工業(yè)鍋爐水（介）質(zhì)檢測(cè)及節(jié)能方法探討

唐暉迪，姚 妮，曠運(yùn)坤，龔育婷，黃秋妹，韋炳聰

（廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，廣西 南寧 530219）

0 引言

注重工業(yè)鍋爐水質(zhì)處理問題始終是提升工業(yè)鍋爐生產(chǎn)安全以及節(jié)能環(huán)保運(yùn)行效益的重要舉措。如果工業(yè)鍋爐水質(zhì)處理工作落實(shí)不到位或者相關(guān)設(shè)備配置不合理，就很容易誘發(fā)資源浪費(fèi)現(xiàn)象。嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致一系列生產(chǎn)污染和安全隱患問題出現(xiàn)。舉例而言，如果鍋爐水處理作業(yè)人員對(duì)于鍋爐水質(zhì)檢測(cè)缺乏規(guī)范操作，那么很容易因?yàn)闄z測(cè)結(jié)果有誤導(dǎo)致鍋爐設(shè)備出現(xiàn)腐蝕或者結(jié)垢問題，容易影響鍋爐設(shè)備安全運(yùn)行效果。一旦鍋爐出現(xiàn)上述質(zhì)量缺陷問題，很容易會(huì)對(duì)鍋爐熱傳熱性造成不利影響，并相繼引發(fā)鍋爐熱效能下降以及受熱面過熱等風(fēng)險(xiǎn)問題。近些年來，為全面增強(qiáng)工業(yè)鍋爐安全節(jié)能環(huán)保運(yùn)行效能，管理人員針對(duì)工業(yè)鍋爐水處理問題的重視程度逐漸提高。從客觀上講，提高工業(yè)鍋爐水處理能力在很大程度上可以提高鍋爐水處理效率、減少污染物排放量、降低鍋爐結(jié)垢腐蝕等問題帶來的負(fù)面影響，同時(shí)滿足安全節(jié)能減排要求。為此，本文在分析工業(yè)鍋爐水處理檢驗(yàn)和節(jié)能減排現(xiàn)狀，剖析鍋爐水處理檢驗(yàn)中遇到的常見缺陷和典型案例的基礎(chǔ)上，探討工業(yè)鍋爐水質(zhì)檢測(cè)及節(jié)能方法。

1 工業(yè)鍋爐水處理檢驗(yàn)和節(jié)能減排現(xiàn)狀分析

我國(guó)的淡水資源僅占全球的6%，是水資源比較緊缺的國(guó)家，水資源節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，而工業(yè)鍋爐系統(tǒng)水介質(zhì)處理節(jié)能減排的現(xiàn)狀不理想，主要體現(xiàn)在：給水雜質(zhì)高、排污率偏高、回收率偏低、除氧率偏低、水處理設(shè)備有效運(yùn)行效率偏低、化學(xué)清洗液亂排放等方面[1]。結(jié)合以往的水質(zhì)檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)來看，部分工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在鍋爐水處理檢驗(yàn)方面存在不重視鍋爐水處理、鍋爐水處理管理混亂、水處理設(shè)備效率低下、節(jié)能減排落實(shí)效果不強(qiáng)等問題。

舉例而言，當(dāng)前大部分鍋爐水處理設(shè)備并未結(jié)合水源實(shí)際情況對(duì)水處理方式進(jìn)行合理選擇，導(dǎo)致水處理效率低下且浪費(fèi)資源問題較多。尤其是某些地區(qū)采用地下時(shí)水金屬離子超標(biāo)問題比較突出，在未采取預(yù)處理措施的情況下將攜大量鐵離子的原水泵入到水處理設(shè)備當(dāng)中，導(dǎo)致鈉離子樹脂快速“中毒”失效，繼而引發(fā)水處理設(shè)備運(yùn)行效率低下、再生周期縮短、水資源浪費(fèi)和化學(xué)廢液排放污染等一系列問題。

