煉油廠鍋爐結垢原因分析及清洗處理

吳 軍，盧昌江，王 偉

(中亞能源有限責任公司，陜西 西安 710000)

在煉油企業中，鍋爐蒸汽系統是重要組成部分。大部分的工藝，如加熱、干燥或攪拌、汽提、汽輪機驅動等，都需要蒸汽的連續供應。中亞某有限責任公司現有4臺(1×30T/h)SZS30-1.25/280-YQ燃油蒸汽鍋爐，為全廠提供1.0 MPa低壓蒸汽，它主要包括原水預處理系統、產汽系統。原水預處理系統包括1套凈水系統、3套多介質過濾器、3套反滲透系統。2017年，燃油鍋爐技改為油氣混燒型鍋爐，采用DCS自動控制系統。自2016年以來，該鍋爐熱效率逐漸降低，油耗逐漸增大,過熱段超溫嚴重，已嚴重威脅設備安全運行。2019年，大檢修檢查發現，從除氧器到鍋爐給水泵，再到上下鍋筒，均有結垢，結垢面積98%以上。結垢致密厚度約5 mm，致使管徑減小約10 mm，且部分部位外表面存在不同程度的火焰沖刷和高溫腐蝕。為解決上述問題，公司多次組織專題研究，2019年8月初，筆者有幸參加鍋爐結垢成因分析及清洗處理過程[1]。

1 原因分析

該鍋爐自2014年投用以來,運行良好。從2016年開始該鍋爐效率逐漸降低，過熱段出現超溫。在2019年，大檢修檢查發現，從除氧器到鍋爐上水泵，再到上下鍋筒，均有結垢，結垢面積98%以上。管束、管件結垢致密厚度約5 mm，筒體結垢厚度1 mm以上。如圖1所示。

圖1 短節、管線、鍋筒等結垢情況

水垢的主要成份為：NaCl、Na2SO4、CaCl2、CaSO4、CaCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2、MgSO4、MgCl2、硅酸化合物及金屬腐蝕產物，如Fe2O3、FeO、CuO、Cu2O、Cu等。由于鈣鎂硬度或鐵離子不達標，當鍋爐在高溫高壓條件下運行一段時間后，鍋爐水側受熱面上就會牢固地附著一些固體沉積物，這些固體沉積物就稱為水垢。其沉積量的多少取決于給水中各種鹽類的含量及特性。在一定條件下，固體沉淀物也會在鍋水中析出，呈松散的懸浮狀為水渣。在檢查中發現，該鍋爐不僅結垢嚴重，而且還有大量水渣，判斷是給水硬度不達標，而且排污系統出現故障或排污過小所致。以上問題若得不到解決，必將嚴重影響鍋爐正常運行。

經歷史數據分析并仔細梳理給水流程后確定，形成水垢物質的來源為除鹽水和全廠凝結水。一方面,從分析數據來看，動力車間對除鹽水、鍋爐水質的控制未達到供汽輪機使用鍋爐給水的要求，除鹽水的硬度、電導率和鍋爐水的磷酸根均未達標。另一方面，部分給水來源于全廠凝結水回收，理論上水質純凈，但實際已受到污染。原因是：①金屬腐蝕產物的污染，特別是鐵和銅腐蝕產物的污染；②供熱用戶凝結水的污染，存在加熱器油品竄入凝結水系統；③凝汽器不嚴或其它原因導致的溶解氧超標。

2 解決措施

面對嚴重的結垢問題，清垢工作刻不容緩。若持續運行，結垢將更加嚴重，導熱能力也越差，鍋爐產汽能力更低，能耗大幅度增加，且存在局部過熱而威脅鍋爐安全運行。目前，從保證鍋爐負荷、降低能耗、提高工作效率，以及減緩鍋爐腐蝕等方面考慮，根據DL/T794-2012《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》，對鍋爐鍋筒、管束、過熱器及連接管道進行化學清洗。把水垢和雜質等沉淀物通過清洗消除，并形成一層保護膜(鈍化膜)，使鍋爐系統恢復產汽能力、提高熱效率，確保鍋爐安全運行。化學清洗過程符合《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》的規定[2]。

2.1 鍋爐清洗前的溶解對比實驗

1)溶解實驗：取現場鍋筒垢樣烘干后稱重10 g，分別在500 mL兩種溶液中，進行60℃溶解實驗，溶解60 min后，過濾殘渣稱重，計算可溶物質質量分數(表1)；

表1 不同混合酸溶解水垢對比

2)緩蝕效率實驗：配置10%HCl+3%NaF混合溶液、10%HCl+3%NaF混合溶液+0.5%緩蝕劑HAI-90混合清洗溶液各500 mL，配置15.5%HCl+6.5%NaF混合清洗溶液、15.5%HCl+6.5%NaF+0.5%緩蝕劑HAI-90混合清洗溶液各500 mL，放入碳鋼試片各2片(預先酒精擦洗+測量長寬厚孔徑尺寸+千分之天平稱重)，60 ℃溫度浸泡24 h后取出酒精清洗，晾干,用千分之一天平稱重，計算腐蝕速率和緩蝕效率。結果見表2。

