低壓鍋爐飽和蒸汽鈉離子超標原因分析

寧仕文

（中石化廣元天然氣凈化有限公司 廣元 628000）

1 前言

鍋爐作為常見的工業特種設備，是工業上生產蒸汽的常見設備。由于鍋爐管道長期處于高溫、高壓狀態，鍋水、蒸汽的品質是保障鍋爐管道長期運行不受腐蝕的關鍵。為了保證鍋水品質合格，要對已經進行除氧的鍋水進行加藥，以保證鍋水處于較低的離子濃度和鍋爐蒸發面的低濃度。常見的鍋爐加藥為磷酸鹽，促進鍋中離子形成軟沉淀，通過定排排出。通常通過化驗鍋水的磷酸根離子和飽和蒸汽的鈉離子、鐵離子濃度來驗證鍋水品質。

在長期的鍋爐生產實踐中，工程師們發現引起鍋爐飽和蒸汽鈉離子超標的主要原因包括鍋爐的運行工況[1-2]、汽水分離器故障[3-5]、加藥種類及質量[2]等，其中運行工況和汽水分離器故障[6，7]引起的數量最多。飽和蒸汽鈉離子長期超標會給鍋爐帶來較為嚴重的影響，輕則過熱器結垢，重則過熱器爆管[8-12]，因此一旦發現必須嚴肅對待。

近日，某廠的1.2 MPa低壓鍋爐飽和蒸汽的鈉離子超標，本文對此進行分析，找出鍋水不合格的原因，并給出預防措施。

2 簡介

2.1 鍋爐簡介

低壓鍋爐為 1.27 MPa、250 ℃型燃氣鍋爐，屬于雙鍋筒“D”型爐膛、自然循環、強制通風、微正壓燃燒、快裝式水管鍋爐。汽水系統設置有上、下汽包和上、下集箱，汽包上水通過上汽包、下汽包、下集箱、上集箱回到汽包，汽包液面下設置孔板式氣液分離器。生成的飽和蒸汽，通過氣液分離器進入飽和蒸汽集箱，通過過熱器形成過熱蒸汽進入集氣集箱，產生低壓過熱蒸汽用于重沸器加熱。為提高蒸汽品質，排出鍋水內的雜質和沉淀物，降低鍋水的含鹽濃度，設置了排污系統，鍋爐排污系統分為定期排污和連續排污。連續排污管座設置在上汽包中下部，略低于50%液面，定期排污管座設置在鍋爐下汽包和下集箱底部，排污周期為1天1次。其中飽和蒸汽鈉離子濃度的控制指標為小于等于15 μg／kg（GB／T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》）。

2.2 飽和蒸汽鈉離子超標事件簡介

飽和蒸汽介質分析是每2天做1次，從2月4日起，車間運行班發現低壓鍋爐B飽和蒸汽的鈉離子和鍋水的磷酸根離子濃度有同步上升的趨勢，并于2月8日發現飽和蒸汽鈉離子超標達到25.2 μg／kg，且磷酸根保持在10 μg／kg左右，操作班立刻將連排根部閥開大半圈螺紋（下稱半圈）并調小加藥沖程。2月10日鈉離子、磷酸根離子濃度繼續上升并繼續開大連排根部閥半圈，并于11日開大連排一圈并加大定排。但12日鈉離子濃度急劇上升至53.9 μg／kg，之后濃度雖下降但持續超標，直至17日恢復正常，但19日再次超標，之后不再超標。本次事件鈉離子、磷酸根離子濃度隨時間變化情況如圖1所示。

3 鈉離子超標影響因素分析

3.1 連排閥門堵塞

從2月4日到8日，在加藥未發生變化的情況下，鈉離子、磷酸根離子濃度出現不同程度的上升，且鈉離子濃度的增加速度遠遠大于磷酸根，而使用同個加藥罐、不同加藥泵的高壓鍋爐離子濃度并沒有出現任何問題。因此首先判斷可能是中壓鍋爐連排管線去連排擴容器的根部閥堵塞[13]。在2月8日，連排根部閥相比正常生產情況開大半圈的情況下磷酸根濃度變化并不明顯，在10日再次開大連排根部閥半圈后才明顯下降，這表明原有連排根部閥可能已經堵塞，需要再開大一圈才能與原來的開度相平。

3.2 汽水分離器故障

同樣是由于飽和蒸汽的鈉離子濃度增加速度遠大于鍋水磷酸根的速度、使用同一加藥罐的高壓爐沒有異常，低壓鍋爐在8日連排開大了半圈后鈉離子濃度無明顯變化并略有上升，且在13日無任何操作的情況下飽和蒸汽鈉離子濃度繼續上升。連排根部閥開度合適但飽和蒸汽鈉離子濃度卻上升，這表明在該狀態下，影響鈉離子濃度超標的主要因素并不是閥門堵塞，而有可能是鍋爐汽水分離不合格造成的，即鍋爐汽水分離裝置出現故障，汽水分離裝置不能正常將飽和蒸汽中攜帶的鍋水分離出去，導致飽和蒸汽冷凝水中鍋水成分偏高以至于鈉離子超標[5]。

3.3 汽包液位

同樣影響汽包汽水分離的，還有汽包液位。而影響汽包液位的有多種情況：1）鍋爐的工作液位設置較高或較低，較高和較低的液位都會影響汽液分離，較高的液位會導致液面的液滴飛入飽和蒸汽引出管，且液面離汽水分離器較遠也會導致孔板式汽水分離器工作效果較差；較低的液位則會導致汽水分離器離液面過近或低于汽水分離器，導致分離失效。2）當司爐操作不當引起鍋爐負荷波動較大或是鍋水雜質過多時，會導致液面波動較大，甚至導致汽水共騰[2]，導致液面虛高，液滴飛入飽和蒸汽引出管導致飽和蒸汽鈉離子超標。