大部分微小型企業(yè)未按國(guó)家的建議要求配置專門的鍋爐水處理作業(yè)人員，對(duì)于鍋爐水介質(zhì)處理大部分僅僅是應(yīng)付各類檢驗(yàn)檢查，并未解決鍋爐介質(zhì)不達(dá)標(biāo)的實(shí)際運(yùn)行問題，在鍋內(nèi)水處理的藥劑選擇、加藥調(diào)控比例、參數(shù)監(jiān)測(cè)方式和鍋爐水介質(zhì)的管理制度等方面未采用科學(xué)合理的方法，不利于保障鍋爐水的品質(zhì)，甚至?xí)l(fā)熱源損失和安全隱患等問題。除此之外，管理人員并未對(duì)鍋爐凝結(jié)水、疏水等進(jìn)行合理回收與科學(xué)利用，最終導(dǎo)致能源與水資源浪費(fèi)問題出現(xiàn)。

2 工業(yè)鍋爐水處理檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)踐分析

2.1 日常檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題

為消除結(jié)垢問題對(duì)工業(yè)鍋爐水處理檢驗(yàn)效果帶來的負(fù)面影響，水處理作業(yè)人員應(yīng)該提高對(duì)鍋爐結(jié)垢的重視，當(dāng)檢查中發(fā)現(xiàn)水垢厚度超過1 mm時(shí)或者受熱面銹蝕問題相對(duì)嚴(yán)重時(shí)，或鍋爐排煙溫度突然變高或者大幅度下降時(shí)，水處理作業(yè)人員應(yīng)即刻開展除垢防腐工作。在結(jié)合鍋爐垢樣類型和企業(yè)自身情況合理選擇除垢方法，化學(xué)清洗前應(yīng)選擇具備正規(guī)資質(zhì)的鍋爐清洗機(jī)構(gòu)，同時(shí)向具有相應(yīng)監(jiān)督檢驗(yàn)資質(zhì)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)提交清洗過程監(jiān)督檢驗(yàn)的申請(qǐng)。若選擇鍋爐運(yùn)行除垢，應(yīng)注意加強(qiáng)鍋爐水質(zhì)化驗(yàn)監(jiān)督，適當(dāng)增加化驗(yàn)項(xiàng)目以確保鍋爐安全運(yùn)行的情況下達(dá)到除垢的效果。

工業(yè)鍋爐腐蝕問題基本上可以視為工業(yè)鍋爐運(yùn)行過程中常見的質(zhì)量缺陷問題。從成因上來看，工業(yè)鍋爐腐蝕問題的發(fā)生與鍋爐水溶解氧、堿度、pH值調(diào)節(jié)存在著緊密關(guān)系。因此在日常開展鍋爐水處理作業(yè)工作期間，水處理作業(yè)人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鍋爐水溶解氧、堿度、pH值的重點(diǎn)調(diào)控。發(fā)現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)盡早展開無損檢測(cè)等活動(dòng)，避免腐蝕問題進(jìn)一步擴(kuò)散，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行安全問題出現(xiàn)[2]在實(shí)際檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，采用多種類型藥劑進(jìn)行調(diào)節(jié)的鍋爐水更容易符合工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

使用單位應(yīng)當(dāng)結(jié)合本單位的實(shí)際情況，明確崗位職責(zé)，建立健全水（介）質(zhì)處理管理制度并且嚴(yán)格執(zhí)行，確保水（介）質(zhì)的質(zhì)量符合要求，這是增強(qiáng)工業(yè)鍋爐水處理檢驗(yàn)效果的重要保障。在具體實(shí)現(xiàn)過程中，水處理作業(yè)人員應(yīng)該對(duì)常規(guī)化驗(yàn)分析環(huán)節(jié)予以高度重視，基礎(chǔ)要求化驗(yàn)的項(xiàng)目硬度、堿度、pH值，根據(jù)鍋爐實(shí)際情況增加磷酸根、溶解氧等項(xiàng)目，當(dāng)水汽質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)查找原因并處理至合格。

2.2 事故調(diào)查分析

在注重鍋爐定期水介質(zhì)檢驗(yàn)遇到的問題的同時(shí)，通過對(duì)典型事故案例進(jìn)行原因分析，總結(jié)水處理過程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，能夠避免類似事故重復(fù)發(fā)生，提高鍋爐水處理運(yùn)行和管理能力，保障鍋爐安全生產(chǎn)。

