丙烯泄漏對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)影響的研究

尹廷山

（中煤陜西榆林能源有限公司 化工分公司，陜西 榆林 719000）

0 引 言

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用于反應(yīng)氣、產(chǎn)品氣、丙烯制冷等工藝物料的換熱，是整個(gè)化工企業(yè)的“血液”，處于十分重要的地位。由于循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不佳，屢屢造成企業(yè)生產(chǎn)事故、停產(chǎn)損失等塊情況。因此，保證循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是保證生產(chǎn)穩(wěn)定的前提。

循環(huán)水系統(tǒng)在長期運(yùn)行過程中，易發(fā)生泄漏的工藝介質(zhì)有丙烯、甲醇、碳四等。

本文表述了以丙烯為介質(zhì)的換熱器發(fā)生泄漏時(shí)的現(xiàn)象和泄漏發(fā)生后采取的處理措施，以保證循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀況

1.1 循環(huán)水系統(tǒng)流程簡介

（1） 與生產(chǎn)裝置換熱設(shè)備換熱后的循環(huán)回水，通過手動(dòng)閥門控制后進(jìn)入冷卻塔中。

（2） 循環(huán)水經(jīng)冷卻塔冷卻后排入集水池中。

（3） 冷卻后的循環(huán)水以重力流入吸水池中，經(jīng)循環(huán)水泵加壓至一定壓力后，輸送至各生產(chǎn)裝置的換熱器中。

循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置旁濾處理、加藥系統(tǒng)、加氯殺菌系統(tǒng)、加酸系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)和排污系統(tǒng)等。

1.2 丙烯泄漏的現(xiàn)象及處理措施

1.2.1 氧化性殺菌劑的投加量增大

通過日常投加氧化性殺菌劑和沖擊性投加非氧化性殺菌劑的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)中產(chǎn)生的微生物、藻類等的殺滅，以保證循環(huán)水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

通常情況下，系統(tǒng)投加的氧化性殺菌劑為氯啶（有效氯含量≥92%）。當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)生泄漏時(shí)，氯啶的投加量將迅速增加，嚴(yán)重時(shí)，每天投加近1 t 氯啶，系統(tǒng)仍無余氯值。由此可見，氯啶與系統(tǒng)中泄漏的丙烯發(fā)生了反應(yīng)，或與系統(tǒng)中產(chǎn)生的微生物藻類發(fā)生了反應(yīng)而被消耗。

大量的氯啶投加在循環(huán)水系統(tǒng)中，氯啶反應(yīng)的副產(chǎn)物為氯離子，氯離子會(huì)加劇對(duì)系統(tǒng)的腐蝕，尤其是對(duì)系統(tǒng)中不銹鋼換熱器的腐蝕。

1.2.2 循環(huán)水冷卻塔及塔池發(fā)生變化

長周期運(yùn)行的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)成為微生物和藻類的繁殖場所。丙烯常溫常壓下不溶于水，會(huì)隨著循環(huán)水的循環(huán)過程中為微生物和藻類的生長提供養(yǎng)料碳源，在敞開式冷卻塔塔池等敞開空間得到釋放。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生丙烯等有機(jī)物泄漏時(shí)，冷卻塔塔池角落會(huì)出現(xiàn)大量泡沫，冷卻塔上部塔沿則出現(xiàn)綠色藻類物質(zhì)，如大量藻類物質(zhì)和微生物附著在冷卻塔填料上，發(fā)生微生物爆發(fā)，冷卻塔被微生物拖拽而倒塌，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

1.2.3 有毒可燃報(bào)警器報(bào)警

丙烯易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。丙烯密度比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到較遠(yuǎn)的地方，遇火源會(huì)著火回燃。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生丙烯泄漏時(shí)，丙烯隨著循環(huán)水回水進(jìn)入過濾器中，在過濾器頂部發(fā)生聚集，隨著旁濾器在反洗時(shí)排出的反洗水而釋放到空氣中，如旁濾間安裝有毒可燃?xì)怏w報(bào)警儀，則報(bào)警儀將產(chǎn)生報(bào)警。

