低壓鍋爐飽和蒸汽鈉離子超標(biāo)原因分析

寧仕文

（中石化廣元天然氣凈化有限公司 廣元 628000）

1 前言

鍋爐作為常見的工業(yè)特種設(shè)備，是工業(yè)上生產(chǎn)蒸汽的常見設(shè)備。由于鍋爐管道長期處于高溫、高壓狀態(tài)，鍋水、蒸汽的品質(zhì)是保障鍋爐管道長期運(yùn)行不受腐蝕的關(guān)鍵。為了保證鍋水品質(zhì)合格，要對已經(jīng)進(jìn)行除氧的鍋水進(jìn)行加藥，以保證鍋水處于較低的離子濃度和鍋爐蒸發(fā)面的低濃度。常見的鍋爐加藥為磷酸鹽，促進(jìn)鍋中離子形成軟沉淀，通過定排排出。通常通過化驗(yàn)鍋水的磷酸根離子和飽和蒸汽的鈉離子、鐵離子濃度來驗(yàn)證鍋水品質(zhì)。

在長期的鍋爐生產(chǎn)實(shí)踐中，工程師們發(fā)現(xiàn)引起鍋爐飽和蒸汽鈉離子超標(biāo)的主要原因包括鍋爐的運(yùn)行工況[1-2]、汽水分離器故障[3-5]、加藥種類及質(zhì)量[2]等，其中運(yùn)行工況和汽水分離器故障[6，7]引起的數(shù)量最多。飽和蒸汽鈉離子長期超標(biāo)會(huì)給鍋爐帶來較為嚴(yán)重的影響，輕則過熱器結(jié)垢，重則過熱器爆管[8-12]，因此一旦發(fā)現(xiàn)必須嚴(yán)肅對待。

近日，某廠的1.2 MPa低壓鍋爐飽和蒸汽的鈉離子超標(biāo)，本文對此進(jìn)行分析，找出鍋水不合格的原因，并給出預(yù)防措施。

2 簡介

2.1 鍋爐簡介

低壓鍋爐為 1.27 MPa、250 ℃型燃?xì)忮仩t，屬于雙鍋筒“D”型爐膛、自然循環(huán)、強(qiáng)制通風(fēng)、微正壓燃燒、快裝式水管鍋爐。汽水系統(tǒng)設(shè)置有上、下汽包和上、下集箱，汽包上水通過上汽包、下汽包、下集箱、上集箱回到汽包，汽包液面下設(shè)置孔板式氣液分離器。生成的飽和蒸汽，通過氣液分離器進(jìn)入飽和蒸汽集箱，通過過熱器形成過熱蒸汽進(jìn)入集氣集箱，產(chǎn)生低壓過熱蒸汽用于重沸器加熱。為提高蒸汽品質(zhì)，排出鍋水內(nèi)的雜質(zhì)和沉淀物，降低鍋水的含鹽濃度，設(shè)置了排污系統(tǒng)，鍋爐排污系統(tǒng)分為定期排污和連續(xù)排污。連續(xù)排污管座設(shè)置在上汽包中下部，略低于50%液面，定期排污管座設(shè)置在鍋爐下汽包和下集箱底部，排污周期為1天1次。其中飽和蒸汽鈉離子濃度的控制指標(biāo)為小于等于15 μg／kg（GB／T 12145—2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》）。

2.2 飽和蒸汽鈉離子超標(biāo)事件簡介

飽和蒸汽介質(zhì)分析是每2天做1次，從2月4日起，車間運(yùn)行班發(fā)現(xiàn)低壓鍋爐B飽和蒸汽的鈉離子和鍋水的磷酸根離子濃度有同步上升的趨勢，并于2月8日發(fā)現(xiàn)飽和蒸汽鈉離子超標(biāo)達(dá)到25.2 μg／kg，且磷酸根保持在10 μg／kg左右，操作班立刻將連排根部閥開大半圈螺紋（下稱半圈）并調(diào)小加藥沖程。2月10日鈉離子、磷酸根離子濃度繼續(xù)上升并繼續(xù)開大連排根部閥半圈，并于11日開大連排一圈并加大定排。但12日鈉離子濃度急劇上升至53.9 μg／kg，之后濃度雖下降但持續(xù)超標(biāo)，直至17日恢復(fù)正常，但19日再次超標(biāo)，之后不再超標(biāo)。本次事件鈉離子、磷酸根離子濃度隨時(shí)間變化情況如圖1所示。

