韦 磊，季为驰，郭兴建，秦中良
（新疆中能万源化工有限公司，新疆 玛纳斯832200）
［摘 要］新疆中能万源化工有限公司空分装置预冷系统的冷冻水采用污氮气、液氨蒸发2种换热模式降低循环水的温度而得到。针对氨冷器在换热过程中出现低温结垢而造成冷冻水流量偏低的现象进行原因分析，并采取了一系列的改进措施，以避免或减缓氨冷器的CaCO3结晶，并控制循环水的水质，保证空分装置的安全、稳定、长周期运行。
［关键词］空分预冷系统；氨冷器；结垢；CaCO3；原因分析；改进措施
［中图分类号］TB657.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2018）03-0062-03
新疆中能万源化工有限公司KDON-20000/51500型空分装置的作用是为航天炉粉煤加压气化装置提供合格的产品氧气、氮气，并副产液氧、液氮。该空分装置采用先进的空气预冷、全低压分子筛吸附，增压透平膨胀机、液氧内压缩流程，以及规整填料式精馏塔、全精馏制氩等行业内先进的流程和设备，其中，空压机、增压机由汽轮机拖动，采用一拖二的形式。
1 空分预冷系统工艺流程及氨冷器运行情况
空分预冷系统主要包括水冷塔、空冷塔、氨冷器、冷却水泵、冷冻水泵、阀门、管线及仪电控制系统等。原料空气经自洁式过滤器除去灰尘和机械杂质后，在离心式空压机中被压缩至0.52 MPa（温度100 ℃），之后进入空冷塔进行冷却。空冷塔冷却水有两路：一路是循环水，直接从空冷塔中部进入分布器，与空气进行初步的质热交换；另一路是冷冻水，循环水经过水冷塔与污氮气进行质热交换，吸收饱和污氮气的汽化潜热降温到16～18 ℃后，再通过冷冻水泵增压后进入氨冷器，经过液氨的蒸发制冷作用使循环水降温至10～11 ℃，然后进入空冷塔顶部，对空气进行进一步的冷却。
但自2016年以来，我公司空分装置氨冷器运行期间出现了诸多问题：在控制阀位一定的状态下冷冻水流量从95 t/h 逐渐降至80 t/h，进出氨冷器循环水温差下降，氨冷器及冷冻水泵负荷加重，最终不能正常运行，造成系统停车，停车后拆检氨冷器发现有乳灰白色、类似结晶体的硬垢堵塞换热管。
2 氨冷器结垢的原因分析
从氨冷器结晶物的状貌来判断，我们称之为“低温垢”，其形成的原因主要有以下3个方面。
2.1 CaCO3结晶
随着温度的降低，CaCO3的溶解度增大，因此在系统的低温区（6～8 ℃）水中CaCO3含量非常高，以介稳态（亚稳态）存在，此时水质和外界条件的微小变化都会导致CaCO3结晶析出。
2.2 CaCO3结垢
CaCO3在0 ℃时的溶解度为20 ℃时的2倍，CaCO3水溶液在低温时（＜4 ℃）浓度增大，使得水系统极易生成带6个结晶水的碳酸钙晶体，即CaCO3·6H2O，这种晶体的形成速度很快，是无水碳酸钙形成速度的10～20倍。因此，在空冷塔的布水器、氨冷器进口等低温区，均容易形成CaCO3结垢。
2.3 水质稳定剂方面的因素
正常情况下，水质稳定剂是通过Ca2+、Mg2+的螯合作用以及对碳酸钙微晶核的溶限、分散、晶格畸变等作用扩大碳酸钙的介稳区，从而起到稳定水质的作用。由于阻垢剂多为水溶性阴离子高分子聚合物和化合物，它们与Ca2+、Mg2+形成的螯合物在水温降低时溶解度下降，尤其是循环水浓缩倍数提高后，由于阻垢剂浓度和Ca2+、Mg2+浓度均增大，这类螯合物在低温区析出沉淀的可能性就更大；同时，水质稳定剂自身在低温下的稳定性也一定程度上影响其在低温换热材料表面析出晶体的可能。
循环水流进氨冷器之前已从超过30 ℃降到16～18 ℃，后又继续降温至10～11 ℃，CaCO3溶解度经历了先降到最低后又有所增大的过程，此时CaCO3处于介稳态，极易反复出现析出—溶解—析出，当满足CaCO3结晶或CaCO3结垢条件时，CaCO3易以结晶水合物的形式析出。
2.4 循环水水质
更多内容详见《中氮肥》2018年第3期