淺析鍋爐水處理的必要性及相關(guān)處理措施

摘要：水是鍋爐產(chǎn)生蒸汽的來(lái)源，水汽循環(huán)對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。如果鍋爐水處理工作做得不好，就可能會(huì)使鍋爐出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕、積鹽和汽水共騰等事故，危害鍋爐的安全運(yùn)行。文章首先從鍋爐水垢、水渣和腐蝕等現(xiàn)象形成的機(jī)理及危害進(jìn)行分析，然后從鍋爐用水處理和水汽監(jiān)督等方面分別提出了相應(yīng)的處理措施建議。

關(guān)鍵詞：鍋爐；水處理；水汽監(jiān)督；水汽循環(huán)；水垢；水渣 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK223 文章編號(hào)：1009-2374（2016）08-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.035

隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，鍋爐已進(jìn)入各個(gè)行業(yè)，為其提供熱能、動(dòng)力，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步。但在鍋爐使用中因水質(zhì)處理不當(dāng)、水質(zhì)管理不當(dāng)或認(rèn)識(shí)不足造成鍋爐的損壞及事故時(shí)有發(fā)生。2011年，宜賓市共有三臺(tái)鍋爐因水處理工作不到位，造成鍋爐損壞，幸經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有發(fā)生安全事故。其中兩臺(tái)2噸的鍋爐均因鍋爐給水處理不到位（一臺(tái)水處理設(shè)備能力達(dá)不到要求未及時(shí)更換，另一臺(tái)則無(wú)水處理人員），給水硬度超標(biāo)，造成鍋爐內(nèi)水垢厚達(dá)10余毫米，而使鍋筒過(guò)燒鼓包。另一臺(tái)新安裝的0.3噸的立式燃?xì)忮仩t，安裝驗(yàn)收后未使用相應(yīng)水處理設(shè)備，不到三個(gè)月因鍋爐積垢嚴(yán)重，爐膽被燒壞而不得不更換。2013年某酒廠車間一臺(tái)4t/h臥式燃?xì)忮仩t及2015年另一家酒廠一臺(tái)1t/h臥式燃?xì)忮仩t均投運(yùn)一年左右出現(xiàn)煙管及爐膽大面積的局部潰瘍性腐蝕，嚴(yán)重部分出現(xiàn)煙管及爐膽腐蝕穿孔。2014年某木模板廠鍋爐因鍋爐結(jié)垢嚴(yán)重，煮爐除垢后未清爐，造成鍋筒底部垢渣堆積，煮爐投用一個(gè)月后鍋爐因過(guò)燒燒壞。從這幾年宜賓市鍋爐出現(xiàn)的事故情況來(lái)看，均與鍋爐水質(zhì)管理工作有關(guān)。因此，要想保障鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須做好水處理工作。

1 鍋爐水處理的必要性

水汽循環(huán)對(duì)鍋爐安全運(yùn)行具有十分重要的意義。水是鍋爐產(chǎn)生蒸汽的來(lái)源。鍋爐的水汽循環(huán)是通過(guò)水汽系統(tǒng)連接回路實(shí)現(xiàn)的，如果鍋爐給水水質(zhì)不好，造成水汽系統(tǒng)回路變窄或堵塞，將會(huì)增加沿程阻力或影響正?；芈罚瑥亩茐腻仩t水循環(huán)。如果鍋爐給水中含有雜質(zhì)，就會(huì)使鍋爐出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕、積鹽和汽水共騰等事故而危害鍋爐安全運(yùn)行，從而降低鍋爐的傳熱效果和設(shè)備強(qiáng)度，造成鍋爐熱效率低下，浪費(fèi)燃料，縮短鍋爐使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)疱仩t爆炸事故。另外，鍋爐金屬的受熱是在高溫狀態(tài)下工作，如果沒(méi)有連續(xù)不斷的水汽混合物冷卻，則管壁溫度會(huì)快速升高，當(dāng)溫度超過(guò)了管壁金屬的耐熱極限時(shí)，管壁就有可能發(fā)生鼓包和蠕變，嚴(yán)重的甚至造成爆管。

