

部分阴离子对不锈钢与碳钢会咋成腐蚀，例如：氧根阴离子、硫酸根阴离子，在与金属接触之后均会发生腐蚀反应。而部分阴离子还有着腐蚀的抑制作用，例如：磷酸根阴离子、硅酸根阴离子，均能够产生腐蚀的抑制效果。

2.3 金属离子影响因素

部分金属离子的出现，会导致金属的腐蚀速度加快，例如：铁离子、钙离子会导致金属的腐蚀速度加快，而部分金属离子还能控制腐蚀，如：锌离子具有腐蚀的缓解作用。

2.4 硬度与溶解氧影响因素

一般情况下，硬度适中会对循环水冷却系统中的设备起到保护作用，有效预防腐蚀问题。而溶解氧会对铁有腐蚀，对不锈钢起到一定的缓解腐蚀作用。不同的情况与环境，会引起不同的反应，可结合实际情况进行分析[1]。

2.5 其他影响因素

在合成氨系统的循环冷却水方面，还有其他的腐蚀影响因素，如：循环冷却水流动速度较低的情况下，悬浮物会诱发水垢下腐蚀的问题，水流速度较高的情况下，悬浮物会诱发磨损腐蚀的问题;循环冷却水温度在77摄氏度以下的时候，随着水体温度的升高，腐蚀问题会更加严重，而温度在77摄氏度以下的时候，温度升高则会降低腐蚀问题的发生率;如果循环冷却水中存在微生物，没有得到良好控制，会导致设备遭到严重的腐蚀。

3 合成氨系统循环冷却水腐蚀的控制措施

3.1 丰富腐蚀控制方法

在对合成氨系统循环冷却水腐蚀进行控制的过程中，应丰富具体的控制方法，有效改善目前的现状。

3.1.1 电化学保护法

该方法的应用目的在于通过屏障、外加电流两种保护措施控制腐蚀。一般情况下，碳钢在水中发生腐蚀的过程中，腐蚀电池的阳极反应为Fe=Fe2++2e，所金属铁会不断溶解。而阴极反应为O2+2H2O+4e=4OH-，不会出现溶解的现象，这也可以表明，阴极不会受到循环冷却水的腐蚀。按照这个腐蚀特点，在采用电化学保护法的过程中，主要在外部设置屏障或者外加电流，使得换热器成为腐蚀电池中的大阴极，达到良好的保护目的[2]。

3.1.2 涂料覆盖的控制方法

目前国外在循环冷却水系统中，已经开始利用涂料覆盖法进行换热器的处理，可以使得碳钢表面与循环冷却水之间相互隔离，不会直接接触，可达到良好的预防腐蚀目的。我国也可以借鉴此类方式，从根本上进行腐蚀问题的控制[3]。

3.1.3 缓蚀剂的方法

缓蚀剂属于当前国际广泛应用的换热器腐蚀控制措施，主要就是在循环冷却水中加入少量缓蚀剂，降低腐蚀速率，甚至还能停止腐蚀。虽然在直流循环水中应用缓蚀剂会花费很多成本，但是在循环冷却水中添加缓蚀剂，不仅实用性高，效果也很明显。一般情况下，缓蚀剂的类型较多，作用机理也存在差异，所以，在选择缓蚀剂的过程中，应该按照实际情况仔细分析，筛选最佳的缓蚀剂，如：氧化膜类型的缓蚀剂，在应用的过程中，可以使得金属表面氧化，形成较为严密的耐腐蚀钝化膜，可以应用在腐蚀控制的工作中;对于一些已经出现腐蚀现象的设备来讲，可以应用沉淀膜类型缓蚀剂，可在设备表面上形成难以溶解的沉淀物，阻止金属继续腐蚀。

3.2 制定完善的腐蚀控制工作方案

合成氨系统循环冷却水腐蚀控制的工作中，在选择控制方法之后，还需制定完善的控制方案。首先，由于影响腐蚀的因素较多，因此，应该先做好水质的分析工作，全面了解循环冷却水的水质情况，预测可能会出现的腐蚀问题，采用有效措施进行控制。如：循环冷却水分析的工作中如果发现某些加速腐蚀的离子超标，就可以加大排水与补水量，减少离子的含量，这样能够有效进行腐蚀的控制。如若控制腐蚀的药剂损失量加大，就应该针对药剂配方进行调整，确保符合腐蚀控制的标准。其次，定期开展循环冷却水系统的清洁工作与预设膜处理工作，主要因为系统在长时间运作的过程中，可能会有沉积水垢、滋生菌藻的现象，即使能够保证水质，也会有浊度升高的现象，在浊度达到一定标准之后会产生沉积物，对系统的运行效率造成影响，还会诱发腐蚀问题，因此，需要定期开展清洁与维护工作，保证系统的正常运行。最后，要求相关部门做好循环冷却水系统的监测工作，及时发现腐蚀问题，采用有效措施解决问题。一般情况下，在具体的监测工作中应设备专业的监测系统，全面分析循环冷却水的水质，并模拟热介质的进出口温度，设置循环冷却水旁路，不仅可以全面了解腐蚀状态，还能真实反映出水垢情况，便于全面性的开展处理工作。值得注意的是，在日常工作中应该总结丰富经验，根据合成氨系统的循环冷却水运行现状，合理进行系统的分析与监测，安排专业的人员开展监督管理工作，动态化进行分析，一旦发现有腐蚀问题，就要立即进行处理，以免影响整体系统的正常运作。

4 结语

近年来在合成氨系统中经常会出现循环冷却水腐蚀的现象，不能确保设备的正常运行，甚至会发生严重的经济损失。因此，在实际工作中应严格进行腐蚀问题的控制，全面了解腐蚀的影响因素，并筛选最佳的腐蚀控制方法，制定完善的工作方案，通过有效措施规避腐蚀问题所带来的影响，形成良好的腐蚀控制工作模式与机制，从根本上控制合成氨系统中循环冷却水的腐蚀问题，确保设备的正常运行。

参考文献：

[1]卢叶艇，游兆金，沈亚芳.冷冻水进入对循环冷却水系统的腐蚀影响及对策[J].核动力工程，2017，38（z2）：131-135.

[2]李红军，张健，王岩.氨冷却器的腐蚀原因分析与改进措施[J].化工设计通讯，2017，43（12）：122-239.

[3]時利香，王信粉，李薇，等.循环冷却水系统新型缓蚀剂应用进展[J].应用化工，2019，48（10）：2427-2430.