表2 不同濃度混合酸對碳鋼緩蝕效率實驗對比

由表2看出，在10% HCl+3% NaF+0.5%緩蝕劑 HAI-90 混合清洗溶液中溶解率最高，效果最好，且對碳鋼緩蝕效率最慢，緩蝕效果最好。因此，可用10% H Cl+3% Na F+0.5%緩蝕劑 HAI-90 混合清洗溶液作為本次清洗的試劑使用。

2.2 鍋爐清洗過程

根據DL/T794—2012《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》和《GB/T 25146—2010工業設備化學清洗質量驗收規范》的規定，管線清洗流速應為0.2～0.5m/s，不大于1 m/s；清洗泵流量在100～300 t/h。泵揚程應大于靜壓與系統流動阻力之和，約為65 mH2O。根據上述考慮，清洗選用的臨時進液和回液母管內徑應不小于100 mm，選用1臺流量為150 t/h的清洗泵。凡與清洗系統相連接的管道，或者全部盲板，或者全部關閉閥門(不內漏)；清洗范圍內的流量計、儀表閥門、不銹鋼法蘭等部件全部拆除或盲板隔離?？傊?，清洗系統與其它相連的設備、管道等都需要有效隔離，以免酸液互竄，造成安全隱患[3]。

清洗工藝：水循環檢查漏點和隔離情況→清洗(10% HCl+3% NaF+0.5%緩蝕劑:清洗硅、鈣鎂垢，常溫)→水頂酸及中和水沖洗(2.5%NaOH+2.5%Na2CO3)→鈍化(5%雙氧水，常溫)→水沖洗→開工除氧→進合格除氧水隔氧封閉系統?？刂棋仩t內流速不大于 1 m/s，整個清洗系統先利用水循環檢查加熱系統沒有不暢、不通、外漏，隔離有效，鹽酸、氫氟酸、堿液除了流經清洗的密閉設備和管道，不流經或泄漏到任何其它部位，有效保護人身及系統安全。做好清洗過程中監測和記錄的項目及控制要求等[4]。

2.3 清洗過程中的監控重點及清洗質量指標

首先，化驗室要做好各種試劑的調配、掛片腐蝕速率計算、監測清洗過程中混合酸濃度變化并做好記錄。其次，設備管理人員跟蹤做好管束測厚工作，記錄好數據，頻繁檢查各處密封點，發現異常及時處理或退守。最后，相關人員記錄好每個清洗階段的時間及每一步工作安排。在清洗過程中，由于清洗液的不斷消耗，污垢溶解進入溶液，清洗液的成分發生很大變化，其成分的變化直接影響到溶垢的效果和緩蝕劑的緩蝕效果。溶垢速度也隨著清洗液有效濃度的降低而降低，緩蝕效率也受到溶垢量的影響而下降。為了保證一定的清洗溶垢速度，減少基體的腐蝕程度，并保證鈍化效果，當清洗液消耗到一定量，污垢溶解到一定程度時，就需要補加清洗劑、更換清洗液。只有定時檢測變化后清洗液的主要成分，才能很好地把握好更換清洗液、補加清洗劑的時機[5]。

質量指標：清洗碳酸鹽或氧化鐵除垢面積達結垢面積的85%以上；清洗硅酸鹽或硫酸鹽除垢面積達結垢面積的60%以上；用腐蝕試片測量的金屬腐蝕速度的平均值小于6 g/(m2·h)，腐蝕總量不大于 80 g/m2；表面應清潔并形成良好的鈍化膜，金屬表面不出現二次浮銹，無點蝕；清除鍋爐內清洗物后已經松動或脫落的殘留垢渣，疏通受熱面管子；對于清洗前已經堵塞無法清洗疏通的，應當修理更換，以確保所有的受熱面管子暢通無阻。

2.4 實際清洗效果及鍋爐效率恢復情況

本次化學清洗，總體達到了預期的目標，符合清洗質量指標的要求。各處結垢基本完全溶解，底部水渣等沉淀物均已沖洗干凈，表面清潔并形成良好的鈍化膜。清洗后效果如圖2所示。各處管束腐蝕情況如表3所示。

圖2 短節、管線、鍋筒清洗后效果

表3 鍋爐清洗過程各處管束腐蝕情況

3 結語

本次清洗效果良好，生產效率恢復至設計狀態，鍋爐運行狀態良好未見異常。由此可見，本次清洗達到了預期效果。并對除氧水及凝結水控制指標按照供汽輪機使用的標準進行修訂并加強加藥、排污、化驗等管理主要是做好一下工作。

3.1 搞好給水處理

給水中的溶解氧、鐵離子和過低的pH都會促進鍋爐金屬發生腐蝕。因此給水應盡量除氧；給水pH應大于7；對于回收蒸汽冷凝水作給水的，應注意控制鐵離子含量，適當排放至含鐵量合格后才能作為鍋爐給水。

3.2 保持鍋水水質達到合格

3.3 給水的除氧

給水除氧是防止鍋爐金屬腐蝕，保證鍋爐熱力系統安全運行的重要措施之一。目前，除氧處理常用的方法主要有熱力除氧、真空除氧、化學除氧及其他新開發的除氧方式等，其中最常用的是熱力除氧。