丙烯泄漏對循環水系統影響的研究

尹廷山

（中煤陜西榆林能源有限公司 化工分公司，陜西 榆林 719000）

0 引 言

循環冷卻水系統用于反應氣、產品氣、丙烯制冷等工藝物料的換熱，是整個化工企業的“血液”，處于十分重要的地位。由于循環水系統運行狀態不佳，屢屢造成企業生產事故、停產損失等塊情況。因此，保證循環水系統的穩定運行是保證生產穩定的前提。

循環水系統在長期運行過程中，易發生泄漏的工藝介質有丙烯、甲醇、碳四等。

本文表述了以丙烯為介質的換熱器發生泄漏時的現象和泄漏發生后采取的處理措施，以保證循環水系統的穩定運行。

1 循環水系統運行狀況

1.1 循環水系統流程簡介

（1） 與生產裝置換熱設備換熱后的循環回水，通過手動閥門控制后進入冷卻塔中。

（2） 循環水經冷卻塔冷卻后排入集水池中。

（3） 冷卻后的循環水以重力流入吸水池中，經循環水泵加壓至一定壓力后，輸送至各生產裝置的換熱器中。

循環水系統內設置旁濾處理、加藥系統、加氯殺菌系統、加酸系統、補水系統和排污系統等。

1.2 丙烯泄漏的現象及處理措施

1.2.1 氧化性殺菌劑的投加量增大

通過日常投加氧化性殺菌劑和沖擊性投加非氧化性殺菌劑的方法，實現對循環水系統中產生的微生物、藻類等的殺滅，以保證循環水系統的安全、穩定的運行。

通常情況下，系統投加的氧化性殺菌劑為氯啶（有效氯含量≥92%）。當循環水系統發生泄漏時，氯啶的投加量將迅速增加，嚴重時，每天投加近1 t 氯啶，系統仍無余氯值。由此可見，氯啶與系統中泄漏的丙烯發生了反應，或與系統中產生的微生物藻類發生了反應而被消耗。

大量的氯啶投加在循環水系統中，氯啶反應的副產物為氯離子，氯離子會加劇對系統的腐蝕，尤其是對系統中不銹鋼換熱器的腐蝕。

1.2.2 循環水冷卻塔及塔池發生變化

長周期運行的循環冷卻水系統成為微生物和藻類的繁殖場所。丙烯常溫常壓下不溶于水，會隨著循環水的循環過程中為微生物和藻類的生長提供養料碳源，在敞開式冷卻塔塔池等敞開空間得到釋放。

當系統發生丙烯等有機物泄漏時，冷卻塔塔池角落會出現大量泡沫，冷卻塔上部塔沿則出現綠色藻類物質，如大量藻類物質和微生物附著在冷卻塔填料上，發生微生物爆發，冷卻塔被微生物拖拽而倒塌，導致系統崩潰。

1.2.3 有毒可燃報警器報警

丙烯易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒、爆炸的危險。丙烯密度比空氣重，能在較低處擴散到較遠的地方，遇火源會著火回燃。

當系統發生丙烯泄漏時，丙烯隨著循環水回水進入過濾器中，在過濾器頂部發生聚集，隨著旁濾器在反洗時排出的反洗水而釋放到空氣中，如旁濾間安裝有毒可燃氣體報警儀，則報警儀將產生報警。

此外，丙烯隨著循環水在系統內循環到冷卻塔塔頂時，因為冷卻塔風機的極速運轉而產生靜電，瞬間引燃丙烯氣，在冷卻塔塔頂發生爆炸，如冷卻塔塔頂安裝了可燃氣體檢測儀，在丙烯泄漏量較大的情況下將產生報警。

1.2.4 循環水系統中COD 的變化

丙烯作為有機物，能直接導致循環水系統中的COD 含量突然升高。而當丙烯發生泄漏時，在循環水中檢測到的COD 值呈上升趨勢，但并未預想的高值，檢測的最大值＜60 mg/L。

對已泄漏的丙烯換熱器循環水回水中的COD進行檢測，其數值較大。根據換熱器泄漏程度的不同，最大COD 值約為幾百mg/L。取已泄漏的換熱器循環水回水水樣時，有微生物尸體腐爛的味道。

1.2.5 循環水換熱器

若循環水系統中的丙烯換熱器發生泄漏，往往是換熱器工藝介質的側壓力高于循環水的壓力，換熱器中物料損失。

當換熱器工藝側介質混有液堿、黃油等工藝雜質，則會黏著在換熱器的表面，形成大塊污垢，非常難以清理，影響了換熱器的換熱效率。

泄漏的換熱器打開后，發現有大量粘稠的丙烯低聚物堵塞在換熱器管束內，這些低聚物在換熱器內分布不均勻，一般是在循環水一次折流區內分布較多。換熱器管束和端面上也有白色乳狀物產生，并伴有惡臭的氣味，白色乳狀物被曬干后，形成了暗紅色的薄片物質。

