循环水系统挂片腐蚀率超标原因分析及改进措施

简耀先

（贵州开阳化工有限公司，贵州开阳 550399）

0 引 言

循环水处理的目的主要是防止换热设备结垢，避免换热设备因结垢而造成换热效率下降等，进而影响生产。对于易腐蚀的碳钢和铜材质设备，为避免金属腐蚀导致换热设备换热效率下降及设备过早报废，一般通过投加相应的缓蚀剂控制设备及管道的腐蚀速率，同时加强循环水系统的杀菌灭藻和黏泥剥离工作，避免设备由于菌藻和黏泥滋生造成换热效率下降及垢下腐蚀。工业生产中，一般通过循环水系统挂片来监测循环水水质对金属材料的腐蚀情况，进而判断或推断循环水水质对工艺管道和设备的影响，实际生产中循环水系统往往会出现挂片腐蚀率偏高甚至超标的现象，以下针对这个问题进行原因分析，并总结降低循环水系统挂片腐蚀率的改进措施，以改善循环水系统的运行环境，保证循环水水质。

1 循环水系统概况

贵州开阳化工有限公司（简称开阳化工）现隶属于贵州磷化（集团）有限责任公司，其一期500kt／a合成氨项目属贵州省重点建设项目、贵阳循环经济（国家）生态工业示范基地的重点项目，作为整套装置“血液”的循环水系统，循环水水质的控制对于装置的长周期稳定运行尤为重要。

开阳化工500kt／a合成氨装置配套有2套循环水系统，分别为一循环冷却水系统（简称一循）、二循环冷却水系统（简称二循）。来自各用户的循环回水（42℃）至水处理车间的压力为0.20～0.25MPa，带压上至冷却塔 （凉水塔），经冷却塔冷却降温至32℃后依靠重力流入吸水池，再由循环水泵加压送至各用户：一循供给空分车间、热电车间，二循供给气化框架、磨煤干燥、渣水处理、变换、氨合成压缩、氨回收、硫回收、冷冻站、液氮洗、低温甲醇洗等系统。水处理车间的主要任务是维护凉水塔及其风机、循环水泵、汽轮机及其辅机设备的安全稳定运行，同时对循环冷却水进行化学处理，以防用水设备腐蚀、结垢、菌藻滋生。其中，一循的用水设备材质有碳钢、不锈钢、黄铜，二循的用水设备材质有碳钢、不锈钢，循环水系统的相关运行参数见表1。

表1 循环水系统的相关运行参数

2 循环水系统挂片腐蚀率情况

开阳化工于2019年12月28日开始在其循环水系统投加某公司的水处理药剂，一循和二循于2020年1月7日完成清洗预膜后转入正常运行状态。2020年6月，一循缓蚀阻垢剂使用量1.794t、非氧化性杀菌剂使用量375kg，二循缓蚀阻垢剂使用量3.3t、非氧化性杀菌剂使用量625kg，一循、二循均未投加黏泥剥离剂；一循循环水浓缩倍数5.80～7.20、pH＝7.61～8.73、浊度5.62～12.10NTU、Cl-含量63～141mg／L、总锌0.78～1.69mg／L；二循循环水浓缩倍数5.70～7.03、pH ＝7.76～8.64，浊度5.67～18.25NTU、Cl-含量45～135mg／L、总锌0.81～1.56mg／L。一循、二循循环水水质指标基本上均在许可范围内，但出现部分碳钢挂片腐蚀率偏高甚至超标的情况。2020年6月16日—7月15日共计29d挂片腐蚀率监测数据（均值）见表2。可以看出，有3块碳钢挂片的腐蚀率接近国标限值（国标要求碳钢腐蚀率≤0.075mpy，下同），有3块碳钢挂片的腐蚀率超过国标限值。从碳钢挂片的腐蚀率来看，一循、二循循环水水质情况不好，会影响合成氨装置中水冷设备的运行状况。

表2 2020年6月16日—7月15日循环水系统挂片腐蚀率监测数据（均值）

3 挂片腐蚀率超标的原因分析与排查

从循环水系统运行数据和挂片腐蚀现象来看，至2020年6月时循环水系统碳钢挂片出现明显的腐蚀点，腐蚀速率接近或超过国标，为查清挂片腐蚀速率超标的原因，从以下几个方面进行了分析与排查。

3.1 挂片方式

挂片装置采用螺丝固定方式，2020年6月检查发现固定处损坏，一循挂片侧面全部紧贴支撑杆，接触面积较大，接触的地方循环水的流动性较差，长时间运行容易附着黏泥等物质，从而导致垢下腐蚀；二循挂片方式与一循相同，2020年6月检查时发现挂片侧面腐蚀严重。随后，对一循、二循挂片方式进行了初步改进——采用扎带捆绑方式代替螺丝固定，但由于条件有限，改进后挂片之间的间距仍然较小，还是比较容易附着黏泥等物质，且还会形成电位差而造成电化学腐蚀。

3.2 监测换热器的进水方式

监测换热器的进水采用循环水泵给水，生产中，2套循环水系统均需加酸调节pH，而现场的pH计引水均来自于循环水泵给水侧，这样在系统用于调节pH的硫酸还未能完全混合均匀时已测得pH，即pH计测得数据与系统真实pH有一定差异。

3.3 加酸方式

循环水系统pH调节加酸采取满冲程快速投加的方式，投加至循环水系统pH降低后关闭硫酸泵，待循环水系统pH升高后再开启硫酸泵，如此的投加方式会导致给水侧pH在短时间内出现急剧的变化，容易造成挂片的冲击性腐蚀，且在给水侧冲击性投加大量杀菌剂也会增加挂片的腐蚀趋势。

