鍋爐過熱段爐管結(jié)垢原因分析及預(yù)防對策

馬延彪　廖俊宇　潘華東　青海桂魯化工有限公司　西寧　811601

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鍋爐過熱段爐管結(jié)垢原因分析及預(yù)防對策

馬延彪*廖俊宇潘華東青海桂魯化工有限公司西寧811601

摘要分析開車鍋爐高、低溫過熱段內(nèi)部爐管結(jié)垢的原因，并提出清洗方法及防止類似事故發(fā)生的具體措施。

關(guān)鍵詞鍋爐過熱段爐管爐管結(jié)垢清洗方法

*馬延彪: 助理工程師。2012年畢業(yè)于青海大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)。主要從事化工生產(chǎn)工作。聯(lián)系方式：18397119381 ，

E-mai:1350755252@qq.com。

青海某公司75t/h中壓(3.82MPa)蒸汽鍋爐于2013年6月建成，8月開始產(chǎn)出合格蒸汽。鍋爐型號為XD-75/3.82-Q4，運(yùn)行至2014年10月中旬時發(fā)現(xiàn)爐管泄漏，同時蒸汽產(chǎn)量下降約15t，該鍋爐補(bǔ)給水為二級軟化水，與一段轉(zhuǎn)化爐共用一臺熱力除氧器及添加聯(lián)氨除水中的氧氣。運(yùn)行期間，鍋爐內(nèi)加Na3PO4作為阻垢劑，鍋爐為連續(xù)運(yùn)行，停爐期間不采取任何保護(hù)措施。

1檢驗與分析

1.1爐管材質(zhì)及規(guī)格

爐管材質(zhì)及規(guī)格見表1。

表1　爐管材質(zhì)及規(guī)格

1.2宏觀形貌分析

割取了泄漏部分(主要為過熱段)的爐管，并對其內(nèi)部進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)爐管內(nèi)壁為磚紅色、灰色、白色相互疊加的堅硬固體物質(zhì)，大部分爐管已經(jīng)被堵死；并且發(fā)現(xiàn)高熱負(fù)荷區(qū)域的大部分爐管內(nèi)壁表面腐蝕十分嚴(yán)重。受腐蝕的爐管表面有許多大小不等的鼓包，內(nèi)部沉積物堅硬，附著性較強(qiáng)，還有潰瘍和小孔型的局部腐蝕。在沖洗時，發(fā)現(xiàn)有磚紅色的東西沿內(nèi)壁流出，高、低盤管彎管部分厚度與正常的相比減薄0.8～0.9mm，有的已經(jīng)穿透。對鍋爐下集水箱、汽包等檢查時，未發(fā)現(xiàn)結(jié)垢物質(zhì)，主要是鐵銹和少量雜質(zhì)，而管內(nèi)表面鈍化的氧化膜已經(jīng)破壞。

1.3結(jié)垢物化學(xué)成分

管結(jié)垢物化學(xué)成分分析見表2。

表2　管結(jié)垢物化學(xué)成分分析表　(%)

1.4水質(zhì)分析

檢查該鍋爐運(yùn)行水質(zhì)分析記錄，正常運(yùn)行情況下，除了堿度(給水：1200mg/l；爐水：800mg/l)相對較高，其余指標(biāo)均合格。

(1)給水：pH(25℃):8.2～9.5；硬度：≤2.0μmol/l；溶解氧：≤20μg/l；氯離子：≤3mg/l；電導(dǎo)率：≤20μs/cm；除氧水SIO2：≤100μg/l。

2.對建設(shè)和諧世界進(jìn)行了新思考。報告提出：“在國際關(guān)系中弘揚(yáng)平等互信、包容互鑒、合作共贏的精神，共同維護(hù)國際公平正義。”［1］“要遵循聯(lián)合國憲章宗旨和原則，堅持國家不分大小、強(qiáng)弱、貧富一律平等，推動國際關(guān)系民主化，尊重主權(quán)，共享安全，維護(hù)世界和平穩(wěn)定”［1］；“要尊重世界文明多樣性、發(fā)展道路多樣化，尊重和維護(hù)各國人民自主選擇社會制度和發(fā)展道路的權(quán)利，相互借鑒，取長補(bǔ)短，推動人類文明進(jìn)步”［1］；“要倡導(dǎo)人類命運(yùn)共同體意識，在追求本國利益時兼顧他國合理關(guān)切，在謀求本國發(fā)展中促進(jìn)各國共同發(fā)展，建立更加平等均衡的新型全球發(fā)展伙伴關(guān)系，同舟共濟(jì)，權(quán)責(zé)共擔(dān)，增進(jìn)人類共同利益”［1］。