1.1 水垢和水渣的形成及危害

鍋爐給水中溶解的鈣、鎂等重碳酸鹽類在高溫分解下轉(zhuǎn)化成碳酸鹽垢以及其他可溶解的鈣、鎂鹽，隨鍋爐水溫的升高，溶解度降低析出，和其他腐蝕固體產(chǎn)物一起黏附在鍋爐高溫受熱面上，就形成了水垢。如果這些鍋爐中析出的固體物質(zhì)不黏附在鍋爐各部件內(nèi)壁上，而是以一種松軟物質(zhì)形式懸浮在鍋水中或沉積在鍋爐水流緩慢部位處，就形成水渣。水渣黏附在受熱面上，經(jīng)高溫烘焙后可轉(zhuǎn)化為水垢。當(dāng)鍋爐內(nèi)結(jié)有水垢和水渣時(shí)將會(huì)造成水汽循環(huán)破壞，鍋爐出力（工作壓力和蒸發(fā)量）下降，使受熱面過(guò)燒損壞，嚴(yán)重影響蒸汽品質(zhì)。這是因?yàn)槭軣峁艿澜Y(jié)垢后，管道流通截面變小，流動(dòng)阻力增加，嚴(yán)重的還會(huì)堵死汽水管道，這就會(huì)影響鍋爐內(nèi)水汽循環(huán)的正常流動(dòng)，造成水汽循環(huán)破壞。人們稱水垢為鍋爐的“百害之源”，關(guān)鍵是水垢的導(dǎo)熱性極差。鍋爐鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)約為40～50千卡/米·小時(shí)·℃，而水垢的導(dǎo)熱系數(shù)要比鍋爐鋼板小數(shù)十倍到數(shù)百倍。這樣就會(huì)造成鍋爐出力下降。如果鍋爐結(jié)有水垢，又要保持一定的出力，這樣只有增加火側(cè)的溫度才行，水垢越厚，導(dǎo)熱系數(shù)越差，鍋爐火側(cè)的溫度就越高。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于工作壓力為1.4MPa的鍋爐，火側(cè)溫度在900℃～1200℃之間，水側(cè)的溫度為197℃，沒(méi)有結(jié)水垢時(shí)的鋼板溫度只有215℃～250℃。而同樣的鍋爐，當(dāng)鍋板結(jié)有0.8～1.0毫米水垢后，鍋板溫度比無(wú)垢時(shí)提高了134℃～160℃。20#鍋板達(dá)到315℃時(shí)，金屬的各種塑性指標(biāo)開(kāi)始下降，當(dāng)達(dá)到450℃時(shí)，金屬就會(huì)因過(guò)熱而蠕動(dòng)變形。因此如果水處理做得不好，鍋爐產(chǎn)生水垢，會(huì)造成鍋爐鋼板溫度過(guò)高，超過(guò)規(guī)定值時(shí)，鋼板將會(huì)被燒壞。而當(dāng)鍋水中的水渣過(guò)多時(shí)，將會(huì)使汽包水汽分界面堆積大量泡沫，使鍋爐內(nèi)產(chǎn)生汽水共騰現(xiàn)象，使飽和蒸汽大量帶水，從而污染蒸汽質(zhì)量，影響蒸汽品質(zhì)。

1.2 腐蝕的形成及危害

眾所周知，裸露的鋼鐵在與水接觸的情況下極易生銹腐蝕。同理，鍋爐的金屬經(jīng)常與水接觸，并且溫度更高，就會(huì)更容易發(fā)生腐蝕。金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過(guò)程。金屬腐蝕一般可分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。金屬直接與介質(zhì)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)而引起的腐蝕損壞，稱為化學(xué)腐蝕。金屬的氧化和氧化劑的還原是同時(shí)發(fā)生的，電子從金屬原子直接轉(zhuǎn)移到接受體。在化學(xué)腐蝕過(guò)程中不產(chǎn)生電流，而單純起化學(xué)作用。金屬與電解液相接觸時(shí)，有電流出現(xiàn)的腐蝕損壞過(guò)程，稱為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是最常見(jiàn)的腐蝕，它是以各種金屬具有不同的電極電位為依據(jù)的。鍋爐運(yùn)行情況復(fù)雜，在鍋爐內(nèi)基本上都同時(shí)存在化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕情況。鍋爐內(nèi)常見(jiàn)腐蝕機(jī)理為：