3 鈉離子超標(biāo)影響因素分析

3.1 連排閥門堵塞

從2月4日到8日，在加藥未發(fā)生變化的情況下，鈉離子、磷酸根離子濃度出現(xiàn)不同程度的上升，且鈉離子濃度的增加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磷酸根，而使用同個(gè)加藥罐、不同加藥泵的高壓鍋爐離子濃度并沒有出現(xiàn)任何問題。因此首先判斷可能是中壓鍋爐連排管線去連排擴(kuò)容器的根部閥堵塞[13]。在2月8日，連排根部閥相比正常生產(chǎn)情況開大半圈的情況下磷酸根濃度變化并不明顯，在10日再次開大連排根部閥半圈后才明顯下降，這表明原有連排根部閥可能已經(jīng)堵塞，需要再開大一圈才能與原來的開度相平。

3.2 汽水分離器故障

同樣是由于飽和蒸汽的鈉離子濃度增加速度遠(yuǎn)大于鍋水磷酸根的速度、使用同一加藥罐的高壓爐沒有異常，低壓鍋爐在8日連排開大了半圈后鈉離子濃度無明顯變化并略有上升，且在13日無任何操作的情況下飽和蒸汽鈉離子濃度繼續(xù)上升。連排根部閥開度合適但飽和蒸汽鈉離子濃度卻上升，這表明在該狀態(tài)下，影響鈉離子濃度超標(biāo)的主要因素并不是閥門堵塞，而有可能是鍋爐汽水分離不合格造成的，即鍋爐汽水分離裝置出現(xiàn)故障，汽水分離裝置不能正常將飽和蒸汽中攜帶的鍋水分離出去，導(dǎo)致飽和蒸汽冷凝水中鍋水成分偏高以至于鈉離子超標(biāo)[5]。

3.3 汽包液位

同樣影響汽包汽水分離的，還有汽包液位。而影響汽包液位的有多種情況：1）鍋爐的工作液位設(shè)置較高或較低，較高和較低的液位都會(huì)影響汽液分離，較高的液位會(huì)導(dǎo)致液面的液滴飛入飽和蒸汽引出管，且液面離汽水分離器較遠(yuǎn)也會(huì)導(dǎo)致孔板式汽水分離器工作效果較差；較低的液位則會(huì)導(dǎo)致汽水分離器離液面過近或低于汽水分離器，導(dǎo)致分離失效。2）當(dāng)司爐操作不當(dāng)引起鍋爐負(fù)荷波動(dòng)較大或是鍋水雜質(zhì)過多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致液面波動(dòng)較大，甚至導(dǎo)致汽水共騰[2]，導(dǎo)致液面虛高，液滴飛入飽和蒸汽引出管導(dǎo)致飽和蒸汽鈉離子超標(biāo)。

3.4 除鹽水品質(zhì)

除鹽水的品質(zhì)是影響鍋爐鍋水品質(zhì)的主要因素之一[14，15]。當(dāng)除鹽水的含鹽量過高時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響鍋水的品質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐加藥失效，鍋水蒸發(fā)面含鹽量過高，導(dǎo)致汽水分離后飽和蒸汽攜帶的鍋水含鹽量過高或引起鍋水表面汽水共騰，導(dǎo)致飽和蒸汽的鈉離子超標(biāo)。

3.5 鍋爐加藥

鍋爐加藥情況也是影響鍋爐水質(zhì)的主要因素之一[16，17]。鍋爐使用加藥為磷酸三鈉，中低壓鍋爐使用同一加藥罐，由中壓和低壓加藥泵分別打入中壓和低壓鍋爐，每次在加藥罐液位下降到固定值后加入同等質(zhì)量的磷酸三鈉，而后加水至滿罐攪拌均勻。因此每次加藥的準(zhǔn)確加藥量以及泵的沖程就是影響鍋爐實(shí)際加藥量的主要因素。當(dāng)加藥泵的沖程過大或?qū)嶋H加藥量大于規(guī)定加藥量，則會(huì)導(dǎo)致鍋水的實(shí)際加藥大于鍋爐的運(yùn)轉(zhuǎn)所需，導(dǎo)致鍋水中鈉鹽過剩，引起飽和蒸汽鈉離子超標(biāo)。

4 原因排查

在發(fā)現(xiàn)低壓鍋爐鈉離子超標(biāo)恢復(fù)持續(xù)一段時(shí)間后，啟動(dòng)備用鍋爐后將該鍋爐停爐檢查。在對影響鍋水鈉離子濃度的因素進(jìn)行充分分析后，對各個(gè)影響因素進(jìn)行排查：

1）連排閥門：將該鍋爐進(jìn)連排擴(kuò)容器的連排管線3次閥拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)閥門堵塞。

