熱水鍋爐結垢的危害和爆管原因及預防

麻日龍 李 艷

大同煤礦集團平旺物業管理公司現有熱水鍋爐7臺，經常會有水冷壁管結生水垢現象，有的還發生爆管事故。發生爆管后，將爆裂的爐管切除，并對其進行分析，發現爆裂處上部已經被水垢堵死，堵死位置位于爐管拐彎處。

1 水垢生成的原因和腐蝕的防治

水垢的生成是極其復雜的物理-化學變化過程，就其根本原因來說，當然是由于使用超過國家水質標準的給水造成的；另外，與鍋爐運行狀況，鍋爐結構、設計、制造、安裝不合理，操作技術水平低等因素亦有直接關系。其主要原因有以下幾個方面：

（1）由于鍋水的不斷蒸發，鍋水中所含鹽類不斷濃縮，當達到鈣、鎂某些鹽類的飽和濃度時，再繼續蒸發濃縮，便會產生結晶析出，附著在鍋爐受熱面上形成水垢。

（2）由于給水中的鈣、鎂碳酸鹽類（即暫硬）進入鍋內，在高溫下發生分解，析出難溶性物質，附著在管壁上形成水垢。

（3）由于鈣、鎂的某些鹽類的溶解度隨著溫度的升高而降低，這樣當低溫給水進入鍋內，由于受熱溫度升高而析出沉淀。例如CaSO4在0℃時的溶解度為0.756 g，而在100℃時卻降為0.162 g，所以在鍋爐受熱面溫度越高的部位，結生的水垢越厚越堅硬。

（4）由于鍋爐排污不合理，不及時，鍋內生成的黏結性的、松散的水渣類物質，結生成二次（再生）水垢，粘附在鍋爐受熱面上。

（5）循環水的pH 值低于10 極易發生氧腐蝕。為達到減緩氧腐蝕的目的，必須控制水系統中循環水的pH 值在10～12 之間。目前采用鈉離子軟化處理，正常情況下出水硬度≤0.03 mmol/L，而要求給水硬度＜0.6 mmol/L，因此采用鈉離子軟化處理可防垢。但軟化水的pH 值在6.8～7.2 左右，因此單獨采用軟化處理可以防垢，但達不到防腐的最佳效果，此時可向補水箱投加堿性藥劑，提高循環水的pH 值，從而達到防腐的目的。

2 鍋爐結生水垢后的危害

2.1 鍋爐鋼板、管路因過熱而被燒損

當鍋爐結生水垢后，又要保持一定的出力（工作壓力和蒸發量），只有增加火側的溫度才行。以試驗數據可以看出，對于工作壓力為1.4 MPa 的鍋爐，火側的溫度為900℃～1 200℃，則水側溫度為197℃左右，沒有結垢時的鍋板溫度只有215℃～250℃。當鍋板結有0.8 mm～1.0 mm 的混合水垢，鍋板溫度比無垢時提高了134℃～160℃。當鍋板溫度達到315℃時，金屬的各項塑性指標開始下降；當達到450℃時，金屬就會因過熱而蠕動變形。因此，水處理不好，鍋爐結生水垢，是很容易使鍋爐金屬燒損的。

2.2 浪費大量燃料

鍋爐結生水垢，由于水垢的導熱系數小，若要保持出力不變，就必須提高鍋爐火側的煙氣溫度，從而增加煤耗，浪費燃料。據試驗，鍋筒及受熱管內壁結生1 mm 水垢，就要多消耗燃煤2%～3%；結生2 mm水垢，多消耗4%左右燃煤；結生5 mm 水垢，浪費燃料6%～8%；結生8 mm 水垢，浪費燃料34%左右。

2.3 降低鍋爐出力

當鍋爐水側結有水垢時，火側的熱量不能很快傳遞給水側，就會降低鍋爐的出力。

2.4 增加鍋爐檢修量

鍋爐爐管結生水垢后非常難以清除，特別是由于水垢引起的鍋爐的泄漏、裂紋、折損、變形、腐蝕等危害，不僅損害了鍋爐，而且會耗費大量的人力、物力去檢修，不但縮短了運行時間，也增加了檢修費用。如果因水垢造成鍋爐的鍋筒鼓皰、爆管等事故，檢修量更大。

2.5 危及安全

鍋爐因水垢引起的事故占鍋爐事故總數的比例是相當高的，大多數省市都在20%以上，不但造成設備損失，也威脅著人身的安全。

3 鍋爐結垢的原理

水是鍋爐的主要工質之一，俗稱為“鍋爐血液”。鍋爐中使用的水必須進行水處理，其目的就是要通過一定的化學方法將水中雜質除掉，以保證鍋爐安全經濟運行。鍋爐水中含有雜質可能對鍋爐造成危害，表現為鍋爐內結生水垢、水渣；腐蝕鍋爐金屬；水中的Ca2+、Mg2+的濃度總和稱為水的硬度。在鍋爐監察規程中明確規定，鍋爐的用水硬度≤0.03 mmol/L。水中Ca2+、Mg2+以離子形態分布在水中。即使進行了軟化處理的水，水中仍有部分硫酸根離子、碳酸氫根離子。碳酸氫根離子在水中始終在進行離解，即：

雖然這個過程中離解很微弱，但由于以下的反應作用，促使離解加強。

因此，在鍋爐水中，總有不溶物質存在的條件，在加熱條件下，水中的碳酸氫根離解加劇，離解速度加快，CO32-離子濃度增加，促使反應速度加快，不溶物增多，也就是在鍋爐運行中，高溫部位的管線內結垢是必然發生的。

4 供熱系統的停用保護

設備在修理、備用和停用期間的腐蝕比運行腐蝕更嚴重，所以設備在供暖結束、管網檢修完畢后必須進行保護，這種保護稱為停用保護。停用保護有2 種方法，其一是干法保護。干法保護要求設備充分干燥，沒有電解溶液存在，顯然此法不太適用。其二是濕法保護，也就是設備停止運行時，將換熱設備內充滿水，一方面防止空氣進入其內引起氧腐蝕，另一方面在水中加入某種防腐阻垢劑，從而達到防止腐蝕的目的。目前我公司使用YZ-101 防腐阻垢劑進行濕法停用保護，效果良好。此法有2 項好處，第一是投加藥劑后可終止水系統中全部設備和管網的電化學腐蝕、化學腐蝕和生物腐蝕；阻止夏季水系統滋生細菌、藻類并剝離生物黏泥。第二是YZ-101 防腐阻垢劑可以使水系統中的老垢、老銹變得疏松，在秋季供暖運行時在最短的時間內可以全部除掉水系統中的老垢、老銹并育上保護膜，使設備優質低耗運行，從而達到延長設備使用壽命以及減少設備維修量的目的。

5 結束語

通過幾年的鍋爐運行管理實踐，結合理論知識，筆者認為應以防止內部腐蝕為主，主要是保證水質和添加防腐緩蝕劑。對于新建、改建、擴建的鍋爐和管道，在設計和安裝時就要全面做好防腐保護工作，做到內、外部防腐措施同時進行。在日常維護中，按照規范，做好細節管理。

[1]任華.淺談集中供熱系統中腐蝕與堵塞的防護.區域供熱，2011（3）：89-92.

[2]祁玉童.關于一臺14 MW 熱水鍋爐爆管事故的啟示.區域供熱，2011（4）：75-78.