2018年某藥企一燃?xì)忮仩t發(fā)生停爐后爐內(nèi)漏水事故，該鍋爐在發(fā)生滲水前一段時(shí)間已存在明顯的上汽困難、燃?xì)庀牧可仙那闆r，鍋爐最大出力下降，同等蒸發(fā)量下燃?xì)庀牧吭黾咏?0%，自投運(yùn)2年多以來發(fā)生過2起爆管事故。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查、事故前水質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)垢樣化驗(yàn)結(jié)果顯示，該鍋爐水質(zhì)長(zhǎng)期處于給水硬度超標(biāo)、鍋水加藥量不足的情況下運(yùn)行，且用氣量大、負(fù)荷高，使用單位沒有安排專門的水處理作業(yè)人員管理，最終導(dǎo)致鍋爐受熱面結(jié)垢最終危及鍋爐的安全運(yùn)行發(fā)生事故。針對(duì)上述問題，應(yīng)采取修復(fù)鈉離子交換器、調(diào)整鍋水加藥量、配置專門的水處理作業(yè)人員對(duì)鍋爐水汽質(zhì)量進(jìn)行管理等措施，以保證鍋爐安全節(jié)能經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

2020年某企業(yè)高壓電站鍋爐水冷壁發(fā)生爆管事故，于爆管前72 h出現(xiàn)回水“跑堿”現(xiàn)象，即氧化鋁工藝車間的堿液漏入了鍋爐系統(tǒng)，并在鍋水pH值嚴(yán)重超標(biāo)（pH值10.5～12.5）的情況下持續(xù)運(yùn)行20 h以上，水處理管理人員在“跑堿”發(fā)生并發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常超標(biāo)后并未及時(shí)按照水質(zhì)劣化三級(jí)處理要求處理，給鍋爐系統(tǒng)埋下了不可逆的隱患。此后兩年該鍋爐頻發(fā)爆管事故，且爆管部位多數(shù)位于長(zhǎng)期堿腐蝕減薄和高熱負(fù)荷重合區(qū)域。針對(duì)上述問題，應(yīng)采取措施對(duì)鍋爐進(jìn)行較溫和的化學(xué)清洗以降低跑堿遺留缺陷，并做好水質(zhì)異常的應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)回水水質(zhì)監(jiān)控，以確保鍋爐汽水質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

通過典型案例分析可見，鍋爐水處理應(yīng)當(dāng)予以足夠重視并納入鍋爐安全運(yùn)行管理制度中；日常水質(zhì)化驗(yàn)監(jiān)測(cè)應(yīng)為水質(zhì)調(diào)節(jié)起到指導(dǎo)作用，在不符合標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)及時(shí)找出原因并調(diào)整；出現(xiàn)鍋爐結(jié)垢的情況應(yīng)及時(shí)處理，經(jīng)過垢樣分析后運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行除垢。

2.3 實(shí)驗(yàn)研究

在水介質(zhì)檢驗(yàn)檢測(cè)的實(shí)踐中仍存在許多尚需進(jìn)一步明確和探討的問題，為找出并解決諸多未知細(xì)節(jié)和邊界問題，還需要做大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，為檢驗(yàn)檢測(cè)的方法標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化提供理論支撐。

首先是鍋爐水藥劑調(diào)節(jié)量的探究，目前大部分工業(yè)鍋爐的鍋水加藥量均憑借“經(jīng)驗(yàn)值”確定，尚未形成廣泛適用的通用方法或標(biāo)準(zhǔn)以指導(dǎo)實(shí)踐，是鍋內(nèi)水處理調(diào)節(jié)方法的一大空缺。針對(duì)上述問題，可通過蒸餾實(shí)驗(yàn)從硬度、藥劑、試驗(yàn)時(shí)間三個(gè)維度來進(jìn)行模擬試驗(yàn)，利用高密度點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，最后在鍋爐中進(jìn)行驗(yàn)證，從而提出鍋爐藥劑調(diào)節(jié)的指導(dǎo)建議。

其次為模擬鍋爐內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)情況，通過腐蝕指示片實(shí)驗(yàn)，對(duì)處于工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值臨界點(diǎn)的試片腐蝕程度進(jìn)行分析，分別在不同酸堿度、不同腐蝕時(shí)間的工況下，對(duì)試片的腐蝕量和腐蝕速率進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，獲得腐蝕速率曲線，分析鍋爐水側(cè)腐蝕的相關(guān)因素及其影響程度，從而為鍋爐水介質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果判定和處理意見提供更有力的數(shù)據(jù)支撐，能更好地把握鍋爐安全運(yùn)行控制范圍。

