氯化氫合成爐循環水系統水質改善措施

尚洋洋 高偉 劉大莉 中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司

一、裝置現狀

由于氯化氫合成爐運行時燃燒段溫度高（70～99℃），使用純水對燃燒段進行循環降溫，純水在常溫下pH值為7，但隨著溫度的升高促進了水的電離，pH值變小，從而腐蝕碳鋼設備及管道，水質pH值低且長期沖刷管道內壁，造成碳鋼管道焊口和部分管道彎頭頻繁出現蝕孔，在應急情況下采用打卡子進行堵漏，雖然暫時解決了泄漏問題，但循環水仍然對管道腐蝕，長此以往蝕孔擴大造成大量循環水流失，增加了生產成本和維修費用。循環冷卻水系統在自然環境下長期運行，不斷蒸發濃縮的過程中，水中的有害離子成倍增加，再加上大氣中的風沙灰塵，冷卻塔在室外常年受陽光照射，風吹雨淋，灰塵、雜物的飄落會產生結垢和微生物的滋生，附著在合成爐石墨表面的水垢長期積累增厚降低了循環水對設備的冷卻效果，正常運行時進行酸洗不僅縮短合成爐鋼制殼程使用壽命，且存在其他安全風險，停車酸洗則會影響生產負荷。

二、影響循環水水質的主要因素

第一，溶解氧濃度。純水內的溶解氧會腐蝕金屬，可達到陰極去極化劑的功能，進而加速金屬腐蝕速率。此外，在氧濃度很低的條件下，同樣會出現腐蝕情況，當氧含量越高時，腐蝕速度則越快。

第二，由于氯離子（Cl-）具有較高極化度及小半徑等特征，因此，其極性、穿透性較強，能夠在金屬表面快速吸附，尤其是在金屬表面成膜缺陷部位或其他薄弱部位。

第三，pH值。水的PH值為4～10時，碳鋼的腐蝕速率保持一致，基本上無變化。當溶解氧濃度增高的情況下，將會影響腐蝕全過程，一般來講，氧擴散速率相同，腐蝕速率不會發生變化。

第四，溫度。于氧擴散控制的密閉系統的腐蝕而言，伴隨溫度的變化，腐蝕速率也會有所改變，比如，溫度越高，腐蝕速率越快。究其原因在于溫度增加之后，氧濃度并不會降低，這種情況下，在高溫作用下，將大大加快高氧和Cl-的擴散速度。

第五，流速。一般來講，流速加快，將進一步加快氧附著金屬表面的速度，進而導致腐蝕嚴重化。若水內含有Cl-，則碳鋼不會出現鈍化現象，這種情況下，流速加快必定會帶來大量氧，加速腐蝕。按照相關規定要求，每秒鐘1.5m為碳鋼允許的最大水流速度，若水流速度在每秒鐘0.3m以內，則會不斷增加腐蝕產物和污垢的沉積，出現垢下局部腐蝕情況。

三、氯化氫合成爐循環水系統水質改善措施

針對氯化氫合成爐循環水系統水質問題，決定在循環純水中加入適量緩蝕劑，從而改善水質。具體情況如下：

（一）緩蝕劑保護的優點

當一定量緩蝕劑摻加到循環純水內，在金屬表面極易形成一層溶解難度較大的保護膜。該保護膜主要形成源于2類，其一，氧化物膜，主要由緩蝕劑氧化金屬表面所形成；其二，沉淀膜，主要由緩蝕劑與腐蝕介質中分子或離子反應形成。那么，緩蝕劑保護的優點主要包括以下幾類：

第一，保護作用良好。通過摻加適量的緩蝕劑，保護效果顯著，一般可達到100%。通過緩蝕劑保護可以保護金屬腐蝕的均勻性，還可保護其他腐蝕，比如應力腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等。配合使用多種緩蝕劑，還能對腐蝕介質接觸的多種金屬材料進行保護。此外，緩蝕劑除了降低金屬腐蝕速率之外，還能對金屬的機械強度、加工性能進行有效保護。

第二，緩蝕劑在使用過程中，相對較為方便，極易操作，技術難度小。

（二）緩蝕劑保護的缺陷

對于材料—環境體系而言，緩蝕劑的針對性很強，因此，可以根據實際情況，通過試驗測定的方式確定相適應的緩蝕劑配方，并確定相關參數。通常來講，僅在封閉或循環體系內使用緩蝕劑，高溫條件下不宜使用，換言之就是在150℃以內才可應用緩蝕劑。此外，緩蝕劑的使用還具有一定局限性，比如不能用于不允許污染的產品及生產介質的場合，同時，在腐蝕性較強的介質內，比如酸等，同樣不會長期使用緩蝕劑作為保護方法。

（三）緩蝕劑實施措施

水質處理中常用的緩蝕劑：有機磷酸鹽、聚磷酸鹽、硅酸鹽、鋅鹽、鉻酸鹽和重鉻酸鹽等。氯化氫合成爐燃燒段采用純水作為循環水，并配備獨立涼水塔，涼水塔容量約500m3，冷卻塔減速機風量：（60×104m3/h全壓127.5Pa）主軸轉速240r/min，設3臺160kW泵輸送純水對7臺SZL-1600氯化氫合成爐燃燒段進行循環降溫，換熱總面積約1300m2，正常運行時可做到兩開一備，裝置開車初期向純水池內加入一定量的緩蝕劑，定期進行檢測。

（1）通過用純水逐步置換，使其中氯離子的含量降低到50×10-6，鈣離子含量降低到10×10-6，濁度降低到20×10-6以下時，即可進行加藥。

外觀：白色粉末狀固體；磷、氮含量小于1.5%；pH值（1%水溶液）：7～9；熱分解溫度＞300℃；對碳鋼的腐蝕率≤0.075 mm/a。

（2）在純水中加入緩蝕劑，第一次加入量為0.5%，每運行8h排污一次，直到溶液控制指標合格，基本呈無色透明即可。

（3）保持循環貯槽中的水位，正常情況下，每周在各排污口排水，每次排污至色澤變清澈、透明。

（4）每天取樣分析，根據分析數據決定加藥多少。該系統的水溫比較高，但對藥劑要求更高，要求緩蝕劑必須滿足以下三個條件，第一，pH值7.0～8.5；第二，緩蝕劑不能對石墨的浸漬樹脂有反應；第三，緩蝕劑有好的緩蝕性能。只要能同時滿足以上3個條件，系統中的設備壽命將會大大延長。為了保持系統效果穩定，藥劑濃度控制在1.6 g/L以上。

四、結束語

綜上所述，合成爐冷卻水系統加緩蝕劑后，氯化氫合成系統運行效果良好，燃燒段出口冷卻水溫度滿足規定要求，既避免了視鏡、點火孔墊片老化泄漏問題，又解決了石墨套筒結垢問題，保證了合成爐長期安全穩定運行。