煤合成氨循环水系统异常判断及应对措施

潘德寿 门春艳 王建会

(1.奎屯锦疆化工有限公司，新疆 奎屯 833200；2.新疆应用职业技术学院，新疆 奎屯 833200)

0 引言

本厂以氨气、尿素、三聚氰胺为主要产品，产量分别为40 万吨合成氨，70万吨合成尿素，12万吨合成三聚氰胺。循环水系统为本厂区的气化车间、变换车间、合成氨车间提供合格的循环水。据目前调研，该厂区的循环水系统换热器类型为碳钢和不锈钢材质为主。水系统车间利用NaClO氧化性杀菌剂和有机溴复合杀菌剂交替投加的方式起到杀菌灭藻的作用，pH 值控制在7.8～8.3，浓缩倍数2.5～3，投加聚磷酸盐作为缓蚀阻垢剂能有效抑制换热器的腐蚀和结垢现象。该厂在2018年6～11月，发现循环水水质恶化，出现恶臭味，循环水系统藻类增多，大量的粘泥沉积在循环水池底，通过对水质紧密监测，最终查出合成氨车间的换热器E1805出现严重的氨泄漏现象，导致大量的氨进入循环水系统，致使循环水水质极具恶化，水质在短时间内无法控制。

循环水系统关系到化工企业实际生产的产量，据调研发现循环水系统多以开放的体系，在循环水冷却的过程中由于大量溶解氧、尘土、孢子和细菌等，这些外在因素也会导致循环水水体发生恶化，虽然加大投加水处理药剂可在一定程度上可缓解。但当换热器发生泄漏，短时间内找不到泄漏点及泄漏的原因，加之监测手段不完善均会导致循环水系统出现异常。如何根据现象快速判断产生异常的原因，制定切实有效的应对措施。只有具备对异常情况的快速反应，才能确保循环水系统安全、稳定、高效、长周期的运行。

1 循环水系统氨泄露异常处理

1.1 氨泄露现象及危害

煤合成氨工段漏氨初期，pH会暂时偏高，氨高，当氨泄漏量大时循环冷却水会出现白水现象。漏氨中后期：循环水的pH值、碱度逐渐降低；加酸量明显减少，硝化细菌已大量繁殖；水中亚硝酸根升高，COD升高，氨含量低、硝酸根数据变化不显明；碳钢挂片表面腐蚀明显，循环冷却水中总铁升高；循环水粘泥含量升高；循环水体发黑，可见悬浮物。

(1)循环水水体出现氨泄漏会导致硝化菌群剧增，产生大量的HNO2和HNO3，HNO2是还原性的物质，投加的NaClO氧化性杀菌剂全部将亚硝酸转化成硝酸才能起到杀菌的效果，因此，这将导致循环水水体中余氯不达标，水中的微生物大量繁殖而无法控制。

(2)由于水冷器氨的泄漏为微生物提供了营养物质，导致水体富营养化，促使微生物会加速繁殖，大量的微生物附着在水体中致使循环水中生物粘泥大量堆积，粘泥附着在换热设备的内表面，一方面会大大的降低换热器的换热效果；另一方面大量的粘泥沉积会破坏金属的保护膜。大量的粘泥附着于金属的表面会形成氧浓差电池，促使换热器内部发生沉积物下腐蚀，腐蚀的产物为铁细菌的生长提供了有利的条件，即在金属表面形成铁瘤，形成恶性循环，加速了换热器和水冷器发生穿孔导致物料泄漏在循环水水体内。

(3)循环水水质pH值不达标，氨泄漏的初期会导致循环水的pH急剧上升，如反应方程式(1)，pH值急剧升高会引起循环水中碳酸钙、碳酸镁的形成，导致水冷器表面的结垢和腐蚀；同时循环水中泄漏的氨在亚硝化细菌和硝化细菌的共同作用下很快生成亚硝酸(HNO2)和硝酸(HNO3)等强酸性物质，又突然致使循环水的pH值急剧下降。如反应(2)和(3)。在漏氨情况下，加强循环水系统监测会发现在短时间内PH值先急剧上升再急剧下降，水体的PH值很难在短时间控制平稳。

(4)生物粘泥的沉积会对设备造成极大的危害，粘泥附着在水冷器的金属内表面上，一方面降低了换热器的换热效果，另一方面会堵塞水冷器的通道，致使循环冷却水无法循环；少量的粘泥会减少换热设备通道的截面积，导致循环冷却水的流量降低，泵压增大；大量的粘泥堆积在水冷塔填料的表面或填料间，堵塞了冷却水的通过，降低冷却效果。生物粘泥的产生阻碍了缓蚀剂和防腐剂到达金属表面，使粘泥和垢下无法形成保护膜，产生粘泥下电化学腐蚀，降低水处理药剂投放效果，致使水冷设备腐蚀、穿孔、泄漏加剧。

(5)氨氮对铜合金的选择性腐蚀。反应如下(4)和(5)：

综上所述，在循环水系统出现氨泄漏时，菌群大剧增，生物粘泥量增大，导致水处理车间水质分析数据异常，循环水水质恶化，致使换热设备腐蚀、结垢趋势增大，降低设备的换热能力，能耗和生产成本大大提高。