陽(yáng)極：Fe→Fe2++2e

陰極：O2+2H2O+4e→4OH-（中性環(huán)境）

2H++2e→H2（酸性環(huán)境）

鍋爐的金屬表面在中性環(huán)境中發(fā)生電化學(xué)腐蝕，F(xiàn)e2+和OH-將生成Fe（OH）2，在氧氣的作用下繼續(xù)被氧化成沒(méi)有保護(hù)性能的Fe（OH）3，從而加速鐵的腐蝕；酸性環(huán)境中產(chǎn)生的氫有可能擴(kuò)散到金屬內(nèi)，致使碳鋼脫碳，破壞金相組織，導(dǎo)致鋼鐵的氫脆現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕通常發(fā)生在沉積物下，由于氧濃差電池的形成，使得腐蝕速度加快。一旦生成凹坑，由于處于酸性環(huán)境，使得腐蝕加劇，凹坑會(huì)越來(lái)越深。通常情況下，鍋爐的爐水pH值大于7，爐水處于堿性條件下，酸性環(huán)境較小。但也有特殊情況的發(fā)生，如前文中所提到的某酒廠車間與另一家酒廠出現(xiàn)的鍋爐腐蝕就是在酸性環(huán)境下造成的。因?yàn)檫@兩家酒廠產(chǎn)酒發(fā)酵，生產(chǎn)環(huán)境中滋生很多微生物，鍋爐供水中的微生物含量較高，微生物在爐水中熱分解為有機(jī)酸（主要是乙酸，其次是甲酸），使得爐水中H+含量大增，從而使pH值下降，形成酸性環(huán)境，所以使得鍋爐金屬受熱面發(fā)生電化學(xué)腐蝕及酸性化學(xué)腐蝕，鍋爐很快被腐蝕穿孔。

在一般運(yùn)行條件下，爐水的pH值在10～12之間，不會(huì)發(fā)生腐蝕。但當(dāng)鍋水的pH值大于13時(shí)，或沉積鹽分與水反應(yīng)生成堿（如NaOH），則在沉積物下生成高濃度的OH-，F(xiàn)e（OH）3會(huì)轉(zhuǎn)化成FeO22-，造成苛性脆化，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)疱仩t爆炸。一旦鍋爐結(jié)垢，其垢下發(fā)生的腐蝕會(huì)更快。這是因?yàn)楫?dāng)金屬表面有水垢時(shí)，由于它們的導(dǎo)熱性差，水垢下面的管壁溫度就會(huì)升高，滲到水垢下面的爐水就會(huì)急劇濃縮，而且不能和爐管中的爐水混合，結(jié)果水垢下的爐水中各種雜質(zhì)的濃度變得很高，就可能使酸性或堿性變得更極端，從而加快腐蝕。因此嚴(yán)重的腐蝕會(huì)使金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞、穿孔、強(qiáng)度顯著降低而爆管，縮短鍋爐的使用壽命，增加維修成本。

2 鍋爐水處理具體工作內(nèi)容

根據(jù)上文所述，為了防止和減緩鍋爐結(jié)垢、腐蝕，保證蒸汽質(zhì)量良好，必須采取有效措施對(duì)鍋爐水處理及水汽進(jìn)行監(jiān)督管理，使工業(yè)鍋爐運(yùn)行時(shí)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》（GB/T1576-2008）要求。其具體工作主要為鍋爐用水處理和水汽監(jiān)督。

2.1 鍋爐用水處理

鍋爐用水處理即是對(duì)進(jìn)入鍋爐之前的水，即鍋爐給水中的懸浮物、膠體物、有機(jī)物、各種溶解的鹽類和氣體進(jìn)行處理，并對(duì)鍋內(nèi)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，使鍋爐給水和鍋水的品質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程。鍋爐用水處理分為鍋外水處理和鍋內(nèi)加藥處理。

