工業鍋爐水（介）質檢測及節能方法探討

唐暉迪，姚 妮，曠運坤，龔育婷，黃秋妹，韋炳聰

（廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院，廣西 南寧 530219）

0 引言

注重工業鍋爐水質處理問題始終是提升工業鍋爐生產安全以及節能環保運行效益的重要舉措。如果工業鍋爐水質處理工作落實不到位或者相關設備配置不合理，就很容易誘發資源浪費現象。嚴重時，可能會導致一系列生產污染和安全隱患問題出現。舉例而言，如果鍋爐水處理作業人員對于鍋爐水質檢測缺乏規范操作，那么很容易因為檢測結果有誤導致鍋爐設備出現腐蝕或者結垢問題，容易影響鍋爐設備安全運行效果。一旦鍋爐出現上述質量缺陷問題，很容易會對鍋爐熱傳熱性造成不利影響，并相繼引發鍋爐熱效能下降以及受熱面過熱等風險問題。近些年來，為全面增強工業鍋爐安全節能環保運行效能，管理人員針對工業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、降低鍋爐結垢腐蝕等問題帶來的負面影響，同時滿足安全節能減排要求。為此，本文在分析工業鍋爐水處理檢驗和節能減排現狀，剖析鍋爐水處理檢驗中遇到的常見缺陷和典型案例的基礎上，探討工業鍋爐水質檢測及節能方法。

1 工業鍋爐水處理檢驗和節能減排現狀分析

我國的淡水資源僅占全球的6%，是水資源比較緊缺的國家，水資源節能減排是實現綠色經濟可持續發展的重要環節，而工業鍋爐系統水介質處理節能減排的現狀不理想，主要體現在：給水雜質高、排污率偏高、回收率偏低、除氧率偏低、水處理設備有效運行效率偏低、化學清洗液亂排放等方面[1]。結合以往的水質檢驗經驗來看，部分工業生產企業在鍋爐水處理檢驗方面存在不重視鍋爐水處理、鍋爐水處理管理混亂、水處理設備效率低下、節能減排落實效果不強等問題。

舉例而言，當前大部分鍋爐水處理設備并未結合水源實際情況對水處理方式進行合理選擇，導致水處理效率低下且浪費資源問題較多。尤其是某些地區采用地下時水金屬離子超標問題比較突出，在未采取預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備當中，導致鈉離子樹脂快速“中毒”失效，繼而引發水處理設備運行效率低下、再生周期縮短、水資源浪費和化學廢液排放污染等一系列問題。

大部分微小型企業未按國家的建議要求配置專門的鍋爐水處理作業人員，對于鍋爐水介質處理大部分僅僅是應付各類檢驗檢查，并未解決鍋爐介質不達標的實際運行問題，在鍋內水處理的藥劑選擇、加藥調控比例、參數監測方式和鍋爐水介質的管理制度等方面未采用科學合理的方法，不利于保障鍋爐水的品質，甚至會引發熱源損失和安全隱患等問題。除此之外，管理人員并未對鍋爐凝結水、疏水等進行合理回收與科學利用，最終導致能源與水資源浪費問題出現。

2 工業鍋爐水處理檢驗檢測實踐分析

2.1 日常檢驗發現的問題

為消除結垢問題對工業鍋爐水處理檢驗效果帶來的負面影響，水處理作業人員應該提高對鍋爐結垢的重視，當檢查中發現水垢厚度超過1 mm時或者受熱面銹蝕問題相對嚴重時，或鍋爐排煙溫度突然變高或者大幅度下降時，水處理作業人員應即刻開展除垢防腐工作。在結合鍋爐垢樣類型和企業自身情況合理選擇除垢方法，化學清洗前應選擇具備正規資質的鍋爐清洗機構，同時向具有相應監督檢驗資質的檢驗機構提交清洗過程監督檢驗的申請。若選擇鍋爐運行除垢，應注意加強鍋爐水質化驗監督，適當增加化驗項目以確保鍋爐安全運行的情況下達到除垢的效果。

工業鍋爐腐蝕問題基本上可以視為工業鍋爐運行過程中常見的質量缺陷問題。從成因上來看，工業鍋爐腐蝕問題的發生與鍋爐水溶解氧、堿度、pH值調節存在著緊密關系。因此在日常開展鍋爐水處理作業工作期間，水處理作業人員應該加強對鍋爐水溶解氧、堿度、pH值的重點調控。發現異常時應盡早展開無損檢測等活動，避免腐蝕問題進一步擴散，導致鍋爐運行安全問題出現[2]在實際檢驗中發現，采用多種類型藥劑進行調節的鍋爐水更容易符合工業鍋爐水質標準。

