國產化合成氨裝置轉化汽包磷酸鹽指標不合格的原因分析

許承寶，陳海兵

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司化肥三廠合成氨裝置設有開工鍋爐系統、轉化汽包系統、合成汽包系統，產生壓力12 MPa，溫度324℃的高壓飽和蒸汽，飽和蒸汽再經過一段爐對流段盤管回收的煙氣熱量加熱后變為520℃的高壓過熱蒸汽供給天然氣壓縮機、氨壓縮機、合成氣壓縮機使用。為了保證壓縮機的安全運行，以及汽包設備本身的安全，除了要求高質量的脫鹽水外，在汽包內還需采用磷酸鹽處理，磷酸鹽與爐水中的微量雜質（如微量的硅酸鹽和鈣鎂硬度等）生成容易處理的、疏松的水渣，通過連續和間斷排污而除去。P043-指標控制在2 mg/L～5 mg/L。

《火力發電廠化學設計技術規程》（簡稱《規程》）（D L/T5068-1996）中規定：“對以除鹽水補給的汽包鍋爐。宜采用協調磷酸鹽pH處理，以維持鍋爐水的pH值、磷酸根含量及Na+/PO43-（摩爾比）”。并在《規程》中列出了各壓力參數下鍋爐水的pH值、磷酸根含量及Na+/PO43-控制范圍（見表1）。

寧夏石化公司化肥三廠國產化合成氨裝置于2018年4月26日第一次投料試車以來，遇到轉化汽包磷酸鹽分析不出其含量，這種情況持續了近15 d時間。為了改善轉化汽包爐水磷酸鹽現場啟動兩臺磷酸鹽泵給汽包加藥（按設計應啟動一臺磷酸鹽泵運行，每小時加入量為0.5 kg），這樣大大的浪費了磷酸鹽，雖然磷酸鹽價格便宜，用量增加一點并不影響多大成本，但是磷酸鹽用量的增加，對于含量不變的鍋爐水，排污量會成倍的增加，生產成本同時急劇增加。爐水通過排污排到V8002分離罐產生低壓蒸汽，根據資料排污1 t爐水可產生0.4 t低壓蒸汽，對于合成氨廠來說，低壓蒸汽通常過剩，可以說排污1 t爐水，就等于排放1 t高壓蒸汽。因此有必要對汽包磷酸鹽指標不合格及用量大幅度增加的原因進行探討[1，2]。

1 工藝現狀

2017年8月對轉化汽包進行了開車前的化學清洗后通氮氣保護，在2018年4月27日將汽包高壓蒸汽并入高壓蒸汽管網后對汽包爐水進行了全面分析沒有分析出爐水中的磷酸根含量。現場啟動兩臺磷酸鹽加藥泵給汽包加藥，每天配藥兩到三次，而分析數據變化不大。在分析數據變化不大的情況下，磷酸鹽耗量相對設計量明顯增加，增幅達300%。爐水磷酸鹽化學處理的目的主要是防止生成水垢危及鍋爐和運轉設備的安全運行。磷酸鹽用量的增加意味著爐水的磷酸鹽含量高，而磷酸鹽含量高對于大型合成氨廠輔鍋有如下危害：

表1 《規程》規定的鍋爐水處理pH值、磷酸根含量及Na+/PO43-比值

（1）增加爐水含鹽量，影響蒸汽的品質，增加排污量；

（2）磷酸鹽過高，使Mg2+生成難以處理的磷酸鎂二次水垢；

（3）爐水中存在鐵離子，過高的磷酸根會生成難溶的磷酸鹽鐵垢；

（4）磷酸鹽過高時，易發生磷酸鹽“隱藏現象”。

因此必須盡快查明磷酸鹽用量增加的原因以便及時處理，其原因可從分析和工藝兩方面查找。

2 原因分析

2.1 分析方面

磷酸根的分析是采用國家標準磷鉬黃比色法，對于鍋爐系統不可能存在如NO3-、C2O43-等陰離子。因此不存在不顯色或顯色后褪色的現象，也就是說不可能因分析數據偏低，工藝誤判而造成磷酸鹽消耗過多；電導率、堿度合格的情況下，如果加入過量的磷酸鹽，則堿度和電導率都要增加；另外在測汽包磷酸鹽的同時，還測定開工鍋爐的磷酸鹽，而開工鍋爐的磷酸鹽用量并未表現異常，說明分析方法、儀器、試劑都正常，即分析數據是可靠的。

2.2 工藝方面

工藝方面由于未動任何操作，磷酸鹽耗量又增加了許多倍，這說明確實存在問題，從如下幾個方面查找原因。

2.2.1 設備漏油 漏油要影響磷酸鹽的消耗，但是對于合成氨裝置，蒸汽的壓力都比油壓高，不可能漏油。外界蒸汽的影響，尿素裝置使用蒸汽后，以及工藝冷凝液返回除鹽水處理后再送往鍋爐產汽。國產化大化肥給水系統是開工鍋爐、轉化汽包、合成汽包共用一個除氧器、兩臺給水泵給三個汽包送水。開工鍋爐、合成汽包的磷酸鹽指標都合格的情況下。通過分析證實，給水中不含油，所以漏油的可能性根本不存在。

