工業(yè)鍋爐水質(zhì)常規(guī)化驗(yàn)的方法分析

王加慶 平蘇豐 叢旭陽(yáng) 王瑋

(1.山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2.山東泰邦生物制品有限公司，山東 泰安 271000)

1 不同水質(zhì)帶來(lái)的影響

1.1 硬水帶來(lái)的影響

所謂硬水是指硬度較大的水。因?yàn)殄仩t水質(zhì)中的Ca2+、Mg2+等金屬離子超標(biāo)，而這些金屬離子會(huì)在鍋爐水加熱的過(guò)程中，濃縮產(chǎn)生一些化學(xué)反應(yīng)，粘在爐內(nèi)。而在鍋爐逐漸升溫時(shí)，會(huì)發(fā)生一些化學(xué)作用，生成碳酸鈣之類物質(zhì)。這些物質(zhì)不會(huì)消失，而是一直存在鍋爐中，當(dāng)一次次的留存，會(huì)在水冷壁等管壁上結(jié)成水垢，部分易結(jié)垢成份會(huì)隨著蒸汽的流動(dòng)積存在過(guò)熱器管壁上，使鍋爐管壁的傳熱不均勻，導(dǎo)致成本增加，更危險(xiǎn)的是當(dāng)水垢數(shù)量到達(dá)極限，使局部溫度過(guò)高，鍋爐管壁有可能發(fā)生爆炸，不僅影響正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，甚至?xí)构ぷ魅藛T陷入一定的危險(xiǎn)中。

1.2 軟水帶來(lái)的影響

軟水是指硬度較小的水，自然界中的軟水儲(chǔ)備量比較有限，常用的方法便是對(duì)硬水進(jìn)行加工處理。原理是將水質(zhì)中金屬元素通過(guò)用氫離子(或鈉離子)交換樹脂進(jìn)行置換或采用反滲透等其他方式除去水中金屬元素，軟水就形成了。還要控制軟水pH值和堿度，pH值過(guò)低，鍋水中的氫離子會(huì)腐蝕鍋爐，使鋼板變薄生銹，承壓能力下降，嚴(yán)重影響鍋爐安全。鍋爐水中堿度過(guò)高時(shí)，會(huì)引起水冷壁管的堿性腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂，對(duì)鉚接或脹接鍋爐會(huì)引起苛性脆化。如果PH值和堿度不能有效控制，鍋爐就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，增加檢修工作同時(shí)還會(huì)影響生產(chǎn)、供電、供熱，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

2 工業(yè)鍋爐水質(zhì)常規(guī)化驗(yàn)方法分析

2.1 鍋爐水質(zhì)的檢驗(yàn)

如果水質(zhì)硬度過(guò)高，在高溫狀態(tài)下，水中的鈣離子、鎂離子會(huì)加快和水中的碳酸根、硫酸根、硅酸等發(fā)生反應(yīng)生成沉淀物(即水垢)，水垢分布在鍋爐當(dāng)中，會(huì)造成受熱不均。若鍋爐內(nèi)水垢厚度過(guò)大，鍋爐在加熱過(guò)程中因?yàn)槭軣岵痪鶆蚯闆r過(guò)度嚴(yán)重，導(dǎo)致爆炸事故出現(xiàn)。對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)選用滴定法、定量分析法來(lái)確定樣品中鈣離子、鎂離子濃度，從而判斷出水質(zhì)的歸類情況。在滴定實(shí)驗(yàn)中，按照試驗(yàn)要求進(jìn)行樣品液的配置，隨后利用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)，向其中添加試劑，直到溶液顏色由開始的酒紅色到溶液成為藍(lán)色后，停止滴定試驗(yàn)的進(jìn)行。記錄下此時(shí)EDTA標(biāo)注溶液的消耗體積。將數(shù)據(jù)信息代入到相應(yīng)計(jì)算公式當(dāng)中，得出該樣品溶液硬度值。在計(jì)算所得數(shù)據(jù)信息和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，明確水質(zhì)具體分類，也為后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 水質(zhì)堿度檢驗(yàn)

