合成氨系统中循环冷却水的腐蚀与控制

浅议影响循环水水质的因素及对策摘要：由于氨气是合成尿素生产的原料,每个系统的氮氨是细菌藻类的最佳营养来源，循环水中不可避免地会出现污染、溶液、腐蚀和微生物粘度等问题，因此循环水也是藻类生长的理想地点，也因此会导致设备热传导效率降低、阻塞和缩短设备的使用时间。

关键词：循环水；水质因素；对策；前言：合成氨工业循环水系统根据冷却循环水是否与大气直接接触，开放循环冷却水系统可以分为封闭的冷却水循环系统和开放的冷却水循环系统两种，其中开放式循环冷却水系统大大减少了水和设备之间的供水投资，减少了能源消耗，是目前最广泛使用的冷却水循环系统。

由于蒸发、风损及其他情况下消耗大量水分，水循环不断浓缩导致水质恶化，盐分远高于正常补水,阴阳离子增加、pH也发生较大变化。

一、分析影响循环水水质的因素1.循环水冷却塔不是封闭的系统，塔池与外界直接接触，由此引入较多的污染物。

在刮风的日子里，由于尘土、降雨、杂草、树叶和其他杂质，很容易进入凉水池。

这些有机或无机化合物进入循环水系统以后与管道、热交换器等接触，形成污垢。

如果生产系统发生重大泄漏，这些泄漏将附着在换热器和管道上。

高温和复杂的影响也会导致更硬的污垢。

夏季的高温导致水冷装置与水接触的地方的藻类繁殖，因为藻类的生长影响水和空气的流动，藻类在落地后包围溶液。

此外，大量的热量阻碍了热量的传递，有机污垢也会导致严重的腐蚀。

因此，藻类对循环水造成了巨大的损害，不仅降低了热传导效率，降低了水的横截面，而且增加了腐蚀。

2.这严重影响了冷却系统的正常工作，影响了生产，甚至可能导致严重的事故影响。

由于水中含有大量Ca2+，会在热交换器的表面和管道形成降水，形成斗篷。

可能会降低热传导效率，降低水与换热器的有效接触面积，影响换热器的正常使用。

我们的工厂使用黄河水来补充循环水系统，硬度较高;首先，系统中含有较高的硬度。

通过蒸发、风损和其他方式失去一些循环水，使得循环水系统硬度迅速浓缩，浓缩系数迅速增加，导致系统中的盐含量相对增加。

合成氨企业安全风险隐患排查指南（一）总体要求1.不得使用以下淘汰落后工艺和设备：合成氨半水煤气氨水液相脱硫工艺、合成氨固定层间歇式煤气化装置（配套有吹风气余热回收、造气炉渣综合利用装置的煤气化装置除外）、合成氨一氧化碳常压变换及全中温变换（高温变换）工艺（中中低低变换工艺除外）、没有配套硫磺回收装置的湿法脱硫工艺、合成氨L型HN气压缩机（M型或MH型HN气压缩机除外）、三足式离心机（压滤机或全自动离心机除外）、三气换热器、没有配套工艺冷凝液水解解析装置的尿素生产设施，高温煤气洗涤水在开式冷却塔中与空气直接接触冷却工艺技术等。

排查依据：《关于印发淘汰落后安全技术装备目录（2015年第一批）的通知》《关于印发〈淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录（第一批）〉的通知》《产业结构调整指导目录》（2024年本）。

排查方式：查设计资料、评价报告、现场。

2.（1）各工艺单元之间管线、仪表出现堵塞、阀门失效时，应采取停车或者能量隔离措施，采用观察现场压力表或远传压力表数值、切换管道、导淋放空等多种方式确认各管段泄为常压，严禁带压作业。

