合成氨系統(tǒng)中循環(huán)冷卻水的腐蝕與控制

摘 要:眾所周知，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，大量的設(shè)備是金屬制造的換熱器，由于碳鋼制成的換熱器長(zhǎng)期使用循環(huán)冷卻水，容易發(fā)生腐蝕穿孔。因此，需要采取一定措施制止或減緩這種不利傾向的發(fā)生。本文我們將分析合成氨系統(tǒng)造成腐蝕的原因并對(duì)其作出相應(yīng)的對(duì)策。

關(guān)鍵詞:合成氨循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕劑

中圖分類(lèi)號(hào):TQ113文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(b)-0115-01

1 合成氨循環(huán)水系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 循環(huán)水系統(tǒng)存在的問(wèn)題

冷卻水的主要任務(wù)是帶走生產(chǎn)中被冷介質(zhì)的熱量，循環(huán)冷卻技術(shù)可以節(jié)約用水故經(jīng)常采用。但隨著水的不斷循環(huán)使用，循環(huán)水的硬度、堿度和含鹽量均越來(lái)越高。最終，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢和微生物孳生問(wèn)題。采用緩蝕阻垢劑對(duì)減緩甚至阻止系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢具有重要意義。

1.2 緩蝕劑的作用機(jī)理

雖然緩蝕劑的種類(lèi)繁多，但是它們的作用機(jī)理主要只有鈍化作用和吸附成膜作用兩種。鈍化作用是通過(guò)緩蝕劑的氧化作用，來(lái)改變金屬表面元素的結(jié)構(gòu)及其化學(xué)性質(zhì)，使其活性降低，從而起到保護(hù)作用，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為鈍化。亞硝酸鹽、鉻酸鹽、聚磷酸鹽等緩蝕劑具有鈍化作用，這些物質(zhì)具有價(jià)格便宜、緩蝕效果好的優(yōu)點(diǎn);但是缺點(diǎn)是投加量大、受排放的限制，現(xiàn)在基本上已禁止使用。

吸附成膜是指利用緩蝕劑和金屬之間存在的吸附作用，使其沉積在金屬表面，形成一層保護(hù)膜，從而阻止腐蝕性介質(zhì)和金屬表面的接觸，降低腐蝕速率。因此，如果所形成的膜越均勻、越牢固、越致密，則該緩蝕劑的緩蝕作用就越明顯;如果所形成的膜稀疏、易脫落、不均勻，則其緩蝕效果就不好。目前我們所采用的緩蝕劑差不多均是以這種原理來(lái)起作用的。除了與緩蝕劑本身的性質(zhì)可以影響緩蝕效果的好壞，金屬及其表面的性質(zhì)、與緩蝕劑在系統(tǒng)中的有效濃度也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響。如果金屬的表面十分均勻、光滑、清潔，緩蝕劑就能更加牢固地吸附在金屬表面，形成均勻、致密、不易脫落的膜，這樣緩蝕效果最佳;如果金屬表面十分不均勻，局部地區(qū)有沉積物或者繡斑，那么在金屬的表面就容易出現(xiàn)“花臉”，邊界上就會(huì)出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象;由于緩蝕劑分子不能直接接觸沉積物的下面與金屬作用，因而無(wú)保護(hù)沉積物下面的金屬，故其腐蝕率通常都較高(通常稱(chēng)為垢下腐蝕)。如果是微生物黏泥沉積物，那么情況會(huì)更糟。

1.3 合成氨循環(huán)水系統(tǒng)的特殊性

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具有復(fù)雜性。在理想情況下，在這個(gè)系統(tǒng)中有著多個(gè)平衡同時(shí)存在，其中包括水平衡(補(bǔ)水=排污+風(fēng)吹損失+泄漏)、無(wú)機(jī)鹽的溶解一沉淀平衡、碳酸平衡(空氣中二氧化碳的溶解一逸出平衡)、腐蝕與結(jié)垢平衡、微生物生長(zhǎng)的平衡等。其中某些平衡可能會(huì)含有幾個(gè)子平衡(如無(wú)機(jī)鹽的溶解沉淀平衡中可能同時(shí)含有碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣、磷酸鈣等一系列平衡;微生物的平衡中可能有多種不同菌群的共生與存在)。建立這種平衡是十分不易的，如果平衡受到破壞，要重新建立平衡通常情況下需要數(shù)周甚至數(shù)月的時(shí)間。合成氨循環(huán)水系統(tǒng)是所有工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中最不穩(wěn)定的系統(tǒng)之一，因?yàn)橄到y(tǒng)中常常會(huì)出現(xiàn)漏氨現(xiàn)象，或者周?chē)諝庵械陌睔馊苋胙h(huán)水系統(tǒng)，從而導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)的氨濃度大幅升高。在氨循環(huán)水系統(tǒng)中最易孳生亞硝酸鹽菌，亞硝酸鹽菌可將氨分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂羞€原性質(zhì)的亞硝酸根，一旦這種微生物泛濫就很難控制:采用氧化性殺生劑時(shí)，由于其先與亞硝酸根作用而消耗，因此殺菌效果往往不理想;由于其價(jià)格較貴，采用非氧化性殺生劑在經(jīng)濟(jì)上難以承受。