鍋水堿度在一定程度上影響了水垢形成速度、形成狀態(tài)，在適當(dāng)?shù)膲A度范圍內(nèi)，不僅在鍋爐內(nèi)壁形成一層保護(hù)膜減少了鍋爐腐蝕，還會(huì)使易結(jié)垢物質(zhì)形成較為疏松水渣，通過(guò)排污排出鍋爐。因此需要做好水質(zhì)堿度檢定工作，常用的檢測(cè)方法為利用滴定試驗(yàn)來(lái)完成堿度計(jì)算工作，具體做法為：選取適量水樣樣品放入到錐形瓶當(dāng)中，隨后向其中添加1%酚酞指示劑，常規(guī)情況下，鍋爐用水都屬于弱堿性水，滴入酚酞指示劑之后，溶液會(huì)顯現(xiàn)出紅色。此時(shí)向其中添加硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，待紅色褪去，溶液恢復(fù)透明后停止滴定，記錄此時(shí)消耗的溶液體積，同時(shí)向其中添加酸性指示劑(常用試劑為甲基橙指示劑)，繼續(xù)滴定硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，直到溶液為橙紅色為止，記錄第二次硫酸滴定時(shí)消耗的體積(和第一次保持獨(dú)立)，此時(shí)將數(shù)據(jù)代入到計(jì)算公式：

式中：JD為堿度數(shù)值(mmol/L)；V1為第一次滴定硫酸溶液體積(mL)；V2為第二次滴定硫酸溶液體積(mL)；C為硫酸溶液的摩爾濃度(mol/L)；V0為水樣體積(mL)。

2.3 水質(zhì)pH值測(cè)定

鍋爐使用的都是具有一定強(qiáng)度的鋼制管子，鐵元素對(duì)于酸堿的敏感度較高，如果PH值過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)加劇鋼管的腐蝕速度，引起一些安全問(wèn)題。一種檢定方法是通過(guò)pH計(jì)來(lái)完成水質(zhì)pH值檢測(cè)。會(huì)將玻璃電極作為指導(dǎo)級(jí)，而飽和甘汞電極則會(huì)作為參照進(jìn)行使用，隨后將pH=9.18的定位液添加到其中，也是基礎(chǔ)定位的確定，隨后利用pH=6.86的定位液進(jìn)行試驗(yàn)的復(fù)定位，經(jīng)過(guò)該基礎(chǔ)定位試驗(yàn)之后，可以進(jìn)行水樣檢測(cè)的基礎(chǔ)試驗(yàn)。玻璃電極如果長(zhǎng)期沒(méi)有使用，需要進(jìn)行試驗(yàn)前檢測(cè)，提前將其浸泡在水環(huán)境中，由此得出較為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

2.4 溶解氧含量測(cè)定

水中都會(huì)有一些溶解氧，在溫度不斷升高時(shí)，水中溶解氧會(huì)不斷溢出，管道內(nèi)的金屬元素會(huì)在氧氣、高溫、水環(huán)境情況下，發(fā)生氧化反應(yīng)，這也使管道內(nèi)壁出現(xiàn)水銹，如果水中溶解量過(guò)大，該氧化反應(yīng)也會(huì)持續(xù)進(jìn)行，從而加快物質(zhì)轉(zhuǎn)化速度，影響結(jié)構(gòu)使用壽命。對(duì)水中溶解氧含量進(jìn)行檢定時(shí)，常用檢定方法是碘量法。在試驗(yàn)過(guò)程中，選取適量水樣樣品放入到溶解氧瓶中，隨后添加硫酸錳和碘化鉀(堿性)溶液，兩種溶液會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化錳沉淀，但是氫氧化錳的化學(xué)性質(zhì)很不穩(wěn)定，會(huì)與水中溶解氧發(fā)生反應(yīng)生成們錳酸錳(為棕色沉淀)。再向其中添加濃硫酸，在酸性環(huán)境下，錳酸錳又會(huì)和碘化鉀發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生碘單質(zhì)，水中溶解氧含量越高，析出的碘單質(zhì)也越多，而溶液的顏色也會(huì)越深。完成上述試驗(yàn)操作后，可利用移液管從中移取一定體積的水樣，向其中添加淀粉指示劑，借助滴定法和定量分析法確定水樣中溶解氧的具體含量，從而得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，若溶解氧含量過(guò)高，需要經(jīng)過(guò)處理后再作為鍋爐水進(jìn)行使用[1]。

