合成氨系统换热器漏氨条件下循环水长周期安全运行对策

门春艳，李国峰

（新疆应用职业技术学院，新疆 奎屯 833200）

实践企业年产能达40 万吨合成氨，70 万吨合成尿素，12 万吨合成三聚氰胺。循环水采用敞开式循环冷却水工艺，分别为气化车间、变换工段、合成氨车间提供合格的循环水。循环水系统水冷器有碳钢、不锈钢和少量的铜材质。该厂循环水系统采用氧化性杀菌剂次氯酸钠（NaClO）和非氧化性杀菌剂有机溴复合杀菌剂交替投加的方式起到杀菌灭藻的作用，pH 值控制在7.8 ～8.3，浓缩倍数2.5 ～3，投加聚磷酸盐作为缓蚀阻垢剂能有效抑制换热器的腐蚀和结垢现象。该厂自2012 年投入生产以来，循环水系统保持安全长周期运行状态，但在2018 年6 ～11 月，合成氨车间水冷器E1805 突然发生漏氨，使大量的氨进入循环水系统，给循环水的控制带来威胁。为确保正常生产运行，有效地控制菌藻的滋生，制定漏氨情况下循环水系统运行方案，保证了循环冷却水在漏氨情况下长周期安全运行。

1 循环水系统出现异常

（1）通过循环水池中水质日常观察，发现大量的菌藻类微生物繁殖滋生，导致循环水散发出腥臭味，水的浊度上升，颜色变为黄褐色，水质明显不如以往。对此异常情况，我们采用不断增加杀菌剂次氯酸钠（NaClO）的投放量和投放次数，意图在短时间内阻断菌藻类微生物的繁殖。

（2）通过近几日报表数据，循环水中pH 值呈现先上升而后逐渐下降，最初我们判断加酸过多造成，系统开始减少加酸，经过几天的观察，循环水中pH 值依然呈明显的下降趋势，这说明造成pH 值逐渐下降原因并不是加酸造成的。

（3）经取循环水水样分析，水中的氨的含量超标，同时硝酸根和亚硝酸根也远远超出正常指标（5mg/L），水中化学需氧量（COD）、异氧菌呈现异常，虽日常不断增加杀菌剂的投放量和投放次数，但这些指标并没有控制到正常范围。因此，通过气相色谱仪检测，合成氨车间水冷器E1805出水COD 含量远大于循环水总供水COD 含量，这说明合成氨车间水冷器E1805 出现了严重的漏氨。

2 漏氨的危害

（1）产生硝化菌群，生成亚硝酸和硝酸，亚硝酸是还原性的物质，投加的氧化性杀菌剂NaClO 全部将亚硝酸转化成硝酸才能起到杀菌的效果，因此，出现水中的余氯不达标，无法控制水中微生物的繁殖。

（2）氨同时为微生物提供天然养料，微生物会加速繁殖，导致生物粘泥堆积，附着在换热设备的表面，降低换热设备的换热效果；粘泥的沉积会破坏金属的保护膜，粘泥附着的金属表面会形成氧浓差电池，发生沉积物下腐蚀，其腐蚀产物又促进了铁细菌的生长，在金属表面形成铁瘤，形成恶性循环。

（3）影响循环水pH 值变化，会导致循环水pH 急剧上升，如反应（1），pH 值急剧升高会引起循环水中碳酸盐的形成，加速换热器表层的结垢；同时，由于循环水中的氨在亚硝化菌和硝化菌的共同作用下可生成亚硝酸（HNO2）和硝酸（HNO3）等强酸性物质，如反应（2）和（3），最终致使循环水的PH值急剧下降。

（4）生物粘泥对设备的危害，如图1 所示，粘泥附着在换热（冷却）部位的金属表面上，从而降低换热器的换热效果；沉积的粘泥将堵塞换热器（水冷器）的通道，使冷却水无法循环；少量的粘泥则减少换热器通道的截面积，使冷却水的流量大大降低，增加泵压；大量的粘泥堆积在水冷塔填料的表面或填料间，堵塞了冷却水的通过，降低冷却效果。生物粘泥的产生阻碍了缓蚀剂和防腐剂到达金属表面，使粘泥和垢下无法形成保护膜，降低药剂效果，致使换热器的腐蚀、穿孔、泄漏加剧。（5）氨氮对铜合金的选择性腐蚀。 反应如下（4）和（5），综上所述，在循环水出现漏氨情况下，菌藻大量滋生繁殖使水质分析数据异常，水质恶化，致使系统腐蚀、结垢趋势增大，降低换热器的换热能力，增大能耗和生产成本，所以必须加强杀菌处理，确保水质稳定。

图1 粘泥故障发生部位

3 漏氨情况下循环水系统运行方案

（1）尽快查找和切除漏氨源头。循环水系统出现氨泄漏情况应及时查找并切除漏氨源头，如没有备用的换热设备，应将换热器出口回水就地排放或不间断的开启排污等方法可有效避免影响其他的换热设备腐蚀或穿孔，使循环水中氨含量始终保持在一个可控的范围内。

（2）及时检测和控制循环水pH 值变化。氨泄漏直接导致循环水中的PH 值持续下降，为控制PH 值在正常指标范围应及时向循环水中投加一定量的纯碱（Na2CO3），可有效避免循环水因酸性而导致换热设备的腐蚀现象。

（3）调整漏氨情况下循环水加药方案。在换热器不漏氨，循环水中氨含量小于10mg/L 的情况下，每日投加杀菌剂次氯酸钠进行杀菌灭藻，就能确保循环水运行正常。当出现漏氨情况，水中的亚硝酸根含量大于1mg/L 时，再单独地投加氧化性杀菌剂次氯酸钠就无法监测到水中的余氯，当亚硝酸根含量大于10mg/L，次氯酸钠消耗量明显大幅提高，余氯监测不到，水中COD 含量急剧升高、系统粘泥增多、水质持续恶化。因此，采取加大杀菌剂的投加量和投加频率，采用氧化性杀菌剂次氯酸钠和有机溴辅助杀菌剂同时投放的方式，因为在氨泄漏情况下，氨使循环水中的pH 值先呈现碱性而后逐渐呈现酸性，当循环水中pH 值呈酸性时次氯酸钠的杀生效果较好；当pH 值呈碱性时，氨与次氯酸钠反应会大大降低次氯酸钠的杀菌效果，而有机溴会与次氯酸钠反应生成的次溴酸能增强杀菌效果。通过分析水中的余氯，发现很好地抑制了菌藻的繁殖滋生。

（4）多开风机，降低循环水水温，加大循环水流速，控制微生物的繁殖和沉积，降低换热器内部的严重腐蚀。

4 结语

合成氨车间换热器漏氨现象较为常见，要最大限度地降低漏氨对循环水系统的危害，必须采用综合治理的方法对循环水水质严格控制：首先密切关注循环冷却水中NO2-、NO3-的变化，及时有效地控制NO2-的升高；选取合适的粘泥剥离剂、缓蚀阻垢剂可有效地避免在漏氨情况下换热设备结垢、腐蚀和穿孔等；氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂交替使用，可加大非氧化性杀菌剂的用量和投加次数，制定漏氨情况下循环水系统运行方案，确保主装置高负荷、安全稳定运行的需要。