加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)水質(zhì)硬度超標(biāo)原因及解決措施

張衛(wèi)強(qiáng)

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

步進(jìn)式加熱爐采用水梁立柱結(jié)構(gòu)，板坯由裝料端經(jīng)過(guò)步進(jìn)梁的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)一步一步移動(dòng)至出料端，步進(jìn)過(guò)程中同時(shí)完成加熱工藝。為保護(hù)水梁不被爐內(nèi)高溫燃燒損壞，采用汽化冷卻系統(tǒng)對(duì)水梁立柱進(jìn)行冷卻，并且水梁外部包覆耐火隔熱料。汽化系統(tǒng)水質(zhì)硬度為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)，水質(zhì)硬度超標(biāo)會(huì)造成系統(tǒng)發(fā)生腐蝕、結(jié)垢和堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重會(huì)發(fā)生爆炸泄漏被迫停爐的事故，制約汽化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 汽化冷卻系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 汽化冷卻系統(tǒng)主要工藝流程

汽化冷卻系統(tǒng)主要工藝流程如下：

圖1 系統(tǒng)工藝圖

汽化冷卻系統(tǒng)主要包含了4 套子系統(tǒng)，分別是強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)、補(bǔ)給水系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)及排污系統(tǒng)。

（1）強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)主要由電動(dòng)循環(huán)泵、水梁立柱及汽包組成，由循環(huán)泵強(qiáng)制系統(tǒng)中的汽水循環(huán)。汽包主要作用是進(jìn)行汽水分離和爐內(nèi)化學(xué)處理，汽包內(nèi)裝有汽水分離和加藥、排污設(shè)備等裝置，可有效地將上升管引入的汽水混合物分離為蒸汽和水，以及有效地進(jìn)行蒸汽清洗、連續(xù)排污、加藥等過(guò)程，以保證輸出合格的蒸汽品質(zhì)。

（2）補(bǔ)給水系統(tǒng)由除氧器、除氧器換熱器及給水泵組成。除氧的主要作用是分離出系統(tǒng)循環(huán)水中的氧氣，防止系統(tǒng)管路氧化銹蝕。除氧器工作原理是通過(guò)加熱分離水中溶解的氧氣，因?yàn)樗腥芙鈿怏w量的多少與氣體的種類(lèi)，水的溫度及各種氣體在水面上的分壓力有關(guān)。故把壓力穩(wěn)定的蒸汽通入除氧器加熱給水，在加熱過(guò)程中，水面上水蒸氣的分壓力逐漸增加，而其它氣體的分壓力逐漸降低，水中的氣體就不斷地分離析出。當(dāng)水被加熱到除氧壓力下的飽和溫度時(shí)，水面上的空間全部被水蒸汽充滿(mǎn)，各種氣體的分壓力趨于零，此時(shí)水中的氧氣及其它氣體即被除去。

（3）加藥系統(tǒng)有加藥泵、儲(chǔ)藥桶及管路組成。鍋爐給水盡管經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理，但不可能將雜質(zhì)徹底除凈，給水還會(huì)帶入鍋內(nèi)一部分雜質(zhì)。隨著鍋水的不斷蒸發(fā)濃縮，鍋水含鹽濃度逐漸提高，有可能引起內(nèi)部結(jié)垢。為防止結(jié)垢，運(yùn)行中要往鍋水中連續(xù)加入藥品，藥品與鍋水中的鈣、鎂鹽類(lèi)發(fā)生化學(xué)、物理作用，生成非粘結(jié)性的松散水渣，沉積到下部，通過(guò)定期排污排放到鍋爐外。加入鍋水中的藥品通常是Na3PO4。經(jīng)過(guò)稀釋后由加藥泵打入鍋爐汽包的鍋水中。鍋水中加入磷酸三鈉，除使鍋水中鈣、鎂鹽類(lèi)生成非粘結(jié)性的松散水渣外，還可起到校正鍋水堿性的作用，使鍋水的pH 值在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)。

