回流冷凝器泄漏的影響與工藝處理

摘" 要：

介紹了一例尿素裝置解吸水解系統回流冷凝器發生泄漏后，氨氮流入循環水系統，引起循環水水質發生惡化的事件；歸納了氨氮流入循環水系統的經過、影響及采取措施；總結了尿素裝置換熱器堵漏前的工藝處理過程；對行業內含氨氮的換熱器泄漏后循環水系統的變化及同類型尿素裝置換熱器堵漏的工藝處理過程，具有一定借鑒意義。

關鍵詞：

回流冷凝器；泄漏；工藝處理

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2024.04.017

中圖分類號：TQ051.8

文獻標識碼：B

文章編號：

1004-8901（2024）04-0057-03

作者簡介：

袁彪（1991年—），男，遼寧朝陽人，2019年畢業于遼寧石油化工大學化學工程與工藝專業，工程師，現主要從事工藝技術管理工作。

Impacts of Reflux Condenser Leakage and Process Treatment

YUAN Biao， CHENG Hong-bo

（CNOOC Huahe Coal Chemical Co.， Ltd， Hegang Heilongjiang 154100， China）

Abstract：

The paper describes a case of reflux condenser leakage in a Desorption and Hydrolysis System of a urea plant， where ammonia nitrogen flows into the circulating water system and deteriorates the circulating water quality. It also introduces how the ammonia nitrogen gets into the circulating water system， what impact it causes and what measures are taken. It sums up the process treatment before stopping the heat exchanger leakage and offers some significant reference to the impact on the circulating water system after an ammonia-containing leakage at the heat exchanger and process treatment of similar heat exchangers in urea plants.

Keywords：

reflux condenser; leakage; process treatment

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2024.04.017

某項目尿素裝置采用斯塔米卡邦2000+CO2汽提法工藝，其中蒸發系統氣相形成的氨水采用“兩級解吸+水解”的工藝處理路線，處置后的工藝冷凝液一部分外送脫鹽水系統制備精制水；另一部分送造粒洗滌系統作為吸收液。解吸氣相經過回流冷凝器（循環水換熱）冷卻吸收后作為常壓、低壓等系統。

循環水系統主要為氣化、合成、尿素裝置供應，采用敞開式循環冷卻工藝，冷卻水由循環水泵送往系統中各換熱器，以冷卻工藝熱介質，冷卻水本身溫度升高，變成熱水，被送回冷卻塔頂部，由冷卻塔將水溫降低下來，再由循環水泵將水送往用戶，水如此重復循環使用。循環水系統流程見圖1。

1" 回流冷凝器泄漏對循環水系統的影響

1.1" 回流冷凝器運行情況

尿素裝置回流冷凝器換熱器為立式U形管換熱器，實際運行壓力為 0.151 MPa（g），即回流冷凝液泵出口壓力為0.617 MPa（g），減去高差0.27 MPa（g）（設備循環水進水點在距離泵出口27m的位置），再減去管道阻力損失0.186 MPa（g）。

管道阻力損失計算公式：

P=L×0.109×（V/D4）×（f/2g）

式中，ΔP為管道阻力損失，kPa；L為管道總長度，m；V為流體流速，m/s；D為管道內徑，m；f為管道摩擦系數，低碳鋼一般取0.2；2g重力加速度，一般把2g定為9.8。

殼側走工藝氣，主要成分為：w（NH3）=41.3%，w（CO2）=12.4%，w（H2O）=46.3%，殼測壓力實際運行在0.26 MPa（g），因此，在實際運行過程中，回流冷凝器泄漏后，工藝氣會泄漏至循環水中，主要影響循環水水質就是工藝氣中氨及遇到吸收液及冷卻后形成的氨氮。

1.2" 循環水中漏入氨氮對循環水系統的影響

氨氮是指水中以游離NH3和銨離子NH+4形式存在的氮，循環水中漏入氨氮會發生以下反應：

NH4++3/2O2亞硝酸菌NO2-+H2O+2H+

NO2-+1/2O2硝酸菌NO3-由上述反應可知，氨氮漏入循環中，在水中發生硝化反應，產生硝化菌群，生成亞硝酸，而 NO2- 為還原性物質，在日常投加純堿時，只有將NO2- 全部氧化為 NO3- 之后，才會有殺菌作用，即NO2- 繼續氧化生成硝酸鹽氮和氫離子，這就會大量消耗堿度，造成殺菌困難，堿量消耗增加，無法控制水中微生物。氨剛開始漏入循環水中時，由于氨屬堿性物質，循環水中的pH值會緩慢上升，但由于發生硝化反應，生成的pH+會逐漸使循環水中的pH值緩慢下降；硝化反應降解1g氨氮，需消耗7.148g堿度（堿度是指水中與強酸發生中和作用的物質總量）。同時，氨還會為循環水中其他微生物提供氮源，促進微生物的滋生繁殖，從而快速產生大量的生物黏泥，附著在水冷器的受熱面部位，影響各裝置換熱器的換熱效果。正常生產中，循環水的pH值要求控制在8.5～9.3。

綜上所述，氨氮漏入循環水中，如果不及時控制泄漏量，循環水水質惡化，導致微生物繁殖過快，生物黏泥堵塞換熱器和循環水填料，嚴重危及系統的正常運行。

2" 回流冷凝器泄漏

2.1" 循環水水質的變化

2023年6月6日，循環水系統在線pH值出現緩慢下降的趨勢，且循環水涼水塔附近有氨逃逸的味道。循環水pH值在線分析儀表趨勢見圖2，循環水堿度分析數據趨勢見圖3，循環水pH值分析數據趨勢見圖4。