3.4 水质管理

从2020年1—6月循环水系统的运行数据来看，2套循环水系统循环水的浓缩倍数从化学清洗后慢慢提高，至2020年6月时循环水的浓缩倍数已常常超过6，浓缩倍数控制偏高会增加系统结垢趋势。

循环水系统杀菌剂的投加频率及投加量是否合适对于系统的水质管理非常重要，杀菌剂投加量大，余氯过高会导致换热器及碳钢挂片腐蚀，投加量少又会导致菌藻大量繁殖（特别是在夏季）。而2套循环水系统每次投加二氧化氯和次氯酸钠均错开循环水取样时间，这就导致循环水余氯分析数据不够全面和准确，也就无法准确判定系统杀菌剂投加频率及投加量是否合适。

3.5 缓蚀阻垢剂用量

2020年1—5月一循缓蚀阻垢剂QD-685A使用量79kg／d、6月份缓蚀阻垢剂QD-685A使用量59kg／d；2020年1—5月二循缓蚀阻垢剂QD-685A使用量140kg／d、6月份缓蚀阻垢剂QD-685A使用量110kg／d。可以看到，2020年6月份药剂用量整体偏低。原因是6月份药剂厂家技术人员在现场调试自动加药设备，初期调试过程中可能加药量不足，从而影响循环水系统挂片的腐蚀率。

4 改进措施

4.1 改进挂片方式

减小挂片与支撑杆的接触面积，增大挂片与挂片的间距，同时尽可能避免其他因素影响挂片腐蚀率，以确保监测数据的真实性。

4.2 更改监测换热器进水

为真实地反映循环水的pH，同时减小满冲程加酸对挂片腐蚀率的影响，经分析与论证，将监测换热器进水由循环水泵给水更改为循环水系统回水。

4.3 优化加酸方式

（1）稳定、缓慢、连续投加硫酸，可使整个循环水系统基本上在一个稳定的状态下运行，对稳定循环水pH在指标范围内、良好发挥药剂的阻垢缓蚀效果、保障系统的长周期安全运行非常重要。为此，可将硫酸泵的冲程调小，在硫酸泵冲程调节到一定范围后实现硫酸的连续稳定投加，在系统稳定运行的情况下只需进行加酸量的微调，特殊情况下（如停车）降低负荷及大排大补、加杀菌剂期间多关注调节即可，不仅可降低操作人员的劳动强度和工作量，而且可避免循环水pH的较大波动，稳定循环水pH在指标范围内。

（2）若循环水系统连续加酸长期调整不能达到理想的pH控制效果，不能实现连续加酸，可通过联锁在线pH计监测数据在7.9～8.3来控制加酸泵的启停，但加酸泵的冲程也必须调小，避免满冲程加酸导致的系统冲击性腐蚀，通过勤调整控制循环水pH在指标范围内。

（3）一循每次投加二氧化氯杀菌剂时，系统pH会略微下降，需注意观察pH的波动，调整加酸泵冲程；二循每次投加次氯酸钠杀菌时，系统pH会略微上升，但次氯酸钠投加量并不大，可等混合均匀后观察系统pH的波动情况，适当调整加酸泵冲程。

（4）如果目前循环水系统不能实现连续稳定加酸，建议在循环水回水管线上再安装1套在线pH计，以监测循环水回水的pH，据给水和回水的pH调整系统的加酸量；或者将pH监测系统的进水改为循环水回水。

4.4 加强水质管理

（1）只有把循环水的浓缩倍数控制在规定指标范围内，才能保证化学处理的效果，节水、节药，使系统运行最优化。为保证循环水系统的长周期稳定运行，避免浓缩倍数过高后的大排大补，最好能连续排污，调节排污阀的流量，严格控制循环水的浓缩倍数在4～6。

（2）每次投加氧化性杀菌剂（二氧化氯和次氯酸钠）时，尽可能在循环水取样前半小时完成，保证系统余氯的准确测定，利于调控二氧化氯和次氯酸钠的投加频率及投加量。

（3）为避免细菌产生抗药性，氧化性杀菌剂与非氧化性杀菌剂要交替投加，以保证对微生物的良好控制。

4.5 增加缓蚀阻垢剂用量

2020年7月份开始增加缓蚀阻垢剂的使用量，一循、二循的缓蚀阻垢剂使用量分别达到80kg／d和140kg／d左右，即保证一循、二循缓蚀阻垢剂QD-685A的投加量不低于前几个月（2020年1—5月）的日均用量，以维持循环水系统的良好运行。

5 优化效果

上述优化改进措施落实后，2020年7月15日—8月14日共计30d循环水系统挂片腐蚀率监测数据（均值）见表3。可以看到，挂片腐蚀率从6月份的最高0.08923mpy降至当期的最高0.02154mpy，系统腐蚀率得到了很好地控制，远优于国标，表明所用的改进措施产生了很好的效果，明显改善了循环水系统的运行环境。

表3 2020年7月15日—8月14日循环水系统挂片腐蚀率监测数据（均值）

6 结束语

工业循环水使用过程中，只要控制好其浓缩倍数和总硬度，系统一般不易结垢，而作为判断循环水水质对金属材料腐蚀情况的挂片，其腐蚀速率控制尤为关键。总结开阳化工循环水系统挂片腐蚀率的控制情况，我们认识到，要控制好循环水系统的腐蚀率，一方面，应选择合适的药剂，采取正确的投加方案，控制适宜的投加频率及投加量；另一方面，要优化挂片方式、改进监测换热器进水方式、优化加酸方式、精心管理循环水水质。只有将循环水系统的腐蚀率控制好了，才能保证化工生产的“健康血液”供给，才能保障各生产系统的安全、稳定、优质运行。