鍋內(nèi)加藥處理法是通過(guò)向鍋爐給水加一定數(shù)量的軟水劑也稱除垢劑或阻垢劑，使鍋爐給水中的結(jié)垢物質(zhì)轉(zhuǎn)變成水渣，然后通過(guò)排污將其從鍋內(nèi)排出，從而達(dá)到減緩水垢結(jié)成的目的。這種水處理的好處是投資小、成本低。但是使用該方法必須要注意以下四點(diǎn)：（1）必須對(duì)癥下藥：即一定要做到什么樣的水質(zhì)，選擇什么樣的藥劑；（2）必須量水投藥：按上水的數(shù)量和質(zhì)量，投加一定數(shù)量的藥劑，切不可多投或少投；（3）必須科學(xué)排污：一定要按照化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的排污；（4）必須嚴(yán)格監(jiān)督：一定要嚴(yán)格地監(jiān)督鍋水的品質(zhì)，以指導(dǎo)加藥和排污作業(yè)。鍋爐進(jìn)水加藥處理時(shí)限制給水總硬度小于或等于4.0毫摩爾/升，額定蒸發(fā)量小于或等于4t/h，并且額定蒸汽壓力小于或等于1.3MPa。這要求鍋爐需定期清洗，保證熱強(qiáng)度最大的受熱面上每年可結(jié)水垢厚度不超過(guò)0.5毫米。

鍋外水處理是采用水處理設(shè)備對(duì)鍋爐給水進(jìn)行處理，保證鍋爐補(bǔ)給水符合標(biāo)準(zhǔn)要求。由于水源、水質(zhì)和爐型的不同，鍋爐水處理需要根據(jù)鍋水的不同因地制宜地選擇適當(dāng)?shù)乃幚碓O(shè)備和系統(tǒng)。采用軟化水裝置供水（一般采用離子交換法），限定的給水硬度可達(dá)0.03毫摩爾/升，在鍋爐定期清洗的情況下，能保證熱強(qiáng)度最大受熱面上每年積垢不超過(guò)0.1毫米。但是使用該方法時(shí)，部分設(shè)備對(duì)設(shè)備操作人員的要求比較高。如果操作不當(dāng)或用水波動(dòng)大時(shí)極不容易達(dá)到相關(guān)指標(biāo)。對(duì)大參數(shù)容量的鍋爐來(lái)講，對(duì)水質(zhì)的要求更嚴(yán)，投入和運(yùn)行成本可能更大。

2.2 水汽監(jiān)督

水汽監(jiān)督對(duì)任何類型的鍋爐都是十分重要的，其工作內(nèi)容主要為對(duì)鍋爐的給水、鍋水以及蒸汽進(jìn)行化學(xué)分析，檢查水汽質(zhì)量是否符合要求。水汽監(jiān)督能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐水處理工作是否到位、水處理設(shè)備運(yùn)行是否正常、加藥處理是否得當(dāng)、鍋爐排污是否合適，對(duì)鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著哨兵監(jiān)視作用。因此對(duì)水汽化驗(yàn)監(jiān)督人員要求較高，要求其必須準(zhǔn)確及時(shí)地化驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工作中，鍋爐水處理工作往往不被重視。因?yàn)樗|(zhì)不良出現(xiàn)的問(wèn)題，并不像鍋爐部件出現(xiàn)問(wèn)題那樣明顯，不會(huì)立刻就暴露出來(lái)，而是需要一段時(shí)間的積累才會(huì)爆發(fā)，一旦爆發(fā)可能就無(wú)法挽救。為了防患于未然，必須提高對(duì)水處理工作的認(rèn)識(shí)，從技術(shù)管理與經(jīng)濟(jì)管理上加強(qiáng)鍋爐水處理工作力度，保障鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張栓成，張兆杰.鍋爐水處理技術(shù)（第2版）[M].鄭州：黃河水利出版社，2010.

[2]工業(yè)鍋爐水質(zhì)（GB/T1576-2008）[S].

作者簡(jiǎn)介：王旭東（1976-），男，四川宜賓人，宜賓市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所工程師，研究方向：熱能工程。

（責(zé)任編輯：王 波）