化工企業鍋爐爐水pH異常的原因分析及處理措施

孟 良， 郭文吉

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037001)

引 言

某集團公司甲醇項目采用殼牌氣化爐，將煤氣化后生產CO和氫氣，再經過變換、酸脫甲醇洗，利用催化劑將CO和氫氣在一定溫度和壓力下生產粗醇，最終利用精餾系統將粗醇提煉為精純，作為化工原料供烯烴、乙二醚等使用，項目規模為60萬t/a，其中，公用系統采用3×130 t/h循環流化床鍋爐提供蒸汽，除鹽水系統采用超濾+反滲透+陽陰混床工藝，產生的廢水采用A2/O+生物濾池工藝處理。為了保證蒸汽品質，避免對系統產生結垢和腐蝕，對驅動汽輪機葉輪造成損傷，必須嚴格控制水質指標合格，pH正是重要指標之一[1-2]。

1 基本概況

該公司生產用水為黃河水，經過PAC、PAM絮凝沉降后，作為除鹽水的原水使用，經過超濾、反滲透和陽陰床后，與空分、甲醇各裝置產生的冷凝液一起進入混床，再通過除鹽水泵加壓，經甲醇合成、變換預熱后進入除氧器；除氧水經鍋爐給水泵加壓進入變換再次預熱后作為給水進入鍋爐省煤器，用于生產高壓蒸汽供全廠使用。

該公司自2013年運行以來，鍋爐爐水pH值一直控制在8.8～9.3，運行穩定。但自2015年12月起，階段性出現除鹽水pH正常，鍋爐給水pH正常，但鍋爐爐水pH值極低，最低時pH僅為4左右，如表1所示，同時，爐水的二氧化硅，含鹽量均表現為含量嚴重超標。

表1 鍋爐給水與爐水水質分析

保證鍋爐爐水pH在8.8～9.3時，水中的磷酸根離子易與金屬離子生成易排水的水渣，同時抑制鍋爐爐水中硅酸鹽的水解，減少硅酸在蒸汽中的溶解攜帶量[3];但當爐水pH<8.8時，水對鍋爐鋼材腐蝕性增強[4-5]。因此有必要對爐水pH偏低的原因進行分析，并及時采取應對措施。

2 原因分析

2.1 原水水質

如果原水水質變化較大，尤其是水中COD增加，而超濾、反滲透膜和樹脂處理有機質的能力較差，有可能會導致除鹽水系統出口COD增加，pH不變，電導、二氧化硅、鈉離子等均在正常范圍內，但進入鍋爐后，由于爐水溫度和壓力較高，會導致水中生成有機酸，導致爐水pH偏低。

經對原水水質進行多次分析(見第79頁表2)，由于該廠原水與城鎮飲用水為同一種水，且化驗結果COD均在1.5 mg/L左右，基本沒有大的變化，故排除了原水水質的影響。

表2 原水水質分析

2.2 除鹽水系統

影響除鹽水系統pH變化的主要有兩種可能，一種是除碳器，另一種是樹脂。

該公司除碳器裝在反滲透之后，陽床之前，通過檢查除碳器進出口水質pH發現，pH都在7左右，基本沒變化，意味著除碳器基本不起作用。根據除碳器的工作原理，當pH<4時，水中只有游離的二氧化碳;當pH在8.3時，98%以上的碳酸化合物以碳酸氫根形態存在；當pH在12時，幾乎全部以碳酸根離子形式存在。說明該除碳器位置安裝錯誤，應該裝在陽床之后、陰床之前，目前裝的位置影響了陰床的使用壽命，但其不會影響除鹽水出口pH。

對樹脂捕捉器進行檢查，如樹脂捕捉器出現部分失效，其泄漏除鹽水系統中，在高溫高壓鍋爐的汽包內，提供給了樹脂分解的條件。樹脂一般為苯乙烯或丙烯酸系列的，里面含有磺酸基或氨基，分解產生的各種雜質會影響水質的含鹽量，產生的酸會嚴重影響爐水pH，反映為爐水pH嚴重偏低，含鹽量超標。除鹽水系統中的水質分析見表3。

表3 除鹽水系統中的水質分析

經系統檢查發現，混床樹脂捕捉器有破損，內有大量的樹脂，且存在捕捉不力的情況，由此可以判斷給水pH正常，爐水pH降低與樹脂泄漏有很大的關系。

2.3 鍋爐給水系統

2.3.1 經甲醇合成、變換的除鹽水系統

由于進入除氧器的除鹽水經過了甲醇合成、變換的換熱器的預熱，如換熱器管束出現泄漏，合成氣中攜帶有二氧化碳、硫化氫等雜質，會對除鹽水水質造成影響。

鑒于此，對甲醇換熱器前、后水質，除氧器逸氧口氣體進行分析發現，經換熱器前后水質pH、電導、二氧化硅、COD均跟除鹽水泵出口水質分析指標相同，且除氧器逸氧口氣體分析中未分析出硫化氫、一氧化碳、氫氣等。故對除鹽水換熱器泄漏原因進行了排除。

2.3.2 高壓鍋爐給水系統

鍋爐用高壓鍋爐給水13.5 MPa系統經甲醇變換換熱器預熱后進入省煤器，同除鹽水系統的分析辦法，對其前后進行水質分析，分析結果顯示水質指標基本無變化，且進入換熱器前、后流量無變化，如表4所示，故判斷不是鍋爐給水系統的問題。

表4 鍋爐給水系統中的水質分析

2.4 冷凝液系統

該公司冷凝液系統分為兩部分，一種為工藝蒸汽冷凝液系統，由低壓蒸汽與精餾裝置換熱器間接換熱后，冷卻下來產生的冷凝液；另一種為透平蒸汽冷凝液系統，由次中壓蒸汽對合成氣壓縮機、二氧化碳壓縮機、氨壓機做功后產生的冷凝液。

其中，工藝蒸汽冷凝液與精餾裝置換熱器間接換熱，換熱器管程是粗醇，殼程是低壓蒸汽，若換熱器泄露，粗醇就會泄露到工藝蒸汽冷凝液系統，而除鹽水站混床樹脂無法有效地除去有機物，導致出口COD增加，進而導致爐水pH降低，經對工藝蒸汽冷凝液COD進行分析，COD在30 mg/L左右，且混床樹脂也發黑，再生時排出的水發黑，可以明確地得出爐水pH降低與工藝蒸汽冷凝液中泄露進去的粗醇有關。冷凝液分析見表5。

表5 冷凝液分析

透平工藝蒸汽冷凝液用于對壓縮機做功，沒有與其他工藝介質直接或間接的接觸，且經過對冷凝液COD分析，COD在3左右，說明沒有泄露，判斷不是透平工藝蒸汽冷凝液的問題。

3 采取措施

對除鹽水站混床樹脂捕捉器進行了徹底的檢查、更換，對甲醇精餾存在泄漏的換熱器進行了系統維修處理，后經過鍋爐一段時間的大量排污，爐水指標恢復至正常。

4 結論

1)除鹽水站樹脂泄露、工藝蒸汽冷凝液摻雜粗醇爐水是造成企業鍋爐爐水pH低的關鍵原因。

2)定期檢查、更換除鹽水站混床樹脂捕捉器和定期維護甲醇精餾換熱器能夠有效解決鍋爐爐水pH低的問題。