（2）涉及合成气、氢气、硫化氢、氮气等易燃、易爆、有毒、窒息介质的管线或者设备需打开时，作业前应确认内部为常压，确保能量隔离、人员保护措施到位，严禁带压作业。

（3）根据实际情况，制定防止一氧化碳、硫化氢、氨中毒的制度措施。

排查依据：事故教训。

排查方式：查现场、相关制度。

3.定期对易燃易爆、有毒介质等管道、设备进行测厚，涉及合成气等易燃、易爆、有毒物料的管道腐蚀减薄低于设计要求，应停产处置。

排查依据：《关于加强化工企业泄漏管理的指导意见》。

排查方式：查制度、测厚记录。

4.企业应结合生产实际，制定典型异常工况安全处置要点；积极运用人员定位系统，及时监测、预警、处置人员聚集安全风险。

排查依据：事故教训。

排查方式：查制度、系统。

（二）煤气化过程安全风险管控5.粉煤气化原料制备、储存等存在煤尘爆炸风险场所应采用氮气或二氧化碳等惰性气体保护，并设置氧气浓度分析仪等在线监测设施；禁止含氨废水作为磨煤系统用水。

循环冷却水的水质标准(GB50050-1995)：1.《中华人民共和国国家标准工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-9511)冷却循环水系统中微生物控制指标异养菌 < 5×105 个/ml 2次/周真菌 < 10个/ml 1次/周硫酸盐还原菌 < 50个/ml 1次/月铁细菌 < 100 个/ml 1次/月2）冷却循环水系统腐蚀速率★碳钢换热器管壁的腐蚀速度小于0.125 mm/a★铜合金和不锈钢的腐蚀速度小于0.005 mm/a3）冷却循环水系统污垢热阻★敞开式:水侧管壁的年污垢热阻值为: 2×10-4 ～ 4×10-4 m2hc/kcal★密封式:水侧管壁的年污垢热阻值为: 1×10-4 m2hc/kcal4)冷却循环水系统中粘泥量<4 ml/m3 （生物过滤网法） 1次/天<1 ml/m3 （碘化钾法） 1次/天冷却水中微生物一般是指细菌和藻类。

在新鲜水中,细菌和藻类都较少。

但在循环水中,由于养分的浓缩富集,水温的升高和光照,给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件,经生产造成了大量的危害,因而对冷却水杀生剂进行研究具有重要的意义。

1氧化性杀生剂1.1氯气在水处理过程中,氯气由于其具有高效、广谱、廉价、物源广、使用较方便等优点,受到人们的青睐,是目前用量最大的杀菌剂。

但经氯气处理水中易产生三氯甲烷致癌物质,同时其半衰期长,易对环境产生危害,因此各国相继出台法规,日益严格控制余氯的排放量。

另外,氯气在高pH(>8.5)的条件下杀菌活性差的缺点也表现出来,因此人们开发出氯的替代物,如ClO2、溴类杀生剂等。

1.2二氧化氯二氧化氯的杀生能力较氯强,约为氯的2.5倍,特别适合合成氨厂替代氯进行杀菌灭藻处理。

国外于上世纪70年代中期开始将其应用于循环冷却水。

但由于其性能不稳定,不宜运输,限制了其广泛应用。

针对这种情况人们采用现场发生ClO2和开发稳定性二氧化氯等措施克服了这一难题。

工业循环水系统中结垢和腐蚀现象分析及控制方案摘要：工业水处理是使用化学和物理方法去除水中杂质的过程。

电石生产的特点是很复杂的过程，生产环节与水密不可分。

电石炉是将电能转化为热能的设备,这就决定了它时刻处在高温环境状态下运行。

为了保证电石炉长周期安全运行,对设备各系统进行冷却必不可少。

循环冷却水的再利用尤其可以提高用水过程的效率，循环水的再利用将产生盐分积聚的问题，这些问题会污染并损坏热交换器，降低传热效率并增加设备成本和安全隐患。

关键词：工业循环水系统；结垢；腐蚀前言工业循环水系统中传热面上的结垢现象一直被人们关注，有效降低管线中的结垢速率，实现持续的稳产高产，已成为电石生产领域研究的热点之一。