3 鍋爐水質(zhì)常規(guī)化驗(yàn)流程分析

3.1 儀器和試劑的選擇

鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，水質(zhì)問(wèn)題將直接影響到鍋爐運(yùn)行效果。因此選擇合適的儀器、試劑參與到試驗(yàn)當(dāng)中，從而確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。經(jīng)常使用到的儀器包括玻璃電極、飽和甘汞電極、錐形瓶、移液管、滴定管、溶解氧瓶等，經(jīng)常使用到的試劑包括酚酞指示劑、甲基橙指示劑、淀粉指示劑、硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液、緩沖溶液等。并且所有的試驗(yàn)都需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)統(tǒng)一完成，控制好試驗(yàn)階段的溫度和濕度，以此來(lái)確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程的分析

在具體試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)注意以下問(wèn)題：

第一，檢測(cè)人員可以利用取樣器進(jìn)行水樣的抽取，為了提高檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，一般的水樣取用量為100mL，根據(jù)測(cè)定內(nèi)容放入到錐形瓶或者溶解氧瓶中。

第二，按照要求向其中添加指示劑或反應(yīng)試劑，添加量和添加規(guī)范需要參考相應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行，對(duì)于添加量、反應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)記錄。

第三，在對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行檢定時(shí)，會(huì)使用到許多的計(jì)算公式，如堿度、溶解氧含量等，使用這些公式時(shí)，首要的任務(wù)便是確認(rèn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)量單位，需要統(tǒng)一使用國(guó)家統(tǒng)一單位，這樣可以得出準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

第四，為了提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在實(shí)際應(yīng)用中，還需做好多組數(shù)據(jù)的測(cè)量工作，將結(jié)果進(jìn)行平均值求解，從而得出準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)果。

3.3 影響因素的分析

結(jié)合以往管理經(jīng)驗(yàn)，常見影響因素如下：

第一，堿度。一些檢測(cè)工作需要在酸性環(huán)境或堿性環(huán)境下進(jìn)行堿度不同也會(huì)影響到檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。例如，在硬水或軟水性質(zhì)檢測(cè)中，不同堿度條件下的反饋數(shù)據(jù)存在著較大的差異性。

第二，溫度。溫度的提升會(huì)加劇水分子運(yùn)動(dòng)，這也是影響到數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性的重要因素。例如，在溶解氧含量檢定中，不同溫度條件下，溶解氧的逸出速度不同，這也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)偏差，造成誤差累積情況的出現(xiàn)，從而降低了數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

第三，干擾離子。鍋水經(jīng)過(guò)多倍率蒸發(fā)濃縮，各種離子含量較高，部分離子會(huì)對(duì)其他離子檢測(cè)過(guò)程造成干擾。例如，在硬度的檢驗(yàn)中，如果鐵離子含量過(guò)高，會(huì)影響EDTA與鈣鎂離子的絡(luò)合，導(dǎo)致最終數(shù)據(jù)存在著較大的差異性。

4 結(jié)語(yǔ)

在工廠正常工作過(guò)程中，鍋爐屬于非常重要的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，為了穩(wěn)定鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)使用到蒸汽或者鍋爐水來(lái)維持反應(yīng)溫度。而鍋爐水水質(zhì)的差異性也會(huì)影響到鍋爐管道的使用壽命。通過(guò)選擇恰當(dāng)?shù)鼗?yàn)方法，對(duì)于鍋爐水質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確判定，結(jié)合判定結(jié)果選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行處理，對(duì)于提高鍋爐運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)鍋爐管道使用壽命有著積極地意義。