由高壓鍋爐水冷壁泄漏引發(fā)的思考

董華 陳向仕

(中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116031)

0 引言

在現(xiàn)代化高參數(shù)鍋爐運行中，化學監(jiān)督的作用十分重要。如果鍋爐在內(nèi)部水質(zhì)不符合規(guī)范時運行，出現(xiàn)爐內(nèi)設(shè)備結(jié)垢和腐蝕的速度是很快的，將嚴重威脅企業(yè)安全生產(chǎn)。本文以中國石油大連石化公司熱電聯(lián)合車間5#、6#高壓鍋爐水冷壁鼓包現(xiàn)象為例，對此類問題進行原因剖析，并針對根源提出解決方案。

資料顯示，2013年11月，大連石化公司熱電聯(lián)合車間5#和6#爐檢修時均發(fā)現(xiàn)水冷壁管有鼓包現(xiàn)象。事件經(jīng)過簡述如下：2013年11月5日，6#爐上水準備點爐過程中發(fā)現(xiàn)，水冷壁管漏水，發(fā)現(xiàn)水冷壁四周均有管壁鼓包現(xiàn)象，逐個排查，共計30處管壁出現(xiàn)不同程度鼓包。取樣打開發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有多處雞蛋大小腐蝕坑，外壁有鼓包現(xiàn)象。

公司聯(lián)系相關(guān)專家到現(xiàn)場采集管壁內(nèi)垢樣進行分析，發(fā)現(xiàn)除鐵類氧化物占大部分外，含有不少磷酸鹽類物質(zhì)。據(jù)此垢樣趁機對有缺陷水冷壁管進行更換和酸洗處理。至11月15日，酸洗結(jié)束后，重新試壓點爐。6#爐運行后，檢修5#爐同樣發(fā)現(xiàn)水冷壁有鼓包現(xiàn)象，共計7處，對問題水冷壁管進行更換處理后，重新點爐。

1 造成水冷壁鼓包現(xiàn)象的原理分析

此次造成水冷壁管鼓包現(xiàn)象的原因初步分析判斷為爐水水質(zhì)不良引起局部結(jié)垢，粘附在水冷壁，長期積累引發(fā)垢下腐蝕，加上向火側(cè)管壁溫度較高，最終導致局部過熱引發(fā)管壁材質(zhì)發(fā)生化學反應，強度降低，最終引發(fā)鼓包爆管。

1.1 水垢的形成

針對此次水冷壁受熱面處發(fā)生鼓包的位置，首先了解此處爐水的理化過程。蒸發(fā)在爐水的受熱面中進行，受熱面的水膜首先受熱蒸發(fā)，產(chǎn)生氣泡，氣泡內(nèi)含有鹽類雜質(zhì)。當汽包破裂蒸汽離開受熱面時，鹽類雜質(zhì)就殘留在管壁上，形成一層很薄的沉淀層。伴隨著受熱面水不斷蒸發(fā)，氣泡不斷形成和破裂，氣泡內(nèi)的鹽類雜質(zhì)不斷地累計在管壁上，部分的鹽類可再溶解，剩余的難容類鹽類就集聚在管壁上。管壁上附著物的生成會造成受熱時金屬表面受熱不均，產(chǎn)生電位，吸附水中帶電膠體，在靜電作用下慢慢吸附聚積。由此出現(xiàn)沉淀物的地方會比其他地方更快速的集聚和析出雜質(zhì)，結(jié)垢厚度不斷增加。

1.2 加藥量不當引起水冷壁腐蝕爆管

首先說明一個誤區(qū)，熱電聯(lián)合車間工藝指標要求高壓爐爐水磷酸根指標在2～6mg/L，只要化驗成績在指標范圍內(nèi)，就代表爐水成績合格。這種觀點是不對的，因為化驗值只代表取樣時對應的時間點成績，而鍋爐的負荷是隨時變化的，由于鍋爐負荷的變化也會影響到爐水磷酸根的含量，因此當前化水爐水加藥存在監(jiān)控隱患，沒有做到實時監(jiān)控化驗爐水成績，歸根到底目前的加藥量也是不恰當?shù)摹?/p>

磷酸鹽“隱藏”現(xiàn)象，即當鍋爐負荷增高時，爐水中磷酸鈉鹽的濃度明顯降低，而當鍋爐負荷減少或停爐時，磷酸鈉鹽濃度又重新升高的現(xiàn)象。隱藏現(xiàn)象的實質(zhì)是易溶磷酸鈉鹽從爐水中析出并沉積到水冷壁管上，結(jié)果使爐水中磷酸鈉鹽總濃度降低，在鍋爐低負荷運行或停爐時這些析出的鹽類又重新溶解下來．使它們在爐水中濃度又重新升高。

由此可見當加入的磷酸三鈉原本是用來防止生成水垢的，可是按照目前加藥量偏高的模式分析，由于鍋爐負荷的不斷波動，會經(jīng)常伴隨出現(xiàn)磷酸三鈉析出在水冷壁管的現(xiàn)象。析出的磷酸三鈉水解產(chǎn)生游離的氫氧根，加劇結(jié)垢和腐蝕。

2 直接原因歸納總結(jié)

經(jīng)上述關(guān)于結(jié)垢的形成以及磷酸三鈉如何析出加劇了腐蝕后，總結(jié)目前熱電聯(lián)合化學水處理水和鍋爐加藥和運行方式的弊端。主要如下：

2.1 爐水加藥量未與鍋爐運行狀態(tài)相對應

原則上鍋爐運行負荷穩(wěn)定，加藥量也隨之穩(wěn)定，即磷酸三鈉加藥量的多少與鍋爐的負荷成正比，即鍋爐發(fā)汽量高時加大磷酸三鈉投加量，鍋爐負荷低時減少磷酸三鈉投加量。