此外，丙烯隨著循環(huán)水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)到冷卻塔塔頂時(shí)，因?yàn)槔鋮s塔風(fēng)機(jī)的極速運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生靜電，瞬間引燃丙烯氣，在冷卻塔塔頂發(fā)生爆炸，如冷卻塔塔頂安裝了可燃?xì)怏w檢測儀，在丙烯泄漏量較大的情況下將產(chǎn)生報(bào)警。

1.2.4 循環(huán)水系統(tǒng)中COD 的變化

丙烯作為有機(jī)物，能直接導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)中的COD 含量突然升高。而當(dāng)丙烯發(fā)生泄漏時(shí)，在循環(huán)水中檢測到的COD 值呈上升趨勢(shì)，但并未預(yù)想的高值，檢測的最大值＜60 mg/L。

對(duì)已泄漏的丙烯換熱器循環(huán)水回水中的COD進(jìn)行檢測，其數(shù)值較大。根據(jù)換熱器泄漏程度的不同，最大COD 值約為幾百mg/L。取已泄漏的換熱器循環(huán)水回水水樣時(shí)，有微生物尸體腐爛的味道。

1.2.5 循環(huán)水換熱器

若循環(huán)水系統(tǒng)中的丙烯換熱器發(fā)生泄漏，往往是換熱器工藝介質(zhì)的側(cè)壓力高于循環(huán)水的壓力，換熱器中物料損失。

當(dāng)換熱器工藝側(cè)介質(zhì)混有液堿、黃油等工藝雜質(zhì)，則會(huì)黏著在換熱器的表面，形成大塊污垢，非常難以清理，影響了換熱器的換熱效率。

泄漏的換熱器打開后，發(fā)現(xiàn)有大量粘稠的丙烯低聚物堵塞在換熱器管束內(nèi)，這些低聚物在換熱器內(nèi)分布不均勻，一般是在循環(huán)水一次折流區(qū)內(nèi)分布較多。換熱器管束和端面上也有白色乳狀物產(chǎn)生，并伴有惡臭的氣味，白色乳狀物被曬干后，形成了暗紅色的薄片物質(zhì)。

部分換熱器管束被黑色的鐵氧化物所堵塞，這種黑色物質(zhì)有些比較堅(jiān)硬，很難用硬質(zhì)鐵質(zhì)工具除掉。

2 換熱器泄漏問題的原因分析

2.1 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行存在的客觀原因

循環(huán)水系統(tǒng)允許存在腐蝕，要求碳鋼≤0.075 mm/a，不銹鋼（銅） ≤0.003 mm/a。隨著生產(chǎn)的長周期運(yùn)行，管道中的泥沙、懸浮物、雜質(zhì)、開式冷卻塔洗滌灰塵等物質(zhì)進(jìn)入到循環(huán)水系統(tǒng)中，導(dǎo)致其在水流緩慢處沉積，產(chǎn)生污垢，從而造成垢下腐蝕。

循環(huán)水系統(tǒng)中遠(yuǎn)端或高點(diǎn)的換熱器，因無足夠的循環(huán)水壓力和流速，不能適當(dāng)沖刷換熱器，從而導(dǎo)致雜質(zhì)在換熱器內(nèi)沉積而產(chǎn)生腐蝕。

由于丙烯換熱器大部分是大型碳鋼材質(zhì)，換熱器直徑大，長度長，循環(huán)水經(jīng)過換熱器后流速分布不均勻，且丙烯換熱器工藝側(cè)的溫差較高（＞50 ℃），導(dǎo)致?lián)Q熱器易出現(xiàn)高溫沉積污堵現(xiàn)象。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原因

循環(huán)水有些裝置的換熱器設(shè)計(jì)冷量過剩，如烯烴分離的丙烯換熱器。日常運(yùn)行時(shí)，1 臺(tái)換熱器的冷量就能滿足90%的工藝要求，剩余10%的冷量要靠投用另外1 臺(tái)換熱器來解決，最終進(jìn)2 臺(tái)換熱器的循環(huán)水進(jìn)水閥門開度較小，換熱器內(nèi)循環(huán)水的流動(dòng)性差，導(dǎo)致水質(zhì)變壞，腐蝕換熱器。