2過熱段爐管結(jié)垢原因

從過熱段爐管采集到的垢樣，成分大體可以分為鹽類垢、腐蝕垢及其它雜質(zhì)等沉積垢。通過對水質(zhì)及工藝分析，逐一排除事故發(fā)生原因，在停車檢修過程中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化飽和塔循環(huán)水泵排水導(dǎo)淋附近有大量白色結(jié)晶物，其分析結(jié)果與鍋爐過熱段結(jié)垢物質(zhì)相似；飽和塔作為一段轉(zhuǎn)化爐的節(jié)能裝置，其開車階段循環(huán)水主要為脫鹽水，在正常運(yùn)行階段，主要為轉(zhuǎn)化氣(成分為：CH4、H2、CO2、CO)分離的水。通過數(shù)據(jù)分析及工藝檢查發(fā)現(xiàn)，一段轉(zhuǎn)化爐飽和塔補(bǔ)水(轉(zhuǎn)化氣分離的殘液)回路閥門內(nèi)漏到脫鹽除氧水箱。轉(zhuǎn)化氣中的CO2、所加的藥劑及水中未處理的其它正負(fù)離子等結(jié)合會形成在水中不溶、難溶和微溶的物質(zhì)，這些物質(zhì)都很容易成為積累的水垢，即鹽類垢，其主要成分為碳酸鹽〔1〕，這是造成這次事故的主要原因之一。并且前期試車階段，水質(zhì)處理不合格，加藥裝置未及時投用，鍋爐停車后未做處理、管道沖洗不合格、鍋爐運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)及開停車頻繁等也是造成鍋爐結(jié)垢的原因。

3過熱段爐管結(jié)垢機(jī)理及影響因素

從爐管的結(jié)垢物分析發(fā)現(xiàn)，這類垢結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，硬度較高，從形成上看，它是經(jīng)歷了一個較為漫長的過程，先是飽和蒸汽去過熱段時對過熱段爐管的氧腐蝕(前期試車階段除氧設(shè)備未投用)，當(dāng)過熱蒸汽溫度較高時，將給水作為減溫水直接與蒸汽混合，給水氧含量高、pH偏低、硬度大，都會破壞金屬氧化膜，加劇腐蝕。然后是少量垢附著在爐管表面。由于水質(zhì)的影響，慢慢大量的其它成垢化合物在之前垢的周圍聚集，成為更大的垢團(tuán)，隨著蒸汽的沖刷，一部分垢被沖掉，但其它的垢繼續(xù)生成，最終阻塞爐管。

觀察低溫過熱段和高溫過熱段爐管的結(jié)垢量，高溫過熱段的結(jié)垢量大于低溫過熱段，當(dāng)管內(nèi)溫度越高時，結(jié)垢越嚴(yán)重。溫度對結(jié)垢的影響主要是改變易結(jié)垢鹽類的溶解度，一般碳酸鈉的溶解度在溫度0℃到40℃內(nèi)隨著溫度的升高逐漸增大，超過40℃以后，溶解度逐漸減小，溫度越高，碳酸鹽不斷蒸發(fā)和濃縮。在高、低溫過熱段蒸汽溫度最高達(dá)420℃，當(dāng)某些鹽類局部達(dá)到過飽和時，鹽類在蒸發(fā)面上析出固相，生成水垢，如控制不當(dāng)，過熱段溫度越高，形成的垢越堅硬，并且沒有水流時這些難溶或微溶鹽的溶解度下降，最后成為水垢。

內(nèi)部爐管結(jié)垢較為堅硬，發(fā)生破裂和彎曲的爐管，主要是由于鍋爐啟動、低負(fù)荷運(yùn)行過程中造成的【2】。鍋爐在正常運(yùn)行時，過熱器主要靠自產(chǎn)的飽和蒸汽來冷卻，在點火初期和低負(fù)荷階段，鍋爐未產(chǎn)生蒸汽或蒸汽量少，過熱器爐管無法得到冷卻，過熱器管壁溫度很快接近煙氣溫度，如果控制(燃?xì)獗?、爐膛負(fù)壓)不當(dāng)或誤操作(升溫升壓較快等)，使?fàn)t溫和煙氣不均勻，將大量高溫?zé)煔庖浦铃仩t過熱段，在熱應(yīng)力作用下，很容易造成過熱段爐管變形，也會使之前的垢越來越堅硬。

鍋爐正常運(yùn)行時，給水流量達(dá)65t/h，新的給水中原溶解度較大的鹽類和爐水中其它鹽類、堿相互反應(yīng)后，生成難溶于水的化合物，從而形成新的水垢。在運(yùn)行過程中，所加的藥劑及溶解度不同生成的沉淀物如Mg(OH)2、Mg3(PO4)2、Ca(OH)2及Ca3(PO4)2，如果排污不及時，很容易附著在爐管內(nèi)壁上，形成水垢。