2.2.2 磷酸鹽的隱藏問題 在開車期間或者大幅度加負荷時磷酸鹽的消耗會增加，在裝置正常運行的情況下，磷酸鹽隱藏的現象會很快消失，但是該異常現象持續時間較長，說明不是磷酸鹽的隱藏問題。

2.2.3 脫鹽水的問題 脫鹽水在事故狀態下存在漏酸或堿的問題，通過長期觀察漏酸漏堿不影響磷酸鹽的分析，但要影響給水pH以及爐水的pH和含鹽量，而當時這些數據均無異常。因此磷酸鹽用量的增加與脫鹽水漏酸漏堿無關，如果脫鹽水水質變差（如樹脂失效）當然要影響爐水的磷酸鹽含量。

2.2.4 蒸汽夾帶問題 國產化大化肥合成氨轉化汽包系統生產高壓蒸汽，產汽量206 t/h，如果汽泡汽液分離器效果差或者液位太高以及水質較差都會造成蒸汽夾帶，但是蒸汽品質會表現異常，蒸汽品質正常，因此不是蒸汽夾帶問題。

2.2.5 排污量的檢查 合成氨裝置轉化汽包開車正常后由于爐水中的SO2指標最高達到了75 μs/cm，為了降低SO2含量分廠技術員安排每班對汽包進行兩次排污操作，同時開大汽包連排污閥門排污分離罐V8002液位控制閥門開度在50%左右，汽包上水流量與產汽流量相差15 t/h左右，5月23日爐水中SO2指標合格后對汽包定排閥門檢查發現班組在排污后并沒有完全關閉排污閥門造成爐水排入排污分離罐V8002，連排閥門開度在5～8扣。通過關閉汽包定排污閥門及關小連排閥門后排污分離罐V8002液位控制閥門開度在20%左右，汽包上水流量與產汽流量相差8 t/h左右，當日對爐水指標分析后發現磷酸鹽指標有所好轉，并于5月25日上升到2.3 mg/L，這說明排污量過大是造成磷酸鹽用量增加的真正原因。

3 磷酸鹽用量增加對生產的影響

3.1 排污量

一般說來，排污量與給水中的固體含量高低以及某一特定鍋爐中所允許的固體含量有關。排污量的計算通常采用給水和爐水的含鹽量或者電導率以及給水流量，其公式如下：

式中：F-給水流量；W-排污量；S給、S爐-二者的含鹽量或電導率。排污量有時以總給水量的百分比表示，其公式如下：

式中：A-給水中的固體含量；B-爐水中的固體含量。由于含鹽量或電導率在實際分析過程中未進行校正，因此上述公式計算出的排污量與實際情況有很大差別。

排污量的多少可按爐水中一個或幾個成分而定，一般高壓鍋爐的排污量為給水的1%～2%。這里提出排污量的另一種計算法。假設排污水的爐水磷酸鹽含量與爐水相同為10 mg/L，蒸汽和水渣中的磷酸鹽忽略不計。每次稱取的磷酸鹽為10 kg，正常時三個汽包用7 d（168 h）。設每小時的排污量W t，按下列公式即可求出：

式中：W-排污量，t/h；G-磷酸鹽的每次稱取量，kg；C-爐水磷酸鹽的含t mg/L；h-稱取一次使用的時間，h。

將數據代入公式得W=5.95 t/h，計算值和正常操作值6 t/h很接近。該公式計算簡單，實用性強。

3.2 磷酸鹽用量增加后的排污量

磷酸鹽耗量最大時，稱取10 kg用一天，經計算此時排污量W=41.67 t/h，這與儀表的校正值特別是蒸汽流量有關。可見磷酸鹽用量增加。說明排污量成倍增加。磷酸鹽的價格雖然不貴，對成本影響較小，但是排污量增加1 t，就等于排放高壓蒸汽1 t，每噸高壓蒸汽扣除所產低壓蒸汽后按100元計算，每小時多支出成本3500元，每天多支出成本14萬元。

4 解決的辦法

工藝針對排污量過大的可能，在爐水其他指標合格的情況下關小連排閥門，同時指定表格對汽包所有定排閥門定期測溫判斷排污閥是否內漏。對發現的內漏閥門通過熱緊處理并擇機更換閥門以徹底解決由于排污量增大而造成磷酸鹽用量大的問題。

5 總結

通過以上磷酸鹽用量增加的原因分析和排污量的計算，得出排污閥內漏造成排污量過大是磷酸鹽用量增加的真正原因。磷酸鹽雖然價格便宜，用量增加只是一個很小的異常問題，但是用量增加說明排污量增加，造成生產成本增加，在有機會時要及時更換內漏排污閥。