通過分析上述數據及現場實際情況，判斷有氨氮的換熱器存在泄漏的情況，如果酸性氣體泄漏，現場不會出現氨逃逸的味道，且pH值會出現快速下降的過程。

2.2" 泄漏換熱器的排查

在水處理裝置發現循環水水質異常后，立即匯報生產管理部，生產管理部組織生產人員對含氨氮且工藝側壓力高于循環水側壓力的換熱器進行分析排查，共計梳理全廠13臺換熱器，最終鎖定尿素裝置回流冷凝器。回流冷凝器氨氮分析數據見表1。

由于回流冷凝器循環水部分處于內部循環，因此整體分析數據要遠高于循環水回水總管的分析數據，由上表判斷，回流冷凝器發生泄漏，且泄漏量隨著時間的推移逐漸增加。

3" 回流冷凝器泄漏后處理過程

3.1" 循環水裝置的調整

（1） 因為氨硝化產生的NO2-會消耗氧化性殺菌劑，所以適當增加氧化性殺菌劑TS-821的加入量，確保日常余氯控制在0.2～0.5 mg/L。

（2） 非氧化性殺菌劑TS-809S的投加。由原來的每月1次，增加至每月2次，在每月10日、30日進行沖擊性投加，單次100 mg/L，2.0 t。投加過程中控制適當液位，封閉運行72 h。

（3） 為取得有針對性的殺菌控制效果，建議在泄漏期間增加TS-838C類型。TS-838C屬溴類非氧化性殺菌劑類型，其可以不與NO2-產生作用，可以繞開NO2-直接殺滅微生物，由于亞硝酸菌大部分被消滅，NO2-含量也會自然下降。

（4） 正常投加純堿，保持循環水pH＞7.5，堿度在100 mg/L以上。

（5） 日常每天投加225A和273C ，由各200 kg調整至各250 kg。

（6） 加強循環水質監測，結合氨氮泄漏的特點，要控制循環水中的微生物，除監測微生物的數量及黏泥外，還應增加每日必要的化學分析項目。如分析水中的氨氮、硝酸鹽含量等，這些項目比分析細菌數目速度快，更能反映氨氮污染危害的趨勢。

在系統發生氨氮泄漏后，循環水水質惡化，其主要原因是系統會在短期內發生硝化反應，循環水的堿度、pH 值會明顯降低，同時會導致余氯及其他指標發生異常。系統需盡快查找氨氮泄漏源并及時切出運行，防止大量氨氮帶入系統，造成系統無法正常運行；系統要根據分析的供水指標及時調整循環水日常維護所投加的藥劑量，調整大量循環水排污進行置換，根據運行指標所需，考慮避免發生系統低堿度、pH 值的腐蝕現象。

3.2" 尿素裝置堵漏前的工藝處理

（1） 處置回流冷凝器在保證尿素高壓系統、蒸發、造粒系統正常運行前提下，單獨停運解吸水解系統，回流調溫水系統停運，回流冷凝器及回流冷凝器液位罐泄壓并排空。按照解吸停車10 h計算，產生工藝冷凝液約450 m3，氨水槽容積700 m3，事故池容積1 000 m3，按照高壓系統滿負荷運行，共計預留檢修時間約37 h。在此期間解吸水解需降溫打循環，保證造粒洗滌系統用水，維持造粒系統負壓。

（2） 檢修前維持氨水槽低液位運行，液位≤30%，事故池液位確認為0%。

（3） 停運回流冷凝循環泵，關閉循環水上水至調溫水系統現場閥門，關閉調溫水泵出口至循環水回水現場閥門及調節閥，打開回流調溫水系統頂部排氣閥、設備頂部排氣閥；排放回流調溫水至排氣閥無水排出；關閉泵進口排放閥門。

（4） 關閉解吸塔給料泵至調節閥及現場手閥，關閉低壓甲銨泵至調節閥及現場手閥。

（5） 停車前維持回流冷凝器液位槽低液位操作，停回流泵，全開回流冷凝器液位槽氣相調節閥泄壓；排放回流冷凝器及回流冷凝器液位罐；關閉回流泵出口至低壓甲銨冷凝器閥門及解吸塔上部調節閥閥及現場手閥。

（6） 打開回流冷凝器排放閥及回流冷凝器液位槽排放閥，排空兩者，管道、設備內積存液通過回流泵入口導淋排放干凈，注意在排放時防止形成負壓，待兩者排空后，安裝盲板將回流冷凝器隔離。

4" 結語

回流冷凝器經過本次檢修堵漏處理，在行業內首次實現在前系統不停車的條件下進行，維持了系統的長周期運行，同時化解了循環水中因氨氮的不斷升高、微生物的數量急劇升高，產生黏泥附著在換熱器的表面、降低冷卻水換熱效果的問題，阻止緩蝕劑和阻垢劑到達金屬表面發揮其作用，形成濃差腐蝕電池而引起金屬設備的腐蝕。

參考文獻：

［1］ 肖慧光，刁江洪.循環水系統漏氨情況下的水質控制［J］.大氮肥2018，10（5）：349-351.

［2］ 火志明，張猛.換熱器泄漏對循環水系統的影響及處理措施［J］.氮肥與合成氣2023（1）：44-46.

修改稿日期：

2024-08-15