三門峽地區鍋爐水質調查分析

張彥奎 朱萬欽 彭建良 劉 晶 崔建欣

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院三門峽分院 三門峽 472000)

我國是世界上生產和使用工業鍋爐最多的國家，隨著工業和科技的飛速發展，燃煤鍋爐由于具有運行成本低這一顯著優勢，使用數量越來越多，但是在燃燒時排放的二氧化硫、氮氧化物以及顆粒物會對環境造成嚴重污染，因此我國實施“藍天工程”計劃，逐步投入了天然氣鍋爐來替代燃煤鍋爐。三門峽地區自2016年11月頒布了“禁燃令”，全面開展大氣污染防治攻堅戰，逐步停用了中小型燃煤鍋爐，截止到2021年12月三門峽地區工業鍋爐數量已由原來的479家減少至128家，其中351家小型燃煤鍋爐均為采暖鍋爐已被查封，23家小型燃煤鍋爐完成改造。目前，三門峽地區已經大規模地使用燃油燃氣鍋爐，但在運行過程中，如果鍋爐水處理后的水質不達標，易造成鍋爐結垢、腐蝕、爐管變形，縮短鍋爐的使用壽命，甚至造成鍋爐爆炸。因此，筆者針對三門峽地區企業的鍋爐水處理狀況進行深入調研。

1 水樣采集與檢測

為確保調研數據的普遍性和多樣性，抽查了三門峽市區、陜縣地區、靈寶地區、盧氏地區、澠池地區、義馬地區6個區域的共20家企業，對其鍋爐原水、鍋爐給水、鍋爐爐水的水樣進行采集，其中采集盧氏與澠池地區各2家企業、靈寶地區3家企業、三門峽市區與義馬地區各4家企業、陜縣地區5家企業的鍋爐水樣。

依據GB／T 1576—2018《工業鍋爐水質》的規定，主要對采集的水樣的以下指標進行了檢測：

1）硬度。給水硬度是防止鍋爐結垢的一項重要指標，通常指水中鈣、鎂離子的總濃度，能夠反映水中結垢物質的多少，對鍋爐來說，給水硬度越小越有利于防止結垢；

2）堿度。鍋水堿度對鍋爐設備的結垢、腐蝕和蒸汽品質有重大影響。堿度過高易引起鍋爐設備的堿性腐蝕和苛性脆化，并且易使鍋水起泡發生汽水共騰惡化蒸汽品質；堿度太低易造成鍋爐酸性腐蝕；

3）pH值。pH值是鍋爐用水中的一項重要指標，若pH值過低，會對金屬產生酸性腐蝕；若pH值過高，堿性水中有過量的NaOH存在，不僅會惡化蒸汽品質，同時易引起鍋爐設備苛性脆化。

2 結果與分析

2.1 三門峽各區域水源水分析

采集三門峽各區域共20家企業的鍋爐原水進行水質檢測，分析結果見表1。

表1 三門峽各地區鍋爐原水分析結果

結果顯示，由于三門峽地處北方地區，常年降雨量少，蒸發量大，水資源并不充足，土地較為干旱，水中雜質較多，三門峽地區將黃河水作為水源，經自來水廠處理后，原水硬度在7.0～10.0 mmol／L，為較硬水，pH值呈中性，堿度適中。煤礦以及化工企業由于工業生產，水質污染嚴重，因此原水硬度較高。目前三門峽地區95%以上的企業使用鈉離子交換器作為鍋爐的水處理設備，對于原水硬度較高的水源水來說是比較合適的。

2.2 鍋爐給水情況

根據GB／T 1576—2018的要求，給水硬度應≤0.03 mmol／L，采用鈉離子交換器制得的軟化水的pH值范圍為7.0～10.5，檢測結果見表2。

表2 三門峽各地區鍋爐給水分析結果

由表2可見，給水硬度合格率為75%，陜縣地區的石壕煤礦,澠池地區的耿村煤礦、曹躍煤礦這3家煤礦企業鍋爐給水硬度嚴重超標，這3家煤礦企業均使用礦井水作為水源水，且已進行水質預處理去除雜質，司爐工在使用離子交換器時操作不當，且水質化驗條件較為簡陋，基礎設施配備不到位，化驗人員對配制的標準溶液未進行標定，化驗結果不準確，導致水質長期硬度超標且未得到有效解決。陜縣地區的金星大酒店、靈寶地區的華鑫銅箔的司爐工在某次再生過程中關閉給水閥，造成短時間大量超標水注入軟水箱，需要合格軟水長時間稀釋超標水才可使軟水箱中水質重新達標，因此抽取的這2家企業水樣也未達到國家標準。在pH值方面，20家企業的鍋爐給水pH值均在7.0～10.5的合格范圍之內，合格率為100%。經過鍋爐內部檢驗發現，3家硬度長期不合格的煤礦鍋爐內部均出現較為嚴重的結垢現象，石壕煤礦爐內水垢厚度達到3.2 mm，耿村煤礦和曹躍煤礦水垢厚度分別為10.8 mm和10.3 mm，耿村煤礦和曹躍煤礦的水冷壁管出現鼓包變形。由此可以看出部分企業在鍋爐給水硬度處理方面并未做到位，鍋爐水處理重視程度較低。