1.2 氨泄露采取措施

首先，需要尽快查找氨泄漏点，一旦查出及时关闭或采取隔离、堵漏等措施，这是最有效的解决措施。当泄漏点切除后，应进行杀菌剥离处理，投加氧化性杀菌剂，循环运行数小时，然后添加非氧化性杀菌剂运行数小时。换水至浊度小于10NTU，转正常运行进行控制。如若确保循环水在氨泄漏情况下长周期安全运行可加大排污、置换，降低浓缩倍数；调整药剂投加方式及投加量，控制微生物。

2 二氧化碳泄露异常处理

2.1 二氧化碳泄露现象

泄漏初期pH值变化不明显或逐渐呈下降趋势，总碱度缓慢呈现上升趋势；循环水系统加酸量明显减少；同时，水泵叶轮表面有结垢现象。

2.2 采取措施

查找泄漏点，一旦查出及时关闭或采取隔离、堵漏等措施，这是最有效的解决措施。泄漏期间，适当降低浓缩倍数，适当加酸将pH控制在下限，减小系统结垢趋势。增大阻垢分散剂添加浓度，阻止碳酸钙晶体的生成，提高碳酸钙析出时的过饱和度，使钙离子不致沉积在设备表面。

3 酸性物质泄漏异常处理

3.1 酸性物质泄漏现象

酸性物质泄漏循环水的pH值发生突变；碱度降低。同时会增加碳钢设备的腐蚀，引起循环水中总铁升高，水呈现锈黄色或淡红棕色。

3.2 采取措施

采用先总管后支管再换热器进、出口水管的方式测定循环水进出口的pH值，查找泄漏点，查出后及时采取隔离、堵漏等措施。立即对循环水加大置换，降低浊度，稳定pH值，尽量不要采用加碱等办法，以防止氧化铁的二次沉积。适当加大阻垢缓蚀剂药品的添加量，以控制系统发生腐蚀和结垢。酸性物质泄漏处理结束后，需对循环水系统进行补膜处理，用正常运行药品浓度的3～5倍，进行基础添加，运行3～5天后转入正常运行。

4 浓缩倍数异常

浓缩倍数是循环冷却水系统化学处理运行管理中一个重要指标，提高系统浓缩倍数是一个涉及设计、设备、水质、温差、排污控制等多方面的系统工程，影响因素如：

(1)调查排污水量是否过量；

(2)调查旁滤装置是否损坏，导致旁滤装置持续反冲洗或反冲洗频率加大；

(3)调查补充水量是否过量。

参考冷却水温差、循环水量，理论上计算蒸发水量，根据之前设定的浓缩倍数计算排污水量，如此得出理论补充水量；该数值与实际补充水量相比较，在维持水池水位平衡的前提下，如实际补充水量远大于理论补充水量，说明系统可能有正常排污水量之外的水量漏失；如实际补充水量小于理论补充水量，说明可能有外部水源串接至系统；如此应详细调研系统有无设计之外场所使用循环冷却水，如冲洗地，浇灌花木等等，同时调查循环水池及地下管路有无严重渗漏水；循环冷却水温差是否较小；杀菌药品添加频率是否异常；根据以上几方面的原因逐一排查，有针对性地解决问题。

5 浊度超标

当循环水浊度超标，可从以下几方面查找原因：

(1)检查补充水的浊度是否符合要求，如补充水的浊度较高而引起循环水浊度上升，则应从源头抓起，降低补充水的浊度；

(2)检查旁滤池的出水效果；如旁滤池的进出口浊度差不多，应检查旁滤量是否太大了超过了其设计能力、旁滤池内生物粘泥大量繁殖，影响了出水效果、考虑更换滤料或对滤池进行改造；

(3)检查系统浓缩倍数是否太高；

(4)检查装置有无泄漏；

(5)检查微生物控制状况及粘泥量，是否由于粘泥大量生成导致浊度升高；

(6)冷却塔周围的环境，如粉尘等也会导致循环水浊度升高；

(7)调查是否是因为天气因素，如沙尘天气、刮风天气影响等。

6 结语

煤化工企业是一个能耗大户，面对新疆特有的煤矿资源，但水资源相对匮乏，大力发展煤化工企业所需要解决的就是如何综合利用水资源的瓶颈，对于煤合成氨车间换热设备泄漏现象较为常见，要最大限度地降低物料泄漏对循环水系统的危害，必须采用综合治理的方法对循环水水质严格控制。循环水水质的优劣直接关系到煤合成氨工段水冷器的效率和寿命，换热器设备物料的泄漏直接导致循环水水质变差，甚至循环水系统要恢复正常需要很长一段时间，所以提出以下建议：

(1)加强循环水水质的日常监测，一方面定期投加氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂，抑制菌群的大量繁殖，针对波动较大的数据要及时寻找原因，避免循环水水质恶化现象的出现；另一方面，为了延长换热设备的使用寿命，向循环水系统投加缓蚀阻垢剂。

(2)对于容易引起物料泄漏的换热设备，在经济允许的条件下更换成耐腐蚀的碳钢设备，或使用防腐阻垢涂料涂覆换热器设备。