2 合成氨系統(tǒng)水冷器腐蝕原因分析

通過(guò)對(duì)合成氨系統(tǒng)中循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的垢樣進(jìn)行化驗(yàn)得出結(jié)果，同時(shí)結(jié)合對(duì)水冷器垢形和分布的觀察，我們可以得出的結(jié)論是:由于微生物的泛濫導(dǎo)致系統(tǒng)黏泥量較大，黏泥在水冷器表面的沉積導(dǎo)致了較嚴(yán)重的垢下腐蝕;黏泥垢較密實(shí)表明黏泥沉積的時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)，觀察循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)見(jiàn)可:由于附近廠酸性廢水的滲漏，致使合成氨循環(huán)水系統(tǒng)的pH值常常偏低，有時(shí)甚至呈現(xiàn)酸性。循環(huán)水在酸性條件下，管道和掛片的腐蝕率超標(biāo)是必然的。

3 解決問(wèn)題的措施與建議

結(jié)合多年來(lái)生產(chǎn)中合成氨循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行效果，我們可以得出以下結(jié)論:無(wú)機(jī)垢的控制效果較好，微生物的控制卻仍存在著一定的問(wèn)題，導(dǎo)致腐蝕控制十分不理想。由于主要是垢下腐蝕和循環(huán)水系統(tǒng)的pH值不穩(wěn)引起的腐蝕，而不是由于所采用的緩蝕劑的作用效果不佳引起的，因此我們今后的任務(wù)不是在提高藥劑的緩蝕阻垢性能上下功夫，而是在微生物控制方案和管理方法上努力。

3.1 殺生方案問(wèn)題

根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，通過(guò)增加殺菌劑的投加頻率以及改變其濃度對(duì)于合成氨循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是十分有益的，但是究竟哪一種殺菌方案是最經(jīng)濟(jì)合理的，還需要通過(guò)不斷的調(diào)整才能得出最終結(jié)論。現(xiàn)行的殺菌方案是通過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)積累總結(jié)得到的，需要進(jìn)行嚴(yán)格認(rèn)真地執(zhí)行才能比較出結(jié)論。在不變動(dòng)緩蝕阻垢藥劑的情況下，提高殺菌劑濃度、加大殺菌劑投加頻率、優(yōu)化殺菌方案對(duì)于合成氨循環(huán)水系統(tǒng)是十分有益的。想要徹底的改變合成氨循環(huán)水系統(tǒng)的狀況我們還有很長(zhǎng)的路要走。因?yàn)楦街诶显O(shè)備內(nèi)表面的黏泥使得緩蝕阻垢藥劑滲透不到金屬表面，起不到應(yīng)有的作用。日積月累產(chǎn)生的黏泥的脫離需要長(zhǎng)期的嚴(yán)格控制才能達(dá)到理想效果，只有在金屬的內(nèi)表面完全裸露出來(lái)之后，藥劑才能發(fā)揮它應(yīng)有的作用，可怕的垢下腐蝕才能得到抑制，系統(tǒng)才能得到根本的好轉(zhuǎn)。

3.2 定期清洗問(wèn)題

應(yīng)該定期對(duì)水冷器等換熱設(shè)備進(jìn)行徹底的清洗，因?yàn)楹铣砂毕到y(tǒng)泄漏是很難避免的了的，即使是合理的殺菌方案也只能把微生物的滋生降低到最低程度，時(shí)間久了同樣會(huì)造成黏泥沉積導(dǎo)致垢下腐蝕。

3.3 關(guān)于進(jìn)一步提高濃縮倍率的問(wèn)題

系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況下，要進(jìn)一步提高濃縮倍數(shù)，這樣有利于節(jié)省用藥和用水。要進(jìn)一步的保證旁濾系統(tǒng)的運(yùn)行正常，因?yàn)檠h(huán)水系統(tǒng)的黏泥等懸浮物可以通過(guò)旁濾及時(shí)地除去，從而減少系統(tǒng)中此類(lèi)物質(zhì)的積累，并對(duì)對(duì)提高水質(zhì)、降低腐蝕率、保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行是十分有益的。

4 結(jié)語(yǔ)

在合成氨系統(tǒng)中影響循環(huán)冷卻水的腐蝕因素很多，做好水質(zhì)分析，水質(zhì)分析完善了，就能對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的腐蝕傾向做出判斷，并及時(shí)采取種種措施制止不良傾向的發(fā)生。同時(shí)對(duì)于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每年應(yīng)行系統(tǒng)的化學(xué)清洗及預(yù)膜，因它長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)之后，換熱器表面有可能沉積有硬垢或茁滋生的黏泥等等，即使水質(zhì)處理較好，也會(huì)出濁度升高的問(wèn)題，必須進(jìn)行清洗，這樣可以證長(zhǎng)期安全生產(chǎn)，降低操作費(fèi)用和減少維時(shí)間、節(jié)約能量、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 尚廣辰，楊俊章，張印輝，李紅波．合成循環(huán)水高濃縮倍數(shù)節(jié)水處理總結(jié)[J]．河南化工，2007，24(8)．

[2] 呂紅，魏存發(fā)，梁寶鋒，王素珍，史小云.大化肥循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕率高的原因剖析[J]．石化技術(shù)與應(yīng)用，2000，18(6)．