2.3 鍋爐爐水分析

根據GB／T 1576—2018的要求，當額定蒸汽壓力為1.0 MPa＜P≤1.6 MPa，且無過熱器條件下，鍋爐爐水的堿度值應控制在4.0～24.0 mmol／L之間，pH值應在10.0～12.0之間。三門峽地區鍋爐爐水分析結果見表3。

表3 三門峽各地區鍋爐爐水分析結果

在鍋爐爐水的堿度方面，堿度值高于24 mmol／L的有8家企業，占全部的40%，且主要集中在三門峽市區、盧氏地區以及義馬地區，堿度合格率僅為60%。在爐水的pH值方面，合格率為75%，高于12.0的有5家企業，集中分布在三門峽市區和陜縣地區，其他地區的pH值均在合格范圍之內。因此，從整體鍋爐爐水的數據上來看，三門峽地區鍋爐爐水主要問題在于鍋水的堿度值以及pH值偏高。實地走訪發現堿度不合格的8家企業存在共同點：在鍋爐排污方面沒有制定相關指導手冊，排污不及時或很少進行排污，排污量太小或排污率過高，不進行鍋爐加藥。因此相關的企業應重視鍋爐水處理科學加藥，合理控制排污率，確保爐水堿度值以及pH值能夠控制在合理范圍內。

3 三門峽地區鍋爐水處理存在的問題

3.1 水處理操作人員素質未達到實際需求

通過上文對三門峽地區的鍋爐原水、給水、爐水的水質調查和分析，發現該地區部分企業水處理操作人員整體素質不高，使得企業在進行鍋爐水處理時很難達到國家標準。經過對企業進行實地考察，發現很多中小型企業鍋爐用戶為了節約成本、提高效益，鍋爐水處理人員大多由司爐工兼任，司爐工對鍋爐水處理專業知識、水處理設備性能、樹脂的工作交換容量都知之甚少；化驗人員技術水平也相對不高，比如堿度不合格的8家企業均存在沒有對配制的標準溶液進行標定的現象，導致水質化驗檢測的結果與實際存在較大誤差；現場取樣中發現企業還存在化驗人員數據造假的現象。正是由于責任意識不強以及知識水平欠缺，使得耿村煤礦、千秋煤礦礦區鍋爐爐水堿度長期處于不合格狀態，對企業鍋爐的正常運行無疑提供了錯誤的數據支撐，同時經過鍋爐內部檢驗發現，這2家鍋爐受熱面存在不同程度的堿性腐蝕。除此之外，水質檢測對人員和化驗室環境要求較高，不僅需要配備專業的化學試劑以及檢測儀器，同時化驗人員需要經過培訓并取得相應證書，在受到經濟成本以及管理人員不重視的雙層限制下，企業的鍋爐水處理工作仍然有較大的改進空間，并且也有較長的發展之路要走[1]。

3.2 水質管理制度不完善

經過對三門峽地區的鍋爐給水和爐水調查發現，80%的企業并沒有制定完善的水質管理制度，即使制定了制度，往往也是對鍋爐的操作規范，在鍋爐使用過程中的安全細則等方面，并沒有針對水處理工作制定嚴格可行的制度以及指導手冊。根據《鍋爐安全技術規程》《鍋爐水（介）質處理檢驗規則》的相關規定，企業在鍋爐的水處理方面應制定管理制度，并且在水處理的操作過程中整個流程要合理，且能夠有效地實施[2]。

3.3 小型企業缺乏專業的技術指導

除了鍋爐水處理的設施建設不足、人員素質不高以及制度不完善外，企業還缺乏相應的技術指導，比如陜縣地區的石壕煤礦，澠池地區的耿村煤礦、曹躍煤礦這3家煤礦企業鍋爐給水硬度嚴重超標，正是由于企業水處理人員操作不當，自身對于水處理設備使用方法及原理也未做深入了解，配備了鈉離子交換器后，出水硬度仍然不合格，可能是由于樹脂層高度不夠、樹脂“中毒”、再生周期設定過大、正洗時間偏短等原因，企業人員對這些無從知曉。出現問題時尋求水處理設備生產廠家售后人員前來指導，廠家售后由于路途遙遠不能及時趕赴現場解決問題，有些鍋爐用戶針對問題采取了錯誤的解決方案，不僅沒能使水質達標，反而造成設備進一步損耗。還有個別企業用戶在出現問題時甚至嫌麻煩不去查找原因，而是只要不影響鍋爐運行便不采取解決方案。

4 針對三門峽地區鍋爐水質問題的措施和建議

4.1 提升水處理工作人員素質

為提升三門峽地區的鍋爐水質，首先就要進一步規范水處理工作，企業內部應定期組織鍋爐水處理人員進行理論知識以及實踐操作技能的培訓與考核，強化作業人員對于各種標準規范的理解與執行，同時采取持證上崗的管理方式從源頭提升鍋爐水處理能力。同時定期對水處理設備進行檢查和維修，對于鍋爐的一些關鍵部位也要加強巡檢，進而在不斷地維護和保養中逐步提升鍋爐工作人員的水處理能力[3]。企業領導應關注水處理行業的新動態，學習先進的水處理專業知識，做到企業在發現問題時能夠及時解決，確保鍋爐安全穩定節能運行。