2）汽水分離器：打開鍋爐汽包，檢查汽水分離器，發(fā)現(xiàn)汽水分離器無異常。汽水分離器情況見圖2。

圖2 汽水分離器照片

3）汽包液位和除鹽水品質(zhì)：通過檢查分散控制系統(tǒng)（DCS）的汽包液位歷史數(shù)據(jù)和除鹽水的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）化驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)鍋爐的負(fù)荷無劇烈波動(dòng)，因此排除了液位劇烈變化的因素以及汽水共騰的可能。鍋爐液位變化歷史趨勢如圖3所示。

圖3 鍋爐液位變化歷史值

除鹽水的硬度化驗(yàn)值見表1。除鹽水的LIMS化驗(yàn)結(jié)果顯示硬度指標(biāo)一直在控制范圍內(nèi)，沒有超標(biāo)的情況出現(xiàn)。因此也排除了這2種情況的可能性。

表1 除鹽水硬度LIMS化驗(yàn)值

4）鍋爐加藥：由于鍋爐加藥由承包商負(fù)責(zé)，因此承包商的實(shí)際加藥量則是關(guān)鍵。在檢查加藥臺(tái)賬和藥劑臺(tái)賬時(shí)發(fā)現(xiàn)二者有出入，查證發(fā)現(xiàn)在3月11日晚上有加藥行為。經(jīng)與承包商技術(shù)員核對后發(fā)現(xiàn)，加藥班錯(cuò)誤理解承包商技術(shù)員要求，導(dǎo)致重復(fù)加藥，致使鍋爐加藥過量以至于短時(shí)間內(nèi)開大連排無法奏效，最終導(dǎo)致鍋爐飽和蒸汽鈉離子長時(shí)間超標(biāo)。

5 原因分析及整改措施

本次低壓鍋爐從出現(xiàn)鈉離子超標(biāo)到鍋爐檢修結(jié)束前后持續(xù)近2個(gè)月，不僅嚴(yán)重影響對鍋爐正常運(yùn)行的判斷，還可能存在嚴(yán)重安全隱患，因此對鍋爐鈉離子超標(biāo)的影響因素進(jìn)行分析并逐一進(jìn)行排查，得到本次鍋爐鈉離子超標(biāo)的原因：

1）連排根部閥堵塞：連排根部閥長期未清理，鍋爐頻繁啟停導(dǎo)致閥芯容易堆積排污析出物，導(dǎo)致閥門堵塞，鍋水蒸發(fā)面高離子濃度鍋水無法排出，導(dǎo)致鍋水表面離子濃度異常偏高，從而導(dǎo)致飽和蒸汽鈉離子超標(biāo)。

對此，在檢修過程中，將鍋爐的連排閥門進(jìn)行更換，并對定排閥門進(jìn)行了逐一檢查，將其中泄漏或堵塞的閥門進(jìn)行更換。

2）鍋爐加藥：鍋爐實(shí)際加藥量嚴(yán)重偏高是導(dǎo)致飽和蒸汽鈉離子濃度偏高的直接原因，鍋水表面過量的離子無法通過現(xiàn)有的排污量排出，導(dǎo)致飽和蒸汽攜帶液滴鈉離子超標(biāo)，從而導(dǎo)致飽和蒸汽鈉離子超標(biāo)。

針對此事件，加強(qiáng)了對承包商加藥環(huán)節(jié)的管控，不僅增加了加藥班對加藥罐和加藥泵的日常巡檢點(diǎn)，還要求加藥班加藥時(shí)必須由大班長進(jìn)行監(jiān)管，嚴(yán)格管控加藥量和加水量，并定期清點(diǎn)庫房庫存藥量。

6 建議

鑒于鍋爐鈉離子超標(biāo)對鍋爐正常生產(chǎn)產(chǎn)生的重大危害，為了防止該類事件再次出現(xiàn)，本文對此提出幾點(diǎn)建議：

1）正常生產(chǎn)要控制好汽包液位，負(fù)荷調(diào)整要盡量平緩，汽包液位以控制在汽包中位為最佳；

2）重視鍋爐檢修，鍋爐停爐后，對汽水分離器、排污閥門要進(jìn)行重點(diǎn)檢查，檢查汽水分離器的腐蝕情況、排污閥門的腐蝕和堵塞情況，對于有腐蝕或結(jié)垢的汽水分離器要盡快清理或維修，對于堵塞的閥門要盡快清理或更換；

3）關(guān)注鍋爐加藥，對于承包商的加藥班以制度加以管控[18-20]，定期進(jìn)行崗位培訓(xùn)和檢查，重點(diǎn)巡檢部位可實(shí)行雙人巡檢以加強(qiáng)巡檢效果，嚴(yán)格控制每次的加藥濃度以及加藥泵的沖程。