丙烯泄漏对循环水系统影响的研究

2021-04-18尹廷山

煤炭与化工 2021年7期

关键词：冷却塔丙烯换热器

尹廷山

（中煤陕西榆林能源有限公司化工分公司，陕西榆林 719000）

0 引言

循环冷却水系统用于反应气、产品气、丙烯制冷等工艺物料的换热，是整个化工企业的“血液”，处于十分重要的地位。由于循环水系统运行状态不佳，屡屡造成企业生产事故、停产损失等块情况。因此，保证循环水系统的稳定运行是保证生产稳定的前提。

循环水系统在长期运行过程中，易发生泄漏的工艺介质有丙烯、甲醇、碳四等。

本文表述了以丙烯为介质的换热器发生泄漏时的现象和泄漏发生后采取的处理措施，以保证循环水系统的稳定运行。

1 循环水系统运行状况

1.1 循环水系统流程简介

（1）与生产装置换热设备换热后的循环回水，通过手动阀门控制后进入冷却塔中。

（2）循环水经冷却塔冷却后排入集水池中。

（3）冷却后的循环水以重力流入吸水池中，经循环水泵加压至一定压力后，输送至各生产装置的换热器中。

循环水系统内设置旁滤处理、加药系统、加氯杀菌系统、加酸系统、补水系统和排污系统等。

1.2 丙烯泄漏的现象及处理措施

1.2.1 氧化性杀菌剂的投加量增大

通过日常投加氧化性杀菌剂和冲击性投加非氧化性杀菌剂的方法，实现对循环水系统中产生的微生物、藻类等的杀灭，以保证循环水系统的安全、稳定的运行。

通常情况下，系统投加的氧化性杀菌剂为氯啶（有效氯含量≥92%）。当循环水系统发生泄漏时，氯啶的投加量将迅速增加，严重时，每天投加近1 t 氯啶，系统仍无余氯值。由此可见，氯啶与系统中泄漏的丙烯发生了反应，或与系统中产生的微生物藻类发生了反应而被消耗。

大量的氯啶投加在循环水系统中，氯啶反应的副产物为氯离子，氯离子会加剧对系统的腐蚀，尤其是对系统中不锈钢换热器的腐蚀。

1.2.2 循环水冷却塔及塔池发生变化

长周期运行的循环冷却水系统成为微生物和藻类的繁殖场所。丙烯常温常压下不溶于水，会随着循环水的循环过程中为微生物和藻类的生长提供养料碳源，在敞开式冷却塔塔池等敞开空间得到释放。

当系统发生丙烯等有机物泄漏时，冷却塔塔池角落会出现大量泡沫，冷却塔上部塔沿则出现绿色藻类物质，如大量藻类物质和微生物附着在冷却塔填料上，发生微生物爆发，冷却塔被微生物拖拽而倒塌，导致系统崩溃。

1.2.3 有毒可燃报警器报警

丙烯易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧、爆炸的危险。丙烯密度比空气重，能在较低处扩散到较远的地方，遇火源会着火回燃。

当系统发生丙烯泄漏时，丙烯随着循环水回水进入过滤器中，在过滤器顶部发生聚集，随着旁滤器在反洗时排出的反洗水而释放到空气中，如旁滤间安装有毒可燃气体报警仪，则报警仪将产生报警。

此外，丙烯随着循环水在系统内循环到冷却塔塔顶时，因为冷却塔风机的极速运转而产生静电，瞬间引燃丙烯气，在冷却塔塔顶发生爆炸，如冷却塔塔顶安装了可燃气体检测仪，在丙烯泄漏量较大的情况下将产生报警。

1.2.4 循环水系统中COD 的变化

丙烯作为有机物，能直接导致循环水系统中的COD 含量突然升高。而当丙烯发生泄漏时，在循环水中检测到的COD 值呈上升趋势，但并未预想的高值，检测的最大值＜60 mg/L。

对已泄漏的丙烯换热器循环水回水中的COD进行检测，其数值较大。根据换热器泄漏程度的不同，最大COD 值约为几百mg/L。取已泄漏的换热器循环水回水水样时，有微生物尸体腐烂的味道。