为保持油藏压力，提高采收率。

为了节约水资源,多数企业目前采用循环冷却水代替普通工业用水，冷却水在对设备降温的同时，其自身温度也在不断上升，有时在夏季设备冷却水出口温度高达60℃以上，这样的工作温度极易形成水垢粘接在设备内壁，从而造成设备换热效果差，而且水垢还会局部脱落、堆积阻塞管路和阀门，导致水流阻力增加，设备壁厚被腐蚀减薄，另一方面会造成垢下腐蚀，甚至穿孔，必须每隔一段时间对结垢严重的管段进行酸洗或停产维修，增加了管线维护费用，严重影响了电石的正常生产和经济效益。

1产生结垢的原因1.1硬垢天然水中溶解有各种盐类物质，有重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等。

其中溶解的重碳酸盐为最多，也最不稳定，容易分解成碳酸盐。

在使用重碳酸盐含量较多的水作为冷却水时，当通过换热器传热面时会受热分解。

当循环水经过冷却塔冷却时，溶解在水中的CO2会逸出，水的PH会升高。

重碳酸盐在碱性条件下会发生以下反应。

Ca(HCO3)2+2OH－=CaCO3↓+2H2O+CO2－3当水中溶解有氯化钙时，还会产生置换反应。

CaCl2+CO2－3=CaCO3↓+2Cl－当水中溶解有磷酸盐时，磷酸根和钙离子还会生成磷酸钙。

3Ca2++2PO3－4=Ca3(PO4)2↓当循环水在冷却蒸发过程中，水分不断蒸发而浓缩，浓缩倍数提高，原来溶解于水中的盐类浓度会不断增加，当其浓度超过同等条件下的饱和溶解度时就会出现结晶析出，形成水垢。

循环冷却水的腐蚀和结垢及其控制原理循环冷却水是用于工业生产中的一种重要的流体介质，用于散热装置中传递热量并保持设备的温度稳定。

然而，长时间运行的循环冷却水系统面临着腐蚀和结垢的问题。

本文将对循环冷却水的腐蚀和结垢原理以及控制措施进行探讨。

首先，循环冷却水腐蚀的原因可以归结为两个方面：化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀是指水中的氧气和酸性或碱性物质与金属表面产生化学反应，从而导致金属表面的腐蚀。