使用單位應當結合本單位的實際情況，明確崗位職責，建立健全水（介）質處理管理制度并且嚴格執行，確保水（介）質的質量符合要求，這是增強工業鍋爐水處理檢驗效果的重要保障。在具體實現過程中，水處理作業人員應該對常規化驗分析環節予以高度重視，基礎要求化驗的項目硬度、堿度、pH值，根據鍋爐實際情況增加磷酸根、溶解氧等項目，當水汽質量不符合標準要求時，應當及時查找原因并處理至合格。

2.2 事故調查分析

在注重鍋爐定期水介質檢驗遇到的問題的同時，通過對典型事故案例進行原因分析，總結水處理過程中的經驗教訓，能夠避免類似事故重復發生，提高鍋爐水處理運行和管理能力，保障鍋爐安全生產。

2018年某藥企一燃氣鍋爐發生停爐后爐內漏水事故，該鍋爐在發生滲水前一段時間已存在明顯的上汽困難、燃氣消耗量上升的情況，鍋爐最大出力下降，同等蒸發量下燃氣消耗量增加近30%，自投運2年多以來發生過2起爆管事故。經過現場勘查、事故前水質檢驗報告調查和現場垢樣化驗結果顯示，該鍋爐水質長期處于給水硬度超標、鍋水加藥量不足的情況下運行，且用氣量大、負荷高，使用單位沒有安排專門的水處理作業人員管理，最終導致鍋爐受熱面結垢最終危及鍋爐的安全運行發生事故。針對上述問題，應采取修復鈉離子交換器、調整鍋水加藥量、配置專門的水處理作業人員對鍋爐水汽質量進行管理等措施，以保證鍋爐安全節能經濟的運行。

2020年某企業高壓電站鍋爐水冷壁發生爆管事故，于爆管前72 h出現回水“跑堿”現象，即氧化鋁工藝車間的堿液漏入了鍋爐系統，并在鍋水pH值嚴重超標（pH值10.5～12.5）的情況下持續運行20 h以上，水處理管理人員在“跑堿”發生并發現數據異常超標后并未及時按照水質劣化三級處理要求處理，給鍋爐系統埋下了不可逆的隱患。此后兩年該鍋爐頻發爆管事故，且爆管部位多數位于長期堿腐蝕減薄和高熱負荷重合區域。針對上述問題，應采取措施對鍋爐進行較溫和的化學清洗以降低跑堿遺留缺陷，并做好水質異常的應急預案，加強回水水質監控，以確保鍋爐汽水質量滿足規范要求。

通過典型案例分析可見，鍋爐水處理應當予以足夠重視并納入鍋爐安全運行管理制度中；日常水質化驗監測應為水質調節起到指導作用，在不符合標準范圍時及時找出原因并調整；出現鍋爐結垢的情況應及時處理，經過垢樣分析后運用適當的方法進行除垢。

2.3 實驗研究

在水介質檢驗檢測的實踐中仍存在許多尚需進一步明確和探討的問題，為找出并解決諸多未知細節和邊界問題，還需要做大量的基礎實驗研究，為檢驗檢測的方法標準優化提供理論支撐。

首先是鍋爐水藥劑調節量的探究，目前大部分工業鍋爐的鍋水加藥量均憑借“經驗值”確定，尚未形成廣泛適用的通用方法或標準以指導實踐，是鍋內水處理調節方法的一大空缺。針對上述問題，可通過蒸餾實驗從硬度、藥劑、試驗時間三個維度來進行模擬試驗，利用高密度點位數據進行曲線擬合，最后在鍋爐中進行驗證，從而提出鍋爐藥劑調節的指導建議。

其次為模擬鍋爐內部化學反應情況，通過腐蝕指示片實驗，對處于工業鍋爐水質標準值臨界點的試片腐蝕程度進行分析，分別在不同酸堿度、不同腐蝕時間的工況下，對試片的腐蝕量和腐蝕速率進行對比測試，獲得腐蝕速率曲線，分析鍋爐水側腐蝕的相關因素及其影響程度，從而為鍋爐水介質檢驗結果判定和處理意見提供更有力的數據支撐，能更好地把握鍋爐安全運行控制范圍。

2.4 新技術研究

目前，常規檢測手段仍存在檢測步驟復雜、數據精準度不高等局限性，為提高水介質檢測能力水平，拓展檢驗檢測范圍，可引進相關新技術、新工藝、新設備作為解決途徑。

在日常進行溶解固形物測定，運用傳統的重量法時，操作繁雜、耗時長、效率低，目前已很少采用；固導比法測定簡單、快捷，但固導比系數不易準確測定，常導致溶固物測定誤差很大[3]。現采用智能烘干恒重自動稱量系統測量溶解固形物，將大幅減少操作繁雜的步驟，同時可解決方法標準要求的反復恒重導致效率低下和系統誤差等問題，智能恒重系統一次可同時烘干數十個樣品，可有效提高檢測效率和數據準確度。