1.2.5 循环水换热器

若循环水系统中的丙烯换热器发生泄漏，往往是换热器工艺介质的侧压力高于循环水的压力，换热器中物料损失。

当换热器工艺侧介质混有液碱、黄油等工艺杂质，则会黏着在换热器的表面，形成大块污垢，非常难以清理，影响了换热器的换热效率。

泄漏的换热器打开后，发现有大量粘稠的丙烯低聚物堵塞在换热器管束内，这些低聚物在换热器内分布不均匀，一般是在循环水一次折流区内分布较多。换热器管束和端面上也有白色乳状物产生，并伴有恶臭的气味，白色乳状物被晒干后，形成了暗红色的薄片物质。

部分换热器管束被黑色的铁氧化物所堵塞，这种黑色物质有些比较坚硬，很难用硬质铁质工具除掉。

2 换热器泄漏问题的原因分析

2.1 循环水系统运行存在的客观原因

循环水系统允许存在腐蚀，要求碳钢≤0.075 mm/a，不锈钢（铜） ≤0.003 mm/a。随着生产的长周期运行，管道中的泥沙、悬浮物、杂质、开式冷却塔洗涤灰尘等物质进入到循环水系统中，导致其在水流缓慢处沉积，产生污垢，从而造成垢下腐蚀。

循环水系统中远端或高点的换热器，因无足够的循环水压力和流速，不能适当冲刷换热器，从而导致杂质在换热器内沉积而产生腐蚀。

由于丙烯换热器大部分是大型碳钢材质，换热器直径大，长度长，循环水经过换热器后流速分布不均匀，且丙烯换热器工艺侧的温差较高（＞50 ℃），导致换热器易出现高温沉积污堵现象。

2.2 循环水系统设计的原因

循环水有些装置的换热器设计冷量过剩，如烯烃分离的丙烯换热器。日常运行时，1 台换热器的冷量就能满足90%的工艺要求，剩余10%的冷量要靠投用另外1 台换热器来解决，最终进2 台换热器的循环水进水阀门开度较小，换热器内循环水的流动性差，导致水质变坏，腐蚀换热器。

某甲醇制烯烃项目，第二循环水场回水压力偏高，导致冷却塔填料受到冲击，填料碎片随着下塔的冷却水进入循环水系统中。经过水廊道格栅的拦截后，仍然有一部分碎片流入换热器中，附着在换热器表面和管束内部，从而造成换热器堵塞，导致换热效率下降。

2.3 循环水系统日常管理不当

在循环水换热器的日常管理过程中，工艺介质进口调节阀开度随意调整，导致工艺介质进入换热器的流量和流速频繁波动。针对工艺介质是丙烯的换热器，丙烯由气相转为液相的过程中会产生应力腐蚀，是导致很多换热器泄漏的主要原因。

含有酸性气、浊度高、黄油等工艺介质的换热器，由于工艺介质本身就会腐蚀或污染循环水系统，日常管理不当，易发生泄漏。

局部换热器本身冷却效果差的问题，同样都在一个循环水系统的换热器，个别换热器对循环水的温度要求较为苛刻，常年要求低温，为了在夏季使循环水供水温度达到低温要求，向系统中补充较多的原水，导致系统中原水与回用水补水的比例失衡。

3 采取的预防措施

（1）合理提高高点、远端的换热器循环水的流速，换热器的结垢腐蚀倾向将得到缓解。监测换热器进出水循环水的温度，换热器工艺介质保证不超速。同时，利用便携式流量计测定循环水的流速，悬浮物、杂质等在水流低速处易沉积造成腐蚀，有序投切系统内的冷换设备进行清洗。

（2）建立重点换热器排查台账，定期对泄漏情况进行取样分析，定好取样点，并保证取样阀门好用。针对工艺介质是丙烯的换热器，以及其他重点易造成泄漏的换热器进行报备，同时要求新购换热器做内防腐，一旦发生泄漏择机进行更换。

（3）成立循环水技术攻关小组，从生产工艺、循环水运行、设备运行等方面进行日常数据监控对比，保证换热器良好的运行工况。对于母管制换热器的换热器应保证不偏流，即工艺介质和循环水进水均不偏流，保证工艺介质在换热器内的合理流速，使2 台或多台设备换热后工艺介质温度和流量均衡。工艺介质进口调节阀设定阀位联锁，不可大幅度调整。