例如，循环冷却水中的溶解氧会与金属表面发生氧化反应，产生氧化物，从而破坏金属表面并加速腐蚀过程。

此外，循环冷却水中存在的酸性或碱性物质如硫酸、盐酸、氢氧化钠等也会与金属发生反应，导致腐蚀。

另一方面，电化学腐蚀是指水中存在的溶解电解质和金属表面之间的电化学反应。

循环冷却水中的溶解电解质和金属表面形成一个电池系统，其中金属是阳极，而水中的电解质则是阴极。

当水中存在氯离子、硫酸根离子等电解质时，它们可以通过齐物质交换和水解来产生强氧化性反应物，进一步加速金属腐蚀过程。

与腐蚀相对应的是结垢问题。

当循环冷却水中溶解的无机盐超过饱和度，溶解度降低，就会导致盐类沉淀，形成结垢。

结垢主要是由硅酸钙、硅酸镁、硅酸钠等硅酸盐类沉淀所致。

结垢的形成不仅会在水冷器内壁形成厚度不均匀的氧化层，还可能导致水道堵塞，降低散热器的效能。

针对循环冷却水的腐蚀和结垢问题，可以采取以下控制措施：1.控制水质：通过水质处理控制循环冷却水中的溶解氧、酸性或碱性物质的含量。

例如，可以通过气体除氧、化学除氧等方法，降低水中溶解氧的含量；使用缓蚀剂或pH调节剂来控制水中的酸碱度，并保持在适宜的范围内。

2.表面处理：通过对金属表面进行化学处理或物理处理，形成一层保护性的氧化层或膜层，减缓金属腐蚀的速度。

例如，可以通过阳极氧化、镀层、喷涂等方法来处理金属表面。

3.控制水温和水流速度：降低循环冷却水的温度和增加水流速度，可以减少酸碱物质的浓缩和腐蚀的机会，同时也可以减少结垢的发生。

青海云天化国际公司合成氨循环水岗位开车方案1.总则在化工生产中，用作循环冷却介质的水称为循环冷却水。

由换热器、冷却塔、水泵、管道以及其他有关设备所构成的用水作循环冷却介质的系统称为循环冷却水系统。

采用循环冷却水经济效益高，节约用水；提高换热器的传热效率，减少换热面积，节约钢材；减少排污和防止热污染，确保各换热设备的正常运转。

保证化工生产安全，稳定，经济运行。

1.1循环水岗位的基本任务保证合成氨系统各工序有足够的冷却水量；严格控制水质和工艺指标；防止换热设备、管道的腐蚀、结垢及菌藻类的滋生、繁殖；维护整个循环水系统的正常运行。

根据实际生产的需要，降低水、电、药品消耗。

1.2循环水岗位的管辖范围循环水泵房、加药间、过滤器操作间、操作控制室、分析室、岗位配电室、凉水塔、冷却风机及所属设备、管道、阀门及电器、仪表等。

2工艺流程简述循环水系统包括冷却塔、循环水泵、过滤给水泵、循环给水管、循环回水管、过滤器、成套加药设备、二氧化氯加药装置等组成。

循环冷却水经冷却塔降温后储存在冷却塔下水池和吸水池，循环水经循环水泵升压后送至各用水装置，使用后经回水管返回冷却塔上部，经过一系列的分水管及喷头均匀的分洒在冷却塔的填料上，与冷却塔塔顶的风机抽入的空气呈逆向流动进行热交换，热水被冷却后流入塔下水池，再循环使用。

循环水在使用过程中，由于蒸发、风吹、排污、耗损等造成的损失水量，由补充水管进行补充。

为了保证水质良好，降低吸尘后循环水浊度，约占冷却水总量 4.0％～5.0％的循环水利用过滤清洗水泵送水到过滤器进行过滤，过滤后的水返回冷水池。

滤池运行一段时间后，过滤床逐渐堵塞，阻力增大，需要进行反洗，以使过滤床层松动，并把积聚的杂质洗掉，恢复正常工作。

循环水系统的排污，经排污管计量后排放至地沟。

为了减轻减缓冷却设备的结垢和腐蚀趋向，减少菌藻滋长繁殖，设有水质处理系统。

缓蚀剂、阻垢剂通过成套加药设备的计量泵加入水池；杀菌的二氧化氯气体与水射器压力混合后送至投加点，间断地加入塔下水池和连通渠中，或根据药剂配方进行投加。

循环水水质异常分析及处理对策结合有机合成厂水汽车间循环水的实际运行状况，针对现有441岗位循环水碱度、pH值低等问题，提出解决循环水水质异常处理对策。

查找生产装置循环水换热器泄漏，逷制循环水水质恶化。

通过循环水加药系统的控制和调整，提升循环水水质品质，保证循环水换热器达到最佳换热效果，延长换热器使用寿命。

标签：碱度、pH低；氨物料泄漏；腐蚀与结垢；杀菌剂；处理对策1 循环水pH值、碱度低的原因分析1.1 造成循环水pH、碱度低的原因有多种形式①补充水有冷凝水，冷凝水碱度几乎为零；②尿素水解水作为补水；③漏酸性物料（（例如氯化铵）；④漏氨（经过硝化细菌转化成硝酸和亚硝酸）；⑤二氧化氯未反应完的盐酸进入循环水系统；⑥本厂补水来自106动力厂处理后过滤水，硬度与碱度复合正常工艺的要求，不存在冷凝水、尿素水做为补水的条件。