（4）排污系統(tǒng)主要連接在汽包、分配聯(lián)箱底部。通過(guò)快速排污閥和排污罐連接，打開(kāi)閥門(mén)后能夠?qū)毫θ萜鞯撞砍恋砦锱懦鱿到y(tǒng)。

1.2 汽化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

①耗水量低：對(duì)于同一冷卻系統(tǒng)，用汽化冷卻所需的水量?jī)H為溫升為10℃時(shí)水冷卻水量的2%，且少用90%的補(bǔ)充水量；②產(chǎn)生蒸汽循環(huán)利用：利用水梁和立柱吸收的熱量通過(guò)汽包產(chǎn)生蒸汽并入公司蒸汽主管網(wǎng)；③減少對(duì)設(shè)備的腐蝕：用軟化水為冷卻介質(zhì)，避免了冷卻系統(tǒng)發(fā)生腐蝕、結(jié)垢和堵塞現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)了水梁立柱及其連接管道的使用壽命，減少了設(shè)備的事故，提高了軋機(jī)作業(yè)率；④環(huán)保：與工業(yè)水循環(huán)加熱爐相比，汽化冷卻系統(tǒng)取消了冷卻塔，減少了環(huán)境污染和設(shè)備占地；⑤優(yōu)化加熱工藝：可減輕鋼坯“黑印”，改善了鋼坯加熱溫度的均勻性。

2 汽化系統(tǒng)水質(zhì)硬度超標(biāo)的主要原因及危害

2.1 引起汽化系統(tǒng)硬度超標(biāo)的主要原因

系統(tǒng)水質(zhì)超標(biāo)的原因主要有兩點(diǎn)，一是加藥系統(tǒng)及排污系統(tǒng)未穩(wěn)定運(yùn)行，可以通過(guò)操作制度進(jìn)行約束管理；二是外部冷卻水進(jìn)入汽化冷卻系統(tǒng)造成，經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的分析發(fā)現(xiàn)外部冷卻水進(jìn)入系統(tǒng)有三個(gè)途徑。①電動(dòng)給水泵冷卻水。電動(dòng)給水泵為多級(jí)泵，多采用盤(pán)根進(jìn)行泵軸位密封，冷卻水與泵體中的除鹽水混合后經(jīng)過(guò)泵體輸送至汽包，造成鍋水取樣水質(zhì)超標(biāo)。②除氧器換熱器冷卻水。除氧器主要作用是用汽包中分離出的蒸汽將除鹽水加熱到104℃，從而分離出其中的氧氣及其它氣體，除氧后的除鹽水需要通過(guò)換熱器降溫至70℃后，再由電動(dòng)給水泵泵送至汽化系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)補(bǔ)水。初始設(shè)計(jì)換熱器冷卻用凈環(huán)水進(jìn)行冷卻，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)當(dāng)換熱器內(nèi)部出現(xiàn)熱交換管路泄漏時(shí)，凈環(huán)水會(huì)進(jìn)入除氧后的除鹽水從而造成汽包水質(zhì)超標(biāo)，水質(zhì)超標(biāo)會(huì)造成爐體關(guān)鍵部件水梁立柱結(jié)垢及腐蝕的發(fā)生，同時(shí)會(huì)使加藥的藥品增加造成浪費(fèi)。③取樣冷卻器冷卻水。當(dāng)取樣冷卻器內(nèi)部熱交換管泄漏時(shí)同樣會(huì)發(fā)生凈環(huán)水冷卻水與軟水混合進(jìn)入取樣水，雖然此種問(wèn)題實(shí)際不會(huì)造成系統(tǒng)水質(zhì)超標(biāo)，只是取樣水水質(zhì)超標(biāo)，但會(huì)給問(wèn)題排查造成困擾。