4.2 加強水質管理制度建設

企業也要加強本單位鍋爐水質管理制度的建設，提高鍋爐水處理工作效率。因此，企業就需要制定科學的水處理管理體系，比如規定水質化驗頻次，制定鍋爐定期排污和連續排污指導手冊，維持鍋爐的含鹽量、堿度、pH值等各項指標符合水質標準。此外，鍋爐水處理工作中，也要認真地監督好每一個流程，確保該項工作的每個環節都準確無誤，按照要求及時申報檢驗檢測機構做好鍋爐定期檢驗。除此之外，相關監管部門應積極地向企業做好鍋爐水處理的宣傳和引導工作，在鍋爐安裝告知時，監察機構應要求使用單位根據相關規定配備鍋爐水處理設備、水處理操作人員、分析儀器以及場地，并督促使用單位正確對待水處理工作。通過內部自查和外部監督的手段，更好地做細鍋爐的保養檢修工作，進而延長鍋爐的使用壽命。

4.3 控制指標的操作方法

目前三門峽地區的鍋爐主要以自然循環的低壓蒸汽鍋爐為主，大多數企業用蒸汽進行供熱，對蒸汽品質要求不高，工業鍋爐常規化驗項目為硬度、堿度、pH。當鍋爐水質不符合國家規定的標準時，可以采取以下方法調整。

1)由于全自動軟水器占地面積小、出水水質穩定、自動化程度高等優點，三門峽地區在用工業鍋爐用戶95%以上選擇了全自動軟水器（鈉離子交換器）作為主要水處理設備。在實際的水處理操作當中，鍋爐給水硬度超標的原因通常如下：軟水器再生周期設定過大，或流量計故障造成的計量不準，使樹脂本該再生時未能及時再生，致使超標水注入軟水箱；正洗時間偏短，使本應在正洗中被沖掉的廢鹽水被部分帶入軟水箱中；鹽箱中的氯化鈉含量過少，未及時添加，造成樹脂再生效果不好，鹽的高度至少應達到水高度的1／3；水處理人員操作不當，在某一次樹脂再生過程中關閉給水閥；軟水器樹脂填裝高度不規范，填裝過高，樹脂膨脹空間不足，影響反洗，填裝過低，樹脂太少，影響制水量。三門峽地區原水硬度較高，因此樹脂層應相應增高，高度一般應大于800 mm，同時需配置較大的交換柱[4]。

2）維持鍋水pH值和堿度在合理范圍內。如堿度過低可向鍋內加入氫氧化鈉、碳酸鈉等堿性藥劑，使鍋爐爐水pH值達到9.5～11.5，阻止或減緩溶解氧對鍋爐金屬的腐蝕。堿度過高會發生汽水共騰和堿性腐蝕、鍋爐蒸發系統腐蝕，因此可通過加大排污量，根據鍋爐的具體情況加入降堿劑如磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉等，將鍋水堿度降低至10～12。

4.4 給予企業充分的技術指導

三門峽地區中小型企業普遍存在水處理工作盲目性大，缺乏專業的技術指導，這也是造成水處理工作水質不達標的重要原因。因此，檢驗檢測機構可以每年組織1次水處理技術能力提升班，重點培訓分析實操和設備實操，確保學員準確掌握水質分析化驗、水處理設備的正確操作，保證樹脂的再生效果等，盡可能地保證培訓質量；除此之外，還可以向企業提供有償服務，比如配制分析標準溶液、試劑等，這樣可以通過與企業的水質化驗結果作比對來找到企業水質不達標的原因；在企業水處理操作人員遇到困難時，派出專家或者技術能手提供免費的技術指導和服務，為三門峽地區的鍋爐用戶水處理能力提升創造更加便利的條件[5]。

5 結束語

鍋爐作為一種熱能交換設備，在運行過程中，如果鍋爐用水的水質不達標，易造成鍋爐結垢、腐蝕、爐管變形，縮短鍋爐的使用壽命，甚至造成鍋爐爆炸，危及人民生命和財產安全，因此水處理工作至關重要，應當引起足夠的重視。本文通過對三門峽地區水質的調查，發現該地區部分企業鍋爐水處理工作中存在一定的問題，如水處理操作人員素質未達到實際需求，水處理管理制度不完善，缺乏專業的技術指導。針對這些問題提出了改進方法，制定相應的水處理管理制度，強調鍋爐水處理的重要性，培養工作人員的責任心和工作能力。同時，水質指標不符合國家標準時應及時分析并查找原因，合理操作保證水質指標正常，相關檢驗檢測機構可以給予企業更多的技術指導，為企業服務，只有多方齊心協力才能有效提升三門峽地區鍋爐水處理，延長鍋爐的使用壽命，保障企業安全生產，更能帶動社會的技術進步與全面發展[6]。