某甲醇制烯烴項(xiàng)目，第二循環(huán)水場回水壓力偏高，導(dǎo)致冷卻塔填料受到?jīng)_擊，填料碎片隨著下塔的冷卻水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)中。經(jīng)過水廊道格柵的攔截后，仍然有一部分碎片流入換熱器中，附著在換熱器表面和管束內(nèi)部，從而造成換熱器堵塞，導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降。

2.3 循環(huán)水系統(tǒng)日常管理不當(dāng)

在循環(huán)水換熱器的日常管理過程中，工藝介質(zhì)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥開度隨意調(diào)整，導(dǎo)致工藝介質(zhì)進(jìn)入換熱器的流量和流速頻繁波動(dòng)。針對(duì)工藝介質(zhì)是丙烯的換熱器，丙烯由氣相轉(zhuǎn)為液相的過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，是導(dǎo)致很多換熱器泄漏的主要原因。

含有酸性氣、濁度高、黃油等工藝介質(zhì)的換熱器，由于工藝介質(zhì)本身就會(huì)腐蝕或污染循環(huán)水系統(tǒng)，日常管理不當(dāng)，易發(fā)生泄漏。

局部換熱器本身冷卻效果差的問題，同樣都在一個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的換熱器，個(gè)別換熱器對(duì)循環(huán)水的溫度要求較為苛刻，常年要求低溫，為了在夏季使循環(huán)水供水溫度達(dá)到低溫要求，向系統(tǒng)中補(bǔ)充較多的原水，導(dǎo)致系統(tǒng)中原水與回用水補(bǔ)水的比例失衡。

3 采取的預(yù)防措施

（1） 合理提高高點(diǎn)、遠(yuǎn)端的換熱器循環(huán)水的流速，換熱器的結(jié)垢腐蝕傾向?qū)⒌玫骄徑?。監(jiān)測換熱器進(jìn)出水循環(huán)水的溫度，換熱器工藝介質(zhì)保證不超速。同時(shí)，利用便攜式流量計(jì)測定循環(huán)水的流速，懸浮物、雜質(zhì)等在水流低速處易沉積造成腐蝕，有序投切系統(tǒng)內(nèi)的冷換設(shè)備進(jìn)行清洗。

（2） 建立重點(diǎn)換熱器排查臺(tái)賬，定期對(duì)泄漏情況進(jìn)行取樣分析，定好取樣點(diǎn)，并保證取樣閥門好用。針對(duì)工藝介質(zhì)是丙烯的換熱器，以及其他重點(diǎn)易造成泄漏的換熱器進(jìn)行報(bào)備，同時(shí)要求新購換熱器做內(nèi)防腐，一旦發(fā)生泄漏擇機(jī)進(jìn)行更換。

（3） 成立循環(huán)水技術(shù)攻關(guān)小組，從生產(chǎn)工藝、循環(huán)水運(yùn)行、設(shè)備運(yùn)行等方面進(jìn)行日常數(shù)據(jù)監(jiān)控對(duì)比，保證換熱器良好的運(yùn)行工況。對(duì)于母管制換熱器的換熱器應(yīng)保證不偏流，即工藝介質(zhì)和循環(huán)水進(jìn)水均不偏流，保證工藝介質(zhì)在換熱器內(nèi)的合理流速，使2 臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備換熱后工藝介質(zhì)溫度和流量均衡。工藝介質(zhì)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥設(shè)定閥位聯(lián)鎖，不可大幅度調(diào)整。

4 結(jié) 語

循環(huán)水系統(tǒng)貫穿于整個(gè)化工生產(chǎn)裝置中，其運(yùn)行狀況對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程起著至關(guān)重要的作用，部分設(shè)計(jì)和操作存在缺陷，應(yīng)在長期生產(chǎn)過程中摸索改善。

本文總結(jié)了循環(huán)水系統(tǒng)丙烯換熱器發(fā)生泄漏時(shí)的現(xiàn)象、泄漏原因，并提出了預(yù)防改進(jìn)措施。同時(shí)，考慮從換熱器本體材質(zhì)方面進(jìn)行源頭改進(jìn)，如換成不銹鋼材質(zhì)等，有待于進(jìn)一步研究改進(jìn)。