由高壓鍋爐水冷壁泄漏引發的思考

董華 陳向仕

(中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116031)

0 引言

在現代化高參數鍋爐運行中，化學監督的作用十分重要。如果鍋爐在內部水質不符合規范時運行，出現爐內設備結垢和腐蝕的速度是很快的，將嚴重威脅企業安全生產。本文以中國石油大連石化公司熱電聯合車間5#、6#高壓鍋爐水冷壁鼓包現象為例，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合車間5#和6#爐檢修時均發現水冷壁管有鼓包現象。事件經過簡述如下：2013年11月5日，6#爐上水準備點爐過程中發現，水冷壁管漏水，發現水冷壁四周均有管壁鼓包現象，逐個排查，共計30處管壁出現不同程度鼓包。取樣打開發現內部有多處雞蛋大小腐蝕坑，外壁有鼓包現象。

公司聯系相關專家到現場采集管壁內垢樣進行分析，發現除鐵類氧化物占大部分外，含有不少磷酸鹽類物質。據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，酸洗結束后，重新試壓點爐。6#爐運行后，檢修5#爐同樣發現水冷壁有鼓包現象，共計7處，對問題水冷壁管進行更換處理后，重新點爐。

1 造成水冷壁鼓包現象的原理分析

此次造成水冷壁管鼓包現象的原因初步分析判斷為爐水水質不良引起局部結垢，粘附在水冷壁，長期積累引發垢下腐蝕，加上向火側管壁溫度較高，最終導致局部過熱引發管壁材質發生化學反應，強度降低，最終引發鼓包爆管。

1.1 水垢的形成

針對此次水冷壁受熱面處發生鼓包的位置，首先了解此處爐水的理化過程。蒸發在爐水的受熱面中進行，受熱面的水膜首先受熱蒸發，產生氣泡，氣泡內含有鹽類雜質。當汽包破裂蒸汽離開受熱面時，鹽類雜質就殘留在管壁上，形成一層很薄的沉淀層。伴隨著受熱面水不斷蒸發，氣泡不斷形成和破裂，氣泡內的鹽類雜質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。由此出現沉淀物的地方會比其他地方更快速的集聚和析出雜質，結垢厚度不斷增加。

1.2 加藥量不當引起水冷壁腐蝕爆管

首先說明一個誤區，熱電聯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，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控隱患，沒有做到實時監控化驗爐水成績，歸根到底目前的加藥量也是不恰當的。

磷酸鹽“隱藏”現象，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象。隱藏現象的實質是易溶磷酸鈉鹽從爐水中析出并沉積到水冷壁管上，結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，會經常伴隨出現磷酸三鈉析出在水冷壁管的現象。析出的磷酸三鈉水解產生游離的氫氧根，加劇結垢和腐蝕。

2 直接原因歸納總結

經上述關于結垢的形成以及磷酸三鈉如何析出加劇了腐蝕后，總結目前熱電聯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相對應

原則上鍋爐運行負荷穩定，加藥量也隨之穩定，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，造成結果就是瞬時加藥量過大，單位時間段內濃度不均。鍋爐負荷波動時應通知化水及時調整加藥量。

2.2 爐水監控缺失，缺少在線實時監控及自動加藥系統

汽包加藥采用加磷酸三鈉和氫氧化鈉，經由計量泵注入汽包。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遠程監控和操作，給加藥的管理及監督造成了極大的障礙。

2.3 連續排污量不夠

目前由于鍋爐連排經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，使得懸浮于汽包內的雜質無法正常排出爐管外，會引起爐水含鹽量增加，加速結垢。

3 當前可供選擇的爐水加藥技術

3.1 常規磷酸鹽處理工藝

(1)對等協調磷酸鹽處理時，同時向鍋爐水中加入磷酸氫二鈉和磷酸三鈉。

(2)協調磷酸鹽處理時，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協調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生沉積。磷酸根的濃度一般控制在0.5～2.4mg/L，允許發生一定程度的磷酸鹽“暫時消失”，以利用自然產生游離的氫氧根，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 各技術優缺點對比

(1)對等協調磷酸鹽處理：仍會產生游離氫氧根，不能避免堿腐蝕。

(2)協調磷酸鹽處理：酸性磷酸鹽腐蝕。

(3)協調磷酸鹽-pH處理：由磷酸根、pH和鈉磷比值三個參數控制爐水成績。除了可以使爐內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，不會產生鈣垢和因爐水pH低而產生的酸腐蝕。

(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《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》國家標準，緩沖性較弱。

4 自動加藥系統設計初步方案

針對上述各技術特點的對比，推薦選擇協調磷酸鹽-pH處理。

4.1 采用協調磷酸鹽-pH處理方式加藥

現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壁沉積并產生游離NaOH，引起堿腐蝕的可能。計劃改進爐水加藥方式為協調磷酸鹽-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，經由計量泵注入到汽包內，分別由左右鹽段取樣，經在線pH表、鈉表、磷表進行在線分析，遠程顯示，通過系統分析數值自動調節加藥泵頻率和加藥泵的啟停，如此形成自動加藥循環。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水，換熱后的工業水注入新老廠疏水箱。

5 結語

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