部分換熱器管束被黑色的鐵氧化物所堵塞，這種黑色物質有些比較堅硬，很難用硬質鐵質工具除掉。

2 換熱器泄漏問題的原因分析

2.1 循環水系統運行存在的客觀原因

循環水系統允許存在腐蝕，要求碳鋼≤0.075 mm/a，不銹鋼（銅） ≤0.003 mm/a。隨著生產的長周期運行，管道中的泥沙、懸浮物、雜質、開式冷卻塔洗滌灰塵等物質進入到循環水系統中，導致其在水流緩慢處沉積，產生污垢，從而造成垢下腐蝕。

循環水系統中遠端或高點的換熱器，因無足夠的循環水壓力和流速，不能適當沖刷換熱器，從而導致雜質在換熱器內沉積而產生腐蝕。

由于丙烯換熱器大部分是大型碳鋼材質，換熱器直徑大，長度長，循環水經過換熱器后流速分布不均勻，且丙烯換熱器工藝側的溫差較高（＞50 ℃），導致換熱器易出現高溫沉積污堵現象。

2.2 循環水系統設計的原因

循環水有些裝置的換熱器設計冷量過剩，如烯烴分離的丙烯換熱器。日常運行時，1 臺換熱器的冷量就能滿足90%的工藝要求，剩余10%的冷量要靠投用另外1 臺換熱器來解決，最終進2 臺換熱器的循環水進水閥門開度較小，換熱器內循環水的流動性差，導致水質變壞，腐蝕換熱器。

某甲醇制烯烴項目，第二循環水場回水壓力偏高，導致冷卻塔填料受到沖擊，填料碎片隨著下塔的冷卻水進入循環水系統中。經過水廊道格柵的攔截后，仍然有一部分碎片流入換熱器中，附著在換熱器表面和管束內部，從而造成換熱器堵塞，導致換熱效率下降。

2.3 循環水系統日常管理不當

在循環水換熱器的日常管理過程中，工藝介質進口調節閥開度隨意調整，導致工藝介質進入換熱器的流量和流速頻繁波動。針對工藝介質是丙烯的換熱器，丙烯由氣相轉為液相的過程中會產生應力腐蝕，是導致很多換熱器泄漏的主要原因。

含有酸性氣、濁度高、黃油等工藝介質的換熱器，由于工藝介質本身就會腐蝕或污染循環水系統，日常管理不當，易發生泄漏。

局部換熱器本身冷卻效果差的問題，同樣都在一個循環水系統的換熱器，個別換熱器對循環水的溫度要求較為苛刻，常年要求低溫，為了在夏季使循環水供水溫度達到低溫要求，向系統中補充較多的原水，導致系統中原水與回用水補水的比例失衡。

3 采取的預防措施

（1） 合理提高高點、遠端的換熱器循環水的流速，換熱器的結垢腐蝕傾向將得到緩解。監測換熱器進出水循環水的溫度，換熱器工藝介質保證不超速。同時，利用便攜式流量計測定循環水的流速，懸浮物、雜質等在水流低速處易沉積造成腐蝕，有序投切系統內的冷換設備進行清洗。

（2） 建立重點換熱器排查臺賬，定期對泄漏情況進行取樣分析，定好取樣點，并保證取樣閥門好用。針對工藝介質是丙烯的換熱器，以及其他重點易造成泄漏的換熱器進行報備，同時要求新購換熱器做內防腐，一旦發生泄漏擇機進行更換。

（3） 成立循環水技術攻關小組，從生產工藝、循環水運行、設備運行等方面進行日常數據監控對比，保證換熱器良好的運行工況。對于母管制換熱器的換熱器應保證不偏流，即工藝介質和循環水進水均不偏流，保證工藝介質在換熱器內的合理流速，使2 臺或多臺設備換熱后工藝介質溫度和流量均衡。工藝介質進口調節閥設定閥位聯鎖，不可大幅度調整。

4 結 語

循環水系統貫穿于整個化工生產裝置中，其運行狀況對整個生產過程起著至關重要的作用，部分設計和操作存在缺陷，應在長期生產過程中摸索改善。

本文總結了循環水系統丙烯換熱器發生泄漏時的現象、泄漏原因，并提出了預防改進措施。同時，考慮從換熱器本體材質方面進行源頭改進，如換成不銹鋼材質等，有待于進一步研究改進。