隨著水處理設備技術的不斷進步，大型企業對水質問題管控的重視逐步提高，將對痕量元素的檢測分析能力提出更高要求。針對電廠鍋爐水汽質量，采用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）對其進行金屬離子痕量分析，在分析能力上，ICP-MS可取代傳統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。與傳統無機分析技術相比，ICP-MS技術具有更低的檢出限、更寬的動態線性范圍、更高的分析精密度和分析速度等優點，并可提供精確同位素信息。運用該項技術將進一步滿足企業對于水汽質量的精準調控要求，為特種工業設備安全與技術深化提供有力的支持。

3 工業鍋爐水處理節能建議

隨著人們綠色發展意識的提高，盡量減少水處理過程中產生的各類污染，不用或少用化學藥品已成為工業發展的必然趨勢。隨著水資源可持續發展戰略的深化，作為耗水占比最大的工業生產，如何正確合理地利用水資源，提高水的重復利用率已成為工業水處理工作的緊迫任務[4]。

3.1 正確選擇水處理方式

各鍋爐使用單位的實際情況存在很大差異，必須按照鍋爐使用參數和原水水質情況，選擇最適合自身的鍋爐水處理方法。這對于后期水質達標和降低經濟成本尤為關鍵，也是確保鍋爐高效安全運行的重要前提[4]。對于鍋爐參數較低、負荷不高的工業鍋爐，如額定蒸發量≤4.0 t/h且額定蒸汽壓力≤1.0 MPa的鍋爐，當給水硬度不大于4 mmol/L，生產工藝對蒸汽質量要求不高時，建議使用單純鍋內水處理的方式處理，根據水質特點選擇單一藥劑或多種混合藥劑；對于一些生產地區較為特殊的高硬度水質情況，可選擇在軟化處理之前增加石灰澄清池、機械過濾等預處理步驟，以降低雜志過多的水質進入樹脂軟化器降低其使用壽命；采用軟化與鍋內加藥聯合處理的鍋爐，當其他項目指標符合標準時，鍋水加藥量可以適當減少使鍋水堿度建議保持在標準范圍的低值即可。

3.2 提高水處理作業人員的專業能力

鍋爐使用單位應配置專業的水處理作業人員監督管理鍋爐水汽質量，有條件的單位應定期對水處理作業人員進行專業的技術培訓和指導，幫助作業人員提高鍋爐水介質管理、現場預判、檢測化驗、應急處理、問題診斷等綜合技術能力。新型綠色工業轉型發展對專業的水處理作業人員不斷提出更高要求，水處理技術人員不僅要滿足能調節鍋爐水質指標合格的基本能力，還要在此基礎上以節能環保為目標進一步降低鍋爐能耗和對環境的污染。加強水處理管理的監管力度，培訓更多水處理專業技術人才，合理利用科學方法解決問題是提升水處理管理能力的重要手段[5]。

3.3 水處理系統節能管理

通過鍋爐水質日常化驗監測數據和鍋內添加藥劑的特性，在水質數據達標的前提下可適當降低磷酸鹽類藥劑的添加，降低化學藥劑成本，減少工業磷酸鹽廢水對環境水體的污染危害，避免磷酸鹽添加不當導致的磷酸鐵沉積物對鍋爐產生的不良影響。

如何通過利用科學合理的排污方式，加強對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。為保證在水質達標且不影響蒸汽品質的條件下實現鍋水利用率最大化，可以嘗試結合鍋水的溶解固形物數據和給水、鍋水氯離子濃度計算得出的排污率數據作為參考，并根據鍋爐的具體運行情況，靈活地調節排污量和頻次，從而降低鍋爐的熱能損失，同時減少水資源的浪費。若排污量較大且排污頻率較高的單位，建議配備排污擴容裝置和換熱器等設備，從而有效回收污水含有的熱能，以達到節能減排的目的[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類型實現高效回收利用過程。但是需要注意的是開式系統雖然相對簡單且經濟，但是冷凝水回收時應經過精處理裝置，并經檢測合格后方可回收利用，避免將雜質引入系統造成安全隱患。

4 結語

為積極響應國家工業綠色發展規劃要求，深化傳統工業向節能環保綠色企業轉型，助力我國工業鍋爐節能生產效果達到預期，建議在今后的發展過程中，企業鍋爐管理人員應繼續加強對工業鍋爐水介質管理以及節能環保方面的重視程度。在具體實現過程中，應該嚴格按照鍋爐的安全技術規程和工業鍋爐水質標準要求，根據企業自身制定出完善的鍋爐水介質處理管理制度和節能管理制度，重點針對工業鍋爐水處理檢測所涉及的技術、工藝以及節能環保方法進行積極落實，明確鍋爐水介質定期檢測的頻次、項目和合格標準并且做好定期自行檢查記錄，當水汽質量不符合標準要求時，應當及時查找原因并處理至合格做好水質異常記錄。在此期間，企業管理人員以及水處理作業人員應該深刻意識到鍋爐水節能處理的重要性，進一步加強對鍋爐水介質管理、檢測和節能工作的實踐開展。