汽流流速和阻力也會影響結(jié)垢趨勢，污垢的增長速率隨著流體流速的增大而減小。在割取爐管時發(fā)現(xiàn)，結(jié)垢最嚴(yán)重的是大部分U形管，在這部分爐管，因受阻力較大，流速較慢，因此結(jié)垢嚴(yán)重。

在鍋爐運(yùn)行過程中，鍋爐給水和爐水pH值一般分別控制在8.2～9.5、9～10.5，由于飽和塔殘液呈堿性(精餾工序加入了NaOH)，導(dǎo)致前期給水和爐水pH值超標(biāo)；在對垢做實驗中發(fā)現(xiàn)，提高pH值，碳酸鹽溶解度將迅速結(jié)晶，結(jié)垢較為明顯，降低pH值時發(fā)現(xiàn)，爐管表面開始被腐蝕，pH值的高低也會影響結(jié)垢的發(fā)生。

4爐管除垢

圖1　鍋爐清洗工藝流程

清洗工藝：建立清洗臨時系統(tǒng)→臨時系統(tǒng)清洗→系統(tǒng)水沖洗及檢漏→堿洗→堿洗后水沖洗→ 酸洗→酸洗后水沖洗→漂洗→中和鈍化→人工清理檢查與復(fù)位。

表3　清洗過程及工藝參數(shù)控制表

清洗后檢查發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)壁干凈無污垢，表面形成了金屬氧化膜，生產(chǎn)時，蒸汽產(chǎn)量可達(dá)73t/h，比起除垢前增加蒸汽8～12t。

5采取的預(yù)防措施

(1)加大工藝檢查及水處理措施，逐一排查閥門內(nèi)漏情況，對相對陳舊的閥門及設(shè)備予以更換，防止其它溶液內(nèi)漏到鍋爐給水管線；對于其它未處理的溶液，經(jīng)處理降低鹽含量后打入鍋爐給水系統(tǒng)，同時加強(qiáng)鍋爐排污及按照化學(xué)監(jiān)督規(guī)程要求，正確排污，維持爐水品質(zhì)，減少飽和蒸汽帶水及帶其他鹽類物質(zhì)到過熱段，以防再次結(jié)垢。

(3)停爐期間視情況采取停爐保護(hù)措施【3】。短期內(nèi)(1～3天)，關(guān)閉排污閥門，不放爐水，維持0.1～0.3MPa蒸汽壓力進(jìn)行帶壓保護(hù)；長期停爐時，加入Na3PO4(0.3%～0.5%)和0.1%的NaOH保護(hù)金屬氧化膜不受破壞。

(4)在鍋爐啟動過程中，注意監(jiān)視過熱器段煙氣溫度，通過調(diào)節(jié)燃?xì)獗?、爐膛負(fù)壓及各個閥門，避免超過設(shè)計溫度；隨時觀察火焰飄移等情況，并做到及時調(diào)節(jié)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程和升溫升壓曲線進(jìn)行操作。正常運(yùn)行階段，嚴(yán)格控制過熱段溫度，防止超溫等現(xiàn)象發(fā)生。

(5)加強(qiáng)操作人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高員工素質(zhì)，從水處理和操作等環(huán)節(jié)展開理論和實際的培訓(xùn)，提高操作人員對水處理的重視。

6結(jié)語

(1)水質(zhì)不合格、操作不當(dāng)及工藝巡檢不到位是造成此次結(jié)垢的主要原因，并且煙氣溫度、水汽溫度、蒸汽流速、彎管處的阻力、給水及爐水pH值都會影響垢的形成。

(2)在清洗過程中嚴(yán)格控制好加藥量、溫度、流速及清洗時間等工藝參數(shù)，并且按照：水沖洗→堿洗→堿洗后水沖洗→ 酸洗→酸洗后水沖洗→漂洗→中和鈍化→人工清理的步驟進(jìn)行清洗，具有

明顯的除垢效果。

(3)為防止鍋爐水汽系統(tǒng)結(jié)垢，鍋爐啟動過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照升溫升壓曲線進(jìn)行操作，做到勤觀火、勤調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)爐溫不均勻等不正常現(xiàn)象；鍋爐運(yùn)行過程中，應(yīng)按時進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時排除，按時按量進(jìn)行加藥，嚴(yán)格按照工藝指標(biāo)調(diào)整，調(diào)整過程中應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)；鍋爐停止后，通過采取加藥、保壓等措施防止?fàn)t管生銹。

參考文獻(xiàn)

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4張言.鍋爐結(jié)垢原因分析[J].學(xué)術(shù)縱橫，2013，273(7).

(收稿日期2015-11-22)