3.4 除鹽水品質

除鹽水的品質是影響鍋爐鍋水品質的主要因素之一[14，15]。當除鹽水的含鹽量過高時會嚴重影響鍋水的品質，進而導致鍋爐加藥失效，鍋水蒸發面含鹽量過高，導致汽水分離后飽和蒸汽攜帶的鍋水含鹽量過高或引起鍋水表面汽水共騰，導致飽和蒸汽的鈉離子超標。

3.5 鍋爐加藥

鍋爐加藥情況也是影響鍋爐水質的主要因素之一[16，17]。鍋爐使用加藥為磷酸三鈉，中低壓鍋爐使用同一加藥罐，由中壓和低壓加藥泵分別打入中壓和低壓鍋爐，每次在加藥罐液位下降到固定值后加入同等質量的磷酸三鈉，而后加水至滿罐攪拌均勻。因此每次加藥的準確加藥量以及泵的沖程就是影響鍋爐實際加藥量的主要因素。當加藥泵的沖程過大或實際加藥量大于規定加藥量，則會導致鍋水的實際加藥大于鍋爐的運轉所需，導致鍋水中鈉鹽過剩，引起飽和蒸汽鈉離子超標。

4 原因排查

在發現低壓鍋爐鈉離子超標恢復持續一段時間后，啟動備用鍋爐后將該鍋爐停爐檢查。在對影響鍋水鈉離子濃度的因素進行充分分析后，對各個影響因素進行排查：

1）連排閥門：將該鍋爐進連排擴容器的連排管線3次閥拆卸檢查，發現閥門堵塞。

2）汽水分離器：打開鍋爐汽包，檢查汽水分離器，發現汽水分離器無異常。汽水分離器情況見圖2。

圖2 汽水分離器照片

3）汽包液位和除鹽水品質：通過檢查分散控制系統（DCS）的汽包液位歷史數據和除鹽水的實驗室信息管理系統（LIMS）化驗數據，發現鍋爐的負荷無劇烈波動，因此排除了液位劇烈變化的因素以及汽水共騰的可能。鍋爐液位變化歷史趨勢如圖3所示。

圖3 鍋爐液位變化歷史值

除鹽水的硬度化驗值見表1。除鹽水的LIMS化驗結果顯示硬度指標一直在控制范圍內，沒有超標的情況出現。因此也排除了這2種情況的可能性。

表1 除鹽水硬度LIMS化驗值

4）鍋爐加藥：由于鍋爐加藥由承包商負責，因此承包商的實際加藥量則是關鍵。在檢查加藥臺賬和藥劑臺賬時發現二者有出入，查證發現在3月11日晚上有加藥行為。經與承包商技術員核對后發現，加藥班錯誤理解承包商技術員要求，導致重復加藥，致使鍋爐加藥過量以至于短時間內開大連排無法奏效，最終導致鍋爐飽和蒸汽鈉離子長時間超標。

5 原因分析及整改措施

本次低壓鍋爐從出現鈉離子超標到鍋爐檢修結束前后持續近2個月，不僅嚴重影響對鍋爐正常運行的判斷，還可能存在嚴重安全隱患，因此對鍋爐鈉離子超標的影響因素進行分析并逐一進行排查，得到本次鍋爐鈉離子超標的原因：

1）連排根部閥堵塞：連排根部閥長期未清理，鍋爐頻繁啟停導致閥芯容易堆積排污析出物，導致閥門堵塞，鍋水蒸發面高離子濃度鍋水無法排出，導致鍋水表面離子濃度異常偏高，從而導致飽和蒸汽鈉離子超標。

對此，在檢修過程中，將鍋爐的連排閥門進行更換，并對定排閥門進行了逐一檢查，將其中泄漏或堵塞的閥門進行更換。

2）鍋爐加藥：鍋爐實際加藥量嚴重偏高是導致飽和蒸汽鈉離子濃度偏高的直接原因，鍋水表面過量的離子無法通過現有的排污量排出，導致飽和蒸汽攜帶液滴鈉離子超標，從而導致飽和蒸汽鈉離子超標。

針對此事件，加強了對承包商加藥環節的管控，不僅增加了加藥班對加藥罐和加藥泵的日常巡檢點，還要求加藥班加藥時必須由大班長進行監管，嚴格管控加藥量和加水量，并定期清點庫房庫存藥量。

6 建議

鑒于鍋爐鈉離子超標對鍋爐正常生產產生的重大危害，為了防止該類事件再次出現，本文對此提出幾點建議：

1）正常生產要控制好汽包液位，負荷調整要盡量平緩，汽包液位以控制在汽包中位為最佳；

2）重視鍋爐檢修，鍋爐停爐后，對汽水分離器、排污閥門要進行重點檢查，檢查汽水分離器的腐蝕情況、排污閥門的腐蝕和堵塞情況，對于有腐蝕或結垢的汽水分離器要盡快清理或維修，對于堵塞的閥門要盡快清理或更換；

3）關注鍋爐加藥，對于承包商的加藥班以制度加以管控[18-20]，定期進行崗位培訓和檢查，重點巡檢部位可實行雙人巡檢以加強巡檢效果，嚴格控制每次的加藥濃度以及加藥泵的沖程。