1.2 漏氨对循环水系统的影响1.2.1 氨的破坏性氨换热器的泄漏，造成氨漏入循环水系统，促进了硝化菌群的大量繁殖和亚硝酸根的大量产生。

硝化菌群的大量繁殖会造成换热器的生物性腐蚀和结垢，亚硝酸根会消耗大量的氧化型杀菌剂，而使杀生效率大大降低；使pH值发生变化，从而影响腐蚀和结垢的控制。

1.2.2 氨漏入循环水系统对水质指标的影响及危害①消耗大量的氧化性杀菌剂；②氯离子浓度升高，对设备造成腐蚀；③菌藻繁殖加剧，粘泥含量高；④系统浊度增加，加大补水量；⑤系统药剂消耗量增加，处理费用加大。

1.2.3 物料泄漏原因分析生产装置常常因物料泄漏进入循环冷却水系统，增加了水处理的难度。

物料泄漏的主要原因大致可以有如下几种原因：①设备检修质量不过关，往往在装置大修投运初期水冷器泄漏率较高；②设备的碳钢管腐蚀穿孔，表现在装置运行后期水冷器的泄漏率增加；③在装置运行期间水冷器小浮头的垫圈、螺栓等损坏，产生泄漏现象较多；④装置开停工水冷器及间断运行水冷器工艺侧的腐蚀穿孔也是造成泄漏的主要原因之一。

2 循环水水质管理对策2.1 消除泄漏源对本厂有氨冷凝器的车间（橡胶、乙丙）应加强换热器的检查及维修，建立循环水换热器泄漏台帐，定期切换换热器，消除漏氨的根源。

引用格式：喻　灿，何睿丰．合成氨装置变换气换热器腐蚀泄漏及防控措施［Ｊ］．石油化工腐蚀与防护，２０２２，３９（２）：３２ ３５． ＹＵＣａｎ，ＨＥＲｕｉｆｅｎｇ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｌｅａｋａｇｅａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｓｈｉｆｔｇａｓｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｎｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｍｍｏｎｉａｕｎｉｔ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＆ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎＰｅｔｒｏ ｃｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０２２，３９（２）：３２ ３５．合成氨装置变换气换热器腐蚀泄漏及防控措施喻　灿１，何睿丰２（１．上海安恪企业管理咨询有限公司，上海　２００２３７；２．中国石油化工股份有限公司巴陵分公司，湖南岳阳　４１４０１４）摘要：某厂合成氨装置变换气换热器经过多次改造、更新，仍频繁发生腐蚀泄漏。

从变换气预热系统工艺流程分析，结合腐蚀介质、操作温度、操作压力、选材等方面分析，认为腐蚀泄漏发生的原因为氯化铵腐蚀。

通过露点、结盐温度等工艺参数的计算以及对腐蚀产物进行离子色谱分析，验证腐蚀泄漏发生的部位与换热器实际腐蚀部位一致。

结合腐蚀发生的影响因素，从工艺防腐、选材优化及结构设计等角度提出了氯化铵腐蚀的防控措施。

关键词：变换气换热器；氯化铵腐蚀；结盐温度；露点；腐蚀控制收稿日期：２０２１ １０ ２０；修回日期：２０２２ ０２ ２１。

作者简介：喻　灿（１９８９—），工程师，硕士，从事石油化工装置的腐蚀适应性评估工作。

Ｅ ｍａｉｌ：ｙｕｃａｎ＠ａｎｃｈｏｒｅｍｃ．ｃｏｍ１　腐蚀泄漏情况某厂合成氨装置变换气换热器于２０１０年６月首次投用，为内浮头式换热器，管束材料为３２１不锈钢。

壳程走粗煤气从底部进入，管程走变换气。

２０１１年１０月大检修期间，在换热器壳程进口侧挡灰板附近有２３根换热管发生泄漏，部分管束明显腐蚀断裂，管束外表面积灰严重。

２０１３年６月对变换炉进气换热器进行第一次更新，结构形式由内浮头式改为固定管板式，改管程走粗煤气，设计压力４．１ＭＰａ，温度３００℃；壳程走变换气，设计压力４．０ＭＰａ，温度４７５℃，操作参数见表１。