2.4 新技術(shù)研究

目前，常規(guī)檢測(cè)手段仍存在檢測(cè)步驟復(fù)雜、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不高等局限性，為提高水介質(zhì)檢測(cè)能力水平，拓展檢驗(yàn)檢測(cè)范圍，可引進(jìn)相關(guān)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備作為解決途徑。

在日常進(jìn)行溶解固形物測(cè)定，運(yùn)用傳統(tǒng)的重量法時(shí)，操作繁雜、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，目前已很少采用；固導(dǎo)比法測(cè)定簡(jiǎn)單、快捷，但固導(dǎo)比系數(shù)不易準(zhǔn)確測(cè)定，常導(dǎo)致溶固物測(cè)定誤差很大[3]?，F(xiàn)采用智能烘干恒重自動(dòng)稱量系統(tǒng)測(cè)量溶解固形物，將大幅減少操作繁雜的步驟，同時(shí)可解決方法標(biāo)準(zhǔn)要求的反復(fù)恒重導(dǎo)致效率低下和系統(tǒng)誤差等問題，智能恒重系統(tǒng)一次可同時(shí)烘干數(shù)十個(gè)樣品，可有效提高檢測(cè)效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

隨著水處理設(shè)備技術(shù)的不斷進(jìn)步，大型企業(yè)對(duì)水質(zhì)問題管控的重視逐步提高，將對(duì)痕量元素的檢測(cè)分析能力提出更高要求。針對(duì)電廠鍋爐水汽質(zhì)量，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）對(duì)其進(jìn)行金屬離子痕量分析，在分析能力上，ICP-MS可取代傳統(tǒng)的電感耦合等離子體光譜（ICP-AES）、石墨爐原子吸收光譜（GF-AAS）、火焰原子吸收光譜（F-AAS）等分析技術(shù)。與傳統(tǒng)無機(jī)分析技術(shù)相比，ICP-MS技術(shù)具有更低的檢出限、更寬的動(dòng)態(tài)線性范圍、更高的分析精密度和分析速度等優(yōu)點(diǎn)，并可提供精確同位素信息。運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)將進(jìn)一步滿足企業(yè)對(duì)于水汽質(zhì)量的精準(zhǔn)調(diào)控要求，為特種工業(yè)設(shè)備安全與技術(shù)深化提供有力的支持。

3 工業(yè)鍋爐水處理節(jié)能建議

隨著人們綠色發(fā)展意識(shí)的提高，盡量減少水處理過程中產(chǎn)生的各類污染，不用或少用化學(xué)藥品已成為工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著水資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深化，作為耗水占比最大的工業(yè)生產(chǎn)，如何正確合理地利用水資源，提高水的重復(fù)利用率已成為工業(yè)水處理工作的緊迫任務(wù)[4]。

3.1 正確選擇水處理方式

各鍋爐使用單位的實(shí)際情況存在很大差異，必須按照鍋爐使用參數(shù)和原水水質(zhì)情況，選擇最適合自身的鍋爐水處理方法。這對(duì)于后期水質(zhì)達(dá)標(biāo)和降低經(jīng)濟(jì)成本尤為關(guān)鍵，也是確保鍋爐高效安全運(yùn)行的重要前提[4]。對(duì)于鍋爐參數(shù)較低、負(fù)荷不高的工業(yè)鍋爐，如額定蒸發(fā)量≤4.0 t/h且額定蒸汽壓力≤1.0 MPa的鍋爐，當(dāng)給水硬度不大于4 mmol/L，生產(chǎn)工藝對(duì)蒸汽質(zhì)量要求不高時(shí)，建議使用單純鍋內(nèi)水處理的方式處理，根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)選擇單一藥劑或多種混合藥劑；對(duì)于一些生產(chǎn)地區(qū)較為特殊的高硬度水質(zhì)情況，可選擇在軟化處理之前增加石灰澄清池、機(jī)械過濾等預(yù)處理步驟，以降低雜志過多的水質(zhì)進(jìn)入樹脂軟化器降低其使用壽命；采用軟化與鍋內(nèi)加藥聯(lián)合處理的鍋爐，當(dāng)其他項(xiàng)目指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，鍋水加藥量可以適當(dāng)減少使鍋水堿度建議保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍的低值即可。

