李創(chuàng)業(yè)，邴牛劍，季為持，韋 磊，王彬彬

(安徽晉煤中能化工股份有限公司， 安徽臨泉 236400)

1 概述

安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱中能化工)所用的KDON32000/71500型空分設(shè)備由開封空分集團(tuán)有限公司設(shè)計制造，該工藝采用汽輪機(jī)拖動、全低壓分子篩凈化吸附、增壓透平膨脹制冷、雙泵內(nèi)壓縮流程、規(guī)整填料精餾塔等行業(yè)先進(jìn)的流程技術(shù)和設(shè)備[1]。整個裝置于2015年6月安裝結(jié)束，具備單體試車條件，7月20日正式開車，8月1日開始向后段供氧氣、氮?dú)?，同時產(chǎn)出液氧、液氮產(chǎn)品，此套空分裝置自原始開車至今一直運(yùn)行比較穩(wěn)定[2]。KDON32000/71500型空分預(yù)冷系統(tǒng)流程簡圖見圖1。

圖1 空分預(yù)冷系統(tǒng)流程

2 空分裝置結(jié)垢及原因分析

自2016年7月以來，空分空冷塔出口溫度逐漸升高，冷凍水流量逐漸降低，由于空冷塔出口的氣體溫度升高，對應(yīng)的空氣中水含量增加，造成分子篩的負(fù)荷加大;同時空氣溫度的升高，對整個空分裝置來說，所需制冷量增加，膨脹空氣量加大，增壓機(jī)負(fù)荷增加，造成空分整體能耗加大，給生產(chǎn)帶來一定的影響。2016年7月和2017年5月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比

2.1 裝置拆檢情況

2017年5月20日因后段氣化崗位檢修，空分系統(tǒng)停運(yùn)，按計劃例行檢查各換熱器表面清潔情況，拆開空分裝置各段換熱器，整體表現(xiàn)良好，但氨冷器換熱器出現(xiàn)結(jié)垢，見圖2。

由圖2可以看出：2016年5月拆檢時，氨冷器換熱器表面基本干凈，管束也干凈；2017年5月拆檢時，氨冷器換熱器表面有較多白色粉末垢樣，管束里面為石膏狀固體垢樣。

2.2 水質(zhì)分析

選取2016年2月—2017年5月間產(chǎn)生的水，分析其水質(zhì)變化趨勢，見圖3～圖6。

由圖3～圖6可知：水的pH整體偏高，結(jié)垢趨勢較明顯；2016年2月1日—5月1日，電導(dǎo)率<2 400 μS/cm,隨后電導(dǎo)率整體上升，最高到3 700 μS/cm，波動幅度較大；前期堿度基本控制在4～6，從2017年4月開始基本控制在7～9；2016年2月1日—5月1日，鈣硬度控制較好，在4～5 mmol/L之間，但后期的波動較大，最高到11 mmol/L。

(a) 2016年5月拆檢

圖2氨冷器換熱器拆檢情況

2.3 原因分析

換熱器所結(jié)的垢為“低溫垢”，其形成的主要原因有以下三個方面：

圖3 不同日期的pH

圖4 不同日期的電導(dǎo)率

圖5 不同日期的總堿度

圖6 不同日期的鈣硬度

(1) CaCO3晶體的特點(diǎn)是隨著溫度的降低，CaCO3的溶解度增大，因此在系統(tǒng)的低溫區(qū)(6～8 ℃)，溶解在水中的CaCO3已非常多，以介穩(wěn)態(tài)(亞穩(wěn)定狀態(tài))存在，這時水質(zhì)和外界條件的微小變化都會導(dǎo)致CaCO3結(jié)晶重新析出。

(2) 由于CaCO3在0 ℃時的溶解度為20 ℃時的兩倍，CaCO3在低溫時(<4 ℃)濃度增加，使得水系統(tǒng)極易生成帶6個結(jié)晶水的CaCO3晶體，即CaCO3·6H2O。這種晶體的形成速度很快，是無水碳酸鈣形成速度的10～20倍，因此在常見空冷塔的布水器，氨冷器進(jìn)口等低溫區(qū)均容易形成結(jié)垢物質(zhì)[3]。

(3) 正常情況下水質(zhì)穩(wěn)定劑是通過鈣離子、鎂離子的絡(luò)合作用以及對CaCO3微晶核的溶限、分散、晶格畸變等作用，擴(kuò)大CaCO3的介穩(wěn)區(qū)，起到穩(wěn)定水質(zhì)的作用。由于阻垢劑多為水溶性陰離子高分子聚合物和化合物，其與鈣離子、鎂離子形成的絡(luò)合物，在水溫降低時溶解度下降，尤其是濃縮倍數(shù)提高后，阻垢劑濃度和鈣離子、鎂離子增加，形成的絡(luò)合物在低溫區(qū)析出沉淀的可能性更大，同時水穩(wěn)劑在低溫下也一定程度決定了藥劑在低溫?fù)Q熱材質(zhì)表面析出晶體的可能。

循環(huán)水流進(jìn)氨冷器之前已經(jīng)從30 ℃以上降到16～18 ℃，而后又繼續(xù)降溫至8.5～10 ℃，CaCO3溶解度經(jīng)歷了先降到最低、后又有所增加的過程，此時CaCO3處于介穩(wěn)態(tài)，極易析出，溶解、析出過程反復(fù)出現(xiàn)，當(dāng)滿足上述(1)、(2)兩個條件時，CaCO3就以結(jié)晶水合物的形式析出。

3 解決方案

3.1 更改系統(tǒng)補(bǔ)水方式

更改系統(tǒng)補(bǔ)水方式，將循環(huán)水池補(bǔ)水移至水冷塔處，降低局部離子濃度。系統(tǒng)補(bǔ)水移至水冷塔處后，通過低溫水泵打入氨冷器，可起到局部稀釋的作用，以降低局部離子的濃度，緩解冷結(jié)垢的趨勢。如果按照循環(huán)水補(bǔ)水量200 m3/h、補(bǔ)水鈣硬度1.5 mmol/L來計算，若此部分用水流量均小于200 m3/h，則可近似認(rèn)為該氨冷器進(jìn)水鈣硬度為1.5mmol/L，如此運(yùn)行將大大緩解此處的結(jié)垢趨勢。

3.2 增加pH傳感器

3.3 運(yùn)行中嚴(yán)格控制濃縮倍數(shù)，鈣硬度值

運(yùn)行中可以根據(jù)電導(dǎo)率控制排污，從上述趨勢圖可以看到，原先控制波動過大，操作中控制隨意，這些都會導(dǎo)致冷結(jié)垢問題的發(fā)生，現(xiàn)要求循環(huán)水水質(zhì)初期控制電導(dǎo)率不超過2 500 μS/cm，鈣硬度控制在4～5 mmol/L，鈣硬度與堿度之和小于8 mmol/L，即堿度控制在3～4 mmol/L。

4 結(jié)語

運(yùn)行中做好循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)控，保證充分的置換用水，并合理控制操作溫度，預(yù)冷系統(tǒng)雜質(zhì)濃縮現(xiàn)象完全可以避免;適時監(jiān)控空冷塔水質(zhì), 在保證空分設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，做好循環(huán)水藥劑的配比，可以消除預(yù)冷系統(tǒng)水雜質(zhì)濃縮現(xiàn)象的發(fā)生，從而避免對系統(tǒng)的影響[4]。