合成氨系统中循环冷却水的腐蚀与控制

合成氨系统中循环冷却水的腐蚀与控制

摘要:众所周知,循环冷却水系统中,大量的设备是金属制造的换热器,由于碳钢制成的换热器长期使用循环冷却水,容易发生腐蚀穿孔。因此,需要采取一定措施制止或减缓这种不利倾向的发生。本文我们将分析合成氨系统造成腐蚀的原因并对其作出相应的对策。

关键词:合成氨循环冷却水系统缓蚀剂

1 合成氨循环水系统的特点

1.1 循环水系统存在的问题

冷却水的主要任务是带走生产中被冷介质的热量,循环冷却技术可以节约用水故经常采用。但随着水的不断循环使用,循环水的硬度、碱度和含盐量均越来越高。最终,系统会出现腐蚀、结垢和微生物孳生问题。采用缓蚀阻垢剂对减缓甚至阻止系统的腐蚀和结垢具有重要意义。

1.2 缓蚀剂的作用机理

虽然缓蚀剂的种类繁多,但是它们的作用机理主要只有钝化作用和吸附成膜作用两种。钝化作用是通过缓蚀剂的氧化作用,来改变金属表面元素的结构及其化学性质,使其活性降低,从而起到保护作用,这个过程称为钝化。亚硝酸盐、铬酸盐、聚磷酸盐等缓蚀剂具有钝化作用,这些物质具有价格便宜、缓蚀效果好的优点;但是缺点是投加量

大、受排放的限制,现在基本上已禁止使用。

吸附成膜是指利用缓蚀剂和金属之间存在的吸附作用,使其沉积在金属表面,形成一层保护膜,从而阻止腐蚀性介质和金属表面的接触,降低腐蚀速率。因此,如果所形成的膜越均匀、越牢固、越致密,则该缓蚀剂的缓蚀作用就越明显;如果所形成的膜稀疏、易脱落、不均匀,则其缓蚀效果就不好。目前我们所采用的缓蚀剂差不多均是以这种原理来起作用的。除了与缓蚀剂本身的性质可以影响缓蚀效果的好坏,金属及其表面的性质、与缓蚀剂在系统中的有效浓度也会对其产生一定的影响。如果金属的表面十分均匀、光滑、清洁,缓蚀剂就能更加牢固地吸附在金属表面,形成均匀、致密、不易脱落的膜,这样缓蚀效果最佳;如果金属表面十分不均匀,局部地区有沉积物或者绣斑,那么在金属的表面就容易出现“花脸”,边界上就会出现电化学腐蚀现象;由于缓蚀剂分子不能直接接触沉积物的下面与金属作用,因而无保护沉积物下面的金属,故其腐蚀率通常都较高(通常称为垢下腐蚀)。如果是微生物黏泥沉积物,那么情况会更糟。

1.3 合成氨循环水系统的特殊性

循环冷却水系统具有复杂性。在理想情况下,在这个系统中有着多个平衡同时存在,其中包括水平衡(补水=排污+风吹损失+泄漏)、无机盐的溶解一沉淀平衡、碳酸平衡(空气中二氧化碳的溶解一逸出平衡)、腐蚀与结垢平衡、微生物生长的平衡等。其中某些平衡可能会含有几个子平衡(如无机盐的溶解沉淀平衡中可能同时含有碳酸钙、

碳酸镁、硫酸钙、磷酸钙等一系列平衡;微生物的平衡中可能有多种不同菌群的共生与存在)。建立这种平衡是十分不易的,如果平衡受到破坏,要重新建立平衡通常情况下需要数周甚至数月的时间。合成氨循环水系统是所有工业循环冷却水系统中最不稳定的系统之一,因为系统中常常会出现漏氨现象,或者周围空气中的氨气溶入循环水系统,从而导致循环水系统的氨浓度大幅升高。在氨循环水系统中最易孳生亚硝酸盐菌,亚硝酸盐菌可将氨分子转变为具有还原性质的亚硝酸根,一旦这种微生物泛滥就很难控制:采用氧化性杀生剂时,由于其先与亚硝酸根作用而消耗,因此杀菌效果往往不理想;由于其价格较贵,采用非氧化性杀生剂在经济上难以承受。

2 合成氨系统水冷器腐蚀原因分析

通过对合成氨系统中循环冷却水系统中的垢样进行化验得出结果,同时结合对水冷器垢形和分布的观察,我们可以得出的结论是:由于微生物的泛滥导致系统黏泥量较大,黏泥在水冷器表面的沉积导致了较严重的垢下腐蚀;黏泥垢较密实表明黏泥沉积的时间较长。同时,观察循环水系统的水质见可:由于附近厂酸性废水的渗漏,致使合成氨循环水系统的pH值常常偏低,有时甚至呈现酸性。循环水在酸性条件下,管道和挂片的腐蚀率超标是必然的。

3 解决问题的措施与建议

结合多年来生产中合成氨循环冷却水系统的运行效果,我们可以得出以下结论:无机垢的控制效果较好,微生物的控制却仍存在着一定的问题,导致腐蚀控制十分不理想。由于主要是垢下腐蚀和循环水系统的pH值不稳引起的腐蚀,而不是由于所采用的缓蚀剂的作用效果不佳引起的,因此我们今后的任务不是在提高药剂的缓蚀阻垢性能上下功夫,而是在微生物控制方案和管理方法上努力。

3.1 杀生方案问题

根据实验可知,通过增加杀菌剂的投加频率以及改变其浓度对于合成氨循环冷却水系统是十分有益的,但是究竟哪一种杀菌方案是最经济合理的,还需要通过不断的调整才能得出最终结论。现行的杀菌方案是通过多年的经验积累总结得到的,需要进行严格认真地执行才能比较出结论。在不变动缓蚀阻垢药剂的情况下,提高杀菌剂浓度、加大杀菌剂投加频率、优化杀菌方案对于合成氨循环水系统是十分有益的。想要彻底的改变合成氨循环水系统的状况我们还有很长的路要走。因为附着在老设备内表面的黏泥使得缓蚀阻垢药剂渗透不到金属表面,起不到应有的作用。日积月累产生的黏泥的脱离需要长期的严格控制才能达到理想效果,只有在金属的内表面完全裸露出来之后,药剂才能发挥它应有的作用,可怕的垢下腐蚀才能得到抑制,系统才能得到根本的好转。

3.2 定期清洗问题

应该定期对水冷器等换热设备进行彻底的清洗,因为合成氨系统泄漏是很难避免的了的,即使是合理的杀菌方案也只能把微生物的滋生降低到最低程度,时间久了同样会造成黏泥沉积导致垢下腐蚀。

3.3 关于进一步提高浓缩倍率的问题

系统运行正常的情况下,要进一步提高浓缩倍数,这样有利于节省用药和用水。要进一步的保证旁滤系统的运行正常,因为循环水系统的黏泥等悬浮物可以通过旁滤及时地除去,从而减少系统中此类物质的积累,并对对提高水质、降低腐蚀率、保证系统的正常运行是十分有益的。

4 结语

在合成氨系统中影响循环冷却水的腐蚀因素很多,做好水质分析,水质分析完善了,就能对系统可能出现的腐蚀倾向做出判断,并及时采取种种措施制止不良倾向的发生。同时对于循环冷却水系统来说,每年应行系统的化学清洗及预膜,因它长时间运之后,换热器表面有可能沉积有硬垢或茁滋生的黏泥等等,即使水质处理较好,也会出浊度升高的问题,必须进行清洗,这样可以证长期安全生产,降低操作费用和减少维时间、节约能量、延长设备的使用寿命。