3.2 提高水處理作業(yè)人員的專業(yè)能力

鍋爐使用單位應(yīng)配置專業(yè)的水處理作業(yè)人員監(jiān)督管理鍋爐水汽質(zhì)量，有條件的單位應(yīng)定期對(duì)水處理作業(yè)人員進(jìn)行專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)，幫助作業(yè)人員提高鍋爐水介質(zhì)管理、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)判、檢測(cè)化驗(yàn)、應(yīng)急處理、問題診斷等綜合技術(shù)能力。新型綠色工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展對(duì)專業(yè)的水處理作業(yè)人員不斷提出更高要求，水處理技術(shù)人員不僅要滿足能調(diào)節(jié)鍋爐水質(zhì)指標(biāo)合格的基本能力，還要在此基礎(chǔ)上以節(jié)能環(huán)保為目標(biāo)進(jìn)一步降低鍋爐能耗和對(duì)環(huán)境的污染。加強(qiáng)水處理管理的監(jiān)管力度，培訓(xùn)更多水處理專業(yè)技術(shù)人才，合理利用科學(xué)方法解決問題是提升水處理管理能力的重要手段[5]。

3.3 水處理系統(tǒng)節(jié)能管理

通過鍋爐水質(zhì)日?；?yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和鍋內(nèi)添加藥劑的特性，在水質(zhì)數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)的前提下可適當(dāng)降低磷酸鹽類藥劑的添加，降低化學(xué)藥劑成本，減少工業(yè)磷酸鹽廢水對(duì)環(huán)境水體的污染危害，避免磷酸鹽添加不當(dāng)導(dǎo)致的磷酸鐵沉積物對(duì)鍋爐產(chǎn)生的不良影響。

如何通過利用科學(xué)合理的排污方式，加強(qiáng)對(duì)排污量和頻次的控制管理，一直是大部分鍋爐水處理急需解決的問題。為保證在水質(zhì)達(dá)標(biāo)且不影響蒸汽品質(zhì)的條件下實(shí)現(xiàn)鍋水利用率最大化，可以嘗試結(jié)合鍋水的溶解固形物數(shù)據(jù)和給水、鍋水氯離子濃度計(jì)算得出的排污率數(shù)據(jù)作為參考，并根據(jù)鍋爐的具體運(yùn)行情況，靈活地調(diào)節(jié)排污量和頻次，從而降低鍋爐的熱能損失，同時(shí)減少水資源的浪費(fèi)。若排污量較大且排污頻率較高的單位，建議配備排污擴(kuò)容裝置和換熱器等設(shè)備，從而有效回收污水含有的熱能，以達(dá)到節(jié)能減排的目的[6]。

冷凝水作為鍋爐給水回收利用的最佳資源，在回收利用過程中，可通過利用閉式和開式系統(tǒng)類型實(shí)現(xiàn)高效回收利用過程。但是需要注意的是開式系統(tǒng)雖然相對(duì)簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)，但是冷凝水回收時(shí)應(yīng)經(jīng)過精處理裝置，并經(jīng)檢測(cè)合格后方可回收利用，避免將雜質(zhì)引入系統(tǒng)造成安全隱患。

4 結(jié)語

為積極響應(yīng)國(guó)家工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃要求，深化傳統(tǒng)工業(yè)向節(jié)能環(huán)保綠色企業(yè)轉(zhuǎn)型，助力我國(guó)工業(yè)鍋爐節(jié)能生產(chǎn)效果達(dá)到預(yù)期，建議在今后的發(fā)展過程中，企業(yè)鍋爐管理人員應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)鍋爐水介質(zhì)管理以及節(jié)能環(huán)保方面的重視程度。在具體實(shí)現(xiàn)過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照鍋爐的安全技術(shù)規(guī)程和工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)企業(yè)自身制定出完善的鍋爐水介質(zhì)處理管理制度和節(jié)能管理制度，重點(diǎn)針對(duì)工業(yè)鍋爐水處理檢測(cè)所涉及的技術(shù)、工藝以及節(jié)能環(huán)保方法進(jìn)行積極落實(shí)，明確鍋爐水介質(zhì)定期檢測(cè)的頻次、項(xiàng)目和合格標(biāo)準(zhǔn)并且做好定期自行檢查記錄，當(dāng)水汽質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)查找原因并處理至合格做好水質(zhì)異常記錄。在此期間，企業(yè)管理人員以及水處理作業(yè)人員應(yīng)該深刻意識(shí)到鍋爐水節(jié)能處理的重要性，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)鍋爐水介質(zhì)管理、檢測(cè)和節(jié)能工作的實(shí)踐開展。