2.2 汽化系統(tǒng)水質(zhì)超標(biāo)的危害

汽化系統(tǒng)水質(zhì)超標(biāo)的危害。水質(zhì)超標(biāo)會(huì)造成加熱爐關(guān)鍵部件水梁立柱結(jié)構(gòu)及腐蝕的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐啥氯麖亩率顾毫⒅苄孤┑闹卮笤O(shè)備故障。

圖2 水梁立柱結(jié)構(gòu)圖

水梁立柱結(jié)構(gòu)如上圖，立柱布置為芯管斜口方向迎向系統(tǒng)水循環(huán)方向，部分水流會(huì)由芯管中心自上而下進(jìn)入立柱底部，爐內(nèi)高溫加熱立柱后傳導(dǎo)至水流，加熱后的水流會(huì)自立柱芯管外部自下而上返回水梁，從而帶走立柱熱量，完成一個(gè)立柱冷卻內(nèi)部循環(huán)，然后再進(jìn)入下一個(gè)立柱。系統(tǒng)水質(zhì)超標(biāo)會(huì)有水垢形成，水垢逐漸增加首先會(huì)在立柱下部形成堵塞，堵塞會(huì)阻止立柱內(nèi)部循環(huán)，造成立柱冷卻無(wú)法進(jìn)行，加之爐內(nèi)高溫持續(xù)加熱作用，最終立柱會(huì)爆管泄漏。

3 汽化系統(tǒng)水質(zhì)硬度超標(biāo)的解決措施

3.1 排污系統(tǒng)保持正常操作

要求汽包連續(xù)排污閥門(mén)常開(kāi)，開(kāi)度在10%～15%，汽包定期排污根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果確定，一般每班排污一次，每次排污30S，通過(guò)手動(dòng)排污閥排放，閥門(mén)開(kāi)度為15%～20%。水質(zhì)好時(shí)也可以不進(jìn)行排污或者幾班排一次。

3.2 加藥系統(tǒng)保持正常運(yùn)行

按時(shí)補(bǔ)充藥劑，每天點(diǎn)檢加藥系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括加藥泵及管路等，保證設(shè)備運(yùn)行良好。

3.3 立柱定期排污檢查

定期檢查立柱內(nèi)部結(jié)垢狀態(tài)，可以利用爐役停爐期間對(duì)立柱底部堵板拆解，排污后檢查立柱內(nèi)部結(jié)垢狀態(tài)，根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)整加藥操作。

3.4 對(duì)于外部冷卻水進(jìn)入系統(tǒng)造成水質(zhì)超標(biāo)問(wèn)題及解決

主要思路是屏蔽凈環(huán)水，改為利用除鹽水進(jìn)行冷卻。

（1）除氧器換熱器處理措施：將換熱器原冷卻用的凈環(huán)水閥門(mén)關(guān)閉，在除鹽水進(jìn)入除氧器之前先進(jìn)入換熱器冷卻換熱器，之后進(jìn)入除氧器。為此，將除鹽給水管路直接并入冷卻水回水管路，將冷卻水進(jìn)水管路連接至除鹽水調(diào)節(jié)閥閥前。除鹽水先進(jìn)入換熱器冷卻換熱器后再補(bǔ)給除氧器，這樣屏蔽了凈環(huán)水進(jìn)入系統(tǒng)造成水質(zhì)超標(biāo)的問(wèn)題。

圖3 原系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖4 改造后系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

（2）電動(dòng)給水泵盤(pán)根冷卻水同樣替換為除鹽水冷卻，進(jìn)水管路接入泵體盤(pán)根冷卻接口部位，冷卻后隨泵體出水進(jìn)入汽化系統(tǒng)，不再保留冷卻水回水管路。

（3）對(duì)于熱交換管路泄漏建議內(nèi)部熱交換管更換為不銹鋼鋼管路，避免熱交換管路泄漏后和外部冷卻水發(fā)生交換的可能。