目前由于鍋爐負荷運行波動較大，且負荷變化時化水并不知情，仍按照固定濃度加藥，此種加藥方式一定是錯誤的，造成結(jié)果就是瞬時加藥量過大，單位時間段內(nèi)濃度不均。鍋爐負荷波動時應通知化水及時調(diào)整加藥量。

2.2 爐水監(jiān)控缺失，缺少在線實時監(jiān)控及自動加藥系統(tǒng)

汽包加藥采用加磷酸三鈉和氫氧化鈉，經(jīng)由計量泵注入汽包。加藥方式仍停留在手動間隔式人工加藥水平。新廠鍋爐加藥泵房離化水操作室較遠，運行操作不方便。同時由于爐水化驗頻次僅為一日兩次，造成了爐水藥量調(diào)整的嚴重滯后性。另外，從機泵，計量罐液位到爐水實時成績目前均無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控和操作，給加藥的管理及監(jiān)督造成了極大的障礙。

2.3 連續(xù)排污量不夠

目前由于鍋爐連排經(jīng)擴容器后進入除氧器，每當加大排污時除氧器總是劇烈震動，因此連排閥開度不大。從近期化水不加藥，甚至間歇停加藥泵后，爐水磷酸根仍超標的現(xiàn)象可以判斷是鍋爐連排量不足引起。如果連排量不足，使得懸浮于汽包內(nèi)的雜質(zhì)無法正常排出爐管外，會引起爐水含鹽量增加，加速結(jié)垢。

3 當前可供選擇的爐水加藥技術(shù)

3.1 常規(guī)磷酸鹽處理工藝

(1)對等協(xié)調(diào)磷酸鹽處理時，同時向鍋爐水中加入磷酸氫二鈉和磷酸三鈉。

(2)協(xié)調(diào)磷酸鹽處理時，同時向鍋爐水中加入磷酸氫二鈉和磷酸三鈉，控制鈉磷比值在2.3～2.8之間。

(3)磷酸鹽-pH協(xié)調(diào)或等成份磷酸鹽處理時，同時向鍋爐水中加入磷酸氫二鈉和磷酸三鈉，控制鈉磷比比值R在2.3～2.8，pH 值為9～10。

(4)平衡磷酸鹽處理是向鍋爐水中加入磷酸三鈉，當其濃度為只能與硬度起反應的極限濃度時，即為平衡濃度，幾乎無多余的磷酸鹽發(fā)生沉積。磷酸根的濃度一般控制在0.5～2.4mg/L，允許發(fā)生一定程度的磷酸鹽“暫時消失”，以利用自然產(chǎn)生游離的氫氧根，使鍋爐水pH為9～9.6，允許游離的氫氧根濃度小于1mg/L。

3.2 各技術(shù)優(yōu)缺點對比

(1)對等協(xié)調(diào)磷酸鹽處理：仍會產(chǎn)生游離氫氧根，不能避免堿腐蝕。

(2)協(xié)調(diào)磷酸鹽處理：酸性磷酸鹽腐蝕。

(3)協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH處理：由磷酸根、pH和鈉磷比值三個參數(shù)控制爐水成績。除了可以使爐內(nèi)沒有游離的氫氧根避免堿腐蝕外，爐水的磷酸根和pH都在合理范圍內(nèi)，不會產(chǎn)生鈣垢和因爐水pH低而產(chǎn)生的酸腐蝕。

(4)平衡磷酸鹽處理：能防垢，避免酸堿腐蝕。但由于磷酸根濃度控制較低，指標低于《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》國家標準，緩沖性較弱。

4 自動加藥系統(tǒng)設(shè)計初步方案

針對上述各技術(shù)特點的對比，推薦選擇協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH處理。

4.1 采用協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH處理方式加藥

現(xiàn)有爐水加藥方式為人工加磷酸三鈉和氫氧化鈉，存在過多磷酸鹽在水冷壁管內(nèi)壁沉積并產(chǎn)生游離NaOH，引起堿腐蝕的可能。計劃改進爐水加藥方式為協(xié)調(diào)磷酸鹽-pH處理方式加藥。具體方式為，同時向鍋爐水中加入磷酸氫二鈉和磷酸三鈉，控制鈉磷比值R在2.3～2.8之間，同時pH值為9～10。

4.2 流程

藥品人工加入計量罐，經(jīng)由計量泵注入到汽包內(nèi)，分別由左右鹽段取樣，經(jīng)在線pH表、鈉表、磷表進行在線分析，遠程顯示，通過系統(tǒng)分析數(shù)值自動調(diào)節(jié)加藥泵頻率和加藥泵的啟停，如此形成自動加藥循環(huán)。在線儀表水樣為在原有管線上新增三通取樣，原有取樣器不變，在線表取樣器冷卻水選擇工業(yè)水，換熱后的工業(yè)水注入新老廠疏水箱。

5 結(jié)語

通過對大連石化公司熱電聯(lián)合車間5#、6#爐水冷壁出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象的分析，總結(jié)出現(xiàn)有爐水監(jiān)督方式的不足，得出加藥方式不科學，監(jiān)督手段缺失，鍋爐連續(xù)排污量不足等多方面因素。在此基礎(chǔ)上提出自動協(xié)調(diào)pH-磷酸鹽的爐水加藥方案，相信可以極大減緩出現(xiàn)因加藥量不當以及爐水水質(zhì)在線監(jiān)督缺失而調(diào)整不及時引起水冷壁加速結(jié)垢腐蝕的弊端。從根源上減少水垢的生成，防止管壁局部溫度過高，出現(xiàn)鼓包爆管而緊急停爐的風險，確保機組安全穩(wěn)定運行。