國(guó)產(chǎn)化合成氨裝置轉(zhuǎn)化汽包磷酸鹽指標(biāo)不合格的原因分析

許承寶，陳海兵

（中國(guó)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(shè)有開工鍋爐系統(tǒng)、轉(zhuǎn)化汽包系統(tǒng)、合成汽包系統(tǒng)，產(chǎn)生壓力12 MPa，溫度324℃的高壓飽和蒸汽，飽和蒸汽再經(jīng)過(guò)一段爐對(duì)流段盤管回收的煙氣熱量加熱后變?yōu)?20℃的高壓過(guò)熱蒸汽供給天然氣壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)使用。為了保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，以及汽包設(shè)備本身的安全，除了要求高質(zhì)量的脫鹽水外，在汽包內(nèi)還需采用磷酸鹽處理，磷酸鹽與爐水中的微量雜質(zhì)（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(guò)連續(xù)和間斷排污而除去。P043-指標(biāo)控制在2 mg/L～5 mg/L。

《火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）（D L/T5068-1996）中規(guī)定：“對(duì)以除鹽水補(bǔ)給的汽包鍋爐。宜采用協(xié)調(diào)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(guī)程》中列出了各壓力參數(shù)下鍋爐水的pH值、磷酸根含量及Na+/PO43-控制范圍（見(jiàn)表1）。

寧夏石化公司化肥三廠國(guó)產(chǎn)化合成氨裝置于2018年4月26日第一次投料試車以來(lái)，遇到轉(zhuǎn)化汽包磷酸鹽分析不出其含量，這種情況持續(xù)了近15 d時(shí)間。為了改善轉(zhuǎn)化汽包爐水磷酸鹽現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)兩臺(tái)磷酸鹽泵給汽包加藥（按設(shè)計(jì)應(yīng)啟動(dòng)一臺(tái)磷酸鹽泵運(yùn)行，每小時(shí)加入量為0.5 kg），這樣大大的浪費(fèi)了磷酸鹽，雖然磷酸鹽價(jià)格便宜，用量增加一點(diǎn)并不影響多大成本，但是磷酸鹽用量的增加，對(duì)于含量不變的鍋爐水，排污量會(huì)成倍的增加，生產(chǎn)成本同時(shí)急劇增加。爐水通過(guò)排污排到V8002分離罐產(chǎn)生低壓蒸汽，根據(jù)資料排污1 t爐水可產(chǎn)生0.4 t低壓蒸汽，對(duì)于合成氨廠來(lái)說(shuō)，低壓蒸汽通常過(guò)剩，可以說(shuō)排污1 t爐水，就等于排放1 t高壓蒸汽。因此有必要對(duì)汽包磷酸鹽指標(biāo)不合格及用量大幅度增加的原因進(jìn)行探討[1，2]。

1 工藝現(xiàn)狀

2017年8月對(duì)轉(zhuǎn)化汽包進(jìn)行了開車前的化學(xué)清洗后通氮?dú)獗Ｗo(hù)，在2018年4月27日將汽包高壓蒸汽并入高壓蒸汽管網(wǎng)后對(duì)汽包爐水進(jìn)行了全面分析沒(méi)有分析出爐水中的磷酸根含量。現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)兩臺(tái)磷酸鹽加藥泵給汽包加藥，每天配藥兩到三次，而分析數(shù)據(jù)變化不大。在分析數(shù)據(jù)變化不大的情況下，磷酸鹽耗量相對(duì)設(shè)計(jì)量明顯增加，增幅達(dá)300%。爐水磷酸鹽化學(xué)處理的目的主要是防止生成水垢危及鍋爐和運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的安全運(yùn)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(duì)于大型合成氨廠輔鍋有如下危害：

表1 《規(guī)程》規(guī)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(zhì)，增加排污量；

（2）磷酸鹽過(guò)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(guò)高的磷酸根會(huì)生成難溶的磷酸鹽鐵垢；

（4）磷酸鹽過(guò)高時(shí)，易發(fā)生磷酸鹽“隱藏現(xiàn)象”。

因此必須盡快查明磷酸鹽用量增加的原因以便及時(shí)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)磷鉬黃比色法，對(duì)于鍋爐系統(tǒng)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(xiàn)象，也就是說(shuō)不可能因分析數(shù)據(jù)偏低，工藝誤判而造成磷酸鹽消耗過(guò)多；電導(dǎo)率、堿度合格的情況下，如果加入過(guò)量的磷酸鹽，則堿度和電導(dǎo)率都要增加；另外在測(cè)汽包磷酸鹽的同時(shí)，還測(cè)定開工鍋爐的磷酸鹽，而開工鍋爐的磷酸鹽用量并未表現(xiàn)異常，說(shuō)明分析方法、儀器、試劑都正常，即分析數(shù)據(jù)是可靠的。

2.2 工藝方面

工藝方面由于未動(dòng)任何操作，磷酸鹽耗量又增加了許多倍，這說(shuō)明確實(shí)存在問(wèn)題，從如下幾個(gè)方面查找原因。

2.2.1 設(shè)備漏油 漏油要影響磷酸鹽的消耗，但是對(duì)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?yán)淠悍祷爻}水處理后再送往鍋爐產(chǎn)汽。國(guó)產(chǎn)化大化肥給水系統(tǒng)是開工鍋爐、轉(zhuǎn)化汽包、合成汽包共用一個(gè)除氧器、兩臺(tái)給水泵給三個(gè)汽包送水。開工鍋爐、合成汽包的磷酸鹽指標(biāo)都合格的情況下。通過(guò)分析證實(shí)，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(wèn)題 在開車期間或者大幅度加負(fù)荷時(shí)磷酸鹽的消耗會(huì)增加，在裝置正常運(yùn)行的情況下，磷酸鹽隱藏的現(xiàn)象會(huì)很快消失，但是該異常現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，說(shuō)明不是磷酸鹽的隱藏問(wèn)題。

2.2.3 脫鹽水的問(wèn)題 脫鹽水在事故狀態(tài)下存在漏酸或堿的問(wèn)題，通過(guò)長(zhǎng)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(dāng)時(shí)這些數(shù)據(jù)均無(wú)異常。因此磷酸鹽用量的增加與脫鹽水漏酸漏堿無(wú)關(guān)，如果脫鹽水水質(zhì)變差（如樹脂失效）當(dāng)然要影響爐水的磷酸鹽含量。

2.2.4 蒸汽夾帶問(wèn)題 國(guó)產(chǎn)化大化肥合成氨轉(zhuǎn)化汽包系統(tǒng)生產(chǎn)高壓蒸汽，產(chǎn)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(zhì)較差都會(huì)造成蒸汽夾帶，但是蒸汽品質(zhì)會(huì)表現(xiàn)異常，蒸汽品質(zhì)正常，因此不是蒸汽夾帶問(wèn)題。

2.2.5 排污量的檢查 合成氨裝置轉(zhuǎn)化汽包開車正常后由于爐水中的SO2指標(biāo)最高達(dá)到了75 μs/cm，為了降低SO2含量分廠技術(shù)員安排每班對(duì)汽包進(jìn)行兩次排污操作，同時(shí)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(chǎn)汽流量相差15 t/h左右，5月23日爐水中SO2指標(biāo)合格后對(duì)汽包定排閥門檢查發(fā)現(xiàn)班組在排污后并沒(méi)有完全關(guān)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(guò)關(guān)閉汽包定排污閥門及關(guān)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(chǎn)汽流量相差8 t/h左右，當(dāng)日對(duì)爐水指標(biāo)分析后發(fā)現(xiàn)磷酸鹽指標(biāo)有所好轉(zhuǎn)，并于5月25日上升到2.3 mg/L，這說(shuō)明排污量過(guò)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(duì)生產(chǎn)的影響

3.1 排污量

一般說(shuō)來(lái)，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(guān)。排污量的計(jì)算通常采用給水和爐水的含鹽量或者電導(dǎo)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(dǎo)率。排污量有時(shí)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(dǎo)率在實(shí)際分析過(guò)程中未進(jìn)行校正，因此上述公式計(jì)算出的排污量與實(shí)際情況有很大差別。

排污量的多少可按爐水中一個(gè)或幾個(gè)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(jì)算法。假設(shè)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(jì)。每次稱取的磷酸鹽為10 kg，正常時(shí)三個(gè)汽包用7 d（168 h）。設(shè)每小時(shí)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(shí)間，h。

將數(shù)據(jù)代入公式得W=5.95 t/h，計(jì)算值和正常操作值6 t/h很接近。該公式計(jì)算簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

3.2 磷酸鹽用量增加后的排污量

磷酸鹽耗量最大時(shí)，稱取10 kg用一天，經(jīng)計(jì)算此時(shí)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(guān)。可見(jiàn)磷酸鹽用量增加。說(shuō)明排污量成倍增加。磷酸鹽的價(jià)格雖然不貴，對(duì)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(chǎn)低壓蒸汽后按100元計(jì)算，每小時(shí)多支出成本3500元，每天多支出成本14萬(wàn)元。

4 解決的辦法

工藝針對(duì)排污量過(guò)大的可能，在爐水其他指標(biāo)合格的情況下關(guān)小連排閥門，同時(shí)指定表格對(duì)汽包所有定排閥門定期測(cè)溫判斷排污閥是否內(nèi)漏。對(duì)發(fā)現(xiàn)的內(nèi)漏閥門通過(guò)熱緊處理并擇機(jī)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(wèn)題。

5 總結(jié)

通過(guò)以上磷酸鹽用量增加的原因分析和排污量的計(jì)算，得出排污閥內(nèi)漏造成排污量過(guò)大是磷酸鹽用量增加的真正原因。磷酸鹽雖然價(jià)格便宜，用量增加只是一個(gè)很小的異常問(wèn)題，但是用量增加說(shuō)明排污量增加，造成生產(chǎn)成本增加，在有機(jī)會(huì)時(shí)要及時(shí)更換內(nèi)漏排污閥。