鍋爐化學水監(jiān)督“兩高現(xiàn)象”初探
摘要：鍋爐汽水品質(zhì)合格率高、“三管”結(jié)垢速率亦高是電力生產(chǎn)過程中存在的普遍現(xiàn)象，本文對鍋爐 “兩高現(xiàn)象”進行了一些分析和探索，提出解決這一問題的措施和建議，通過實踐大大降低了鍋爐“三管”的結(jié)垢速率，使“二高現(xiàn)象”得到了一定程度的改善。
關(guān)健詞：鍋爐 化學監(jiān)督 腐蝕結(jié)垢 兩高現(xiàn)象
一、前言
鍋爐是熱電企業(yè)生產(chǎn)的常用設備，它是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的生命線之一。鍋爐是壓力容器，也是一種高能耗的設備，鍋爐在生產(chǎn)和運行過程中必須做好技術(shù)監(jiān)督管理工作，以防發(fā)生各類事故，造成國家和人民的生命財產(chǎn)的巨大損失。
二、問題的發(fā)現(xiàn)
巨化熱電廠是巨化集團公司內(nèi)部的一個自備電廠，總裝機容量為244MKw.h。近些年來該廠水汽品質(zhì)合格率均在99%以上，但大修鍋爐“三管”和汽輪機化學監(jiān)督檢查結(jié)果表明，水冷壁、過熱器等爐管結(jié)垢速率比較高，汽輪機葉片結(jié)鹽結(jié)垢情況嚴重。鍋爐“三管”向火側(cè)結(jié)垢速率情況詳見表一。這種水汽品質(zhì)合格率高，鍋爐“三管”結(jié)垢速率亦高的現(xiàn)象業(yè)內(nèi)人士稱之為“兩高現(xiàn)象”。“兩高現(xiàn)象”說明在鍋爐的使用和運行過程中，化學技術(shù)監(jiān)督管理工作存在著明顯漏洞，為了確保鍋爐的安全生產(chǎn)，不斷降低能耗，必須努力降低鍋爐“三管”的結(jié)垢和腐蝕速率，徹底消除鍋爐生產(chǎn)中存在的“兩高現(xiàn)象”。
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三、產(chǎn)生“兩高現(xiàn)象”的原因分析
1、傳統(tǒng)統(tǒng)計方法不能準確反映鍋爐水質(zhì)的真實情況。目前電力行業(yè)普遍使用的水汽品質(zhì)合格率統(tǒng)計方法是：將某臺機組化學控制項目的月度測定合格次數(shù)N除以測定總次數(shù)M，再乘以100%作為該機組監(jiān)測項目的單項合格率η。例如：按照GB14159－89《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質(zhì)量標準》和SD-88《化學監(jiān)督制度》進行鍋爐給水的質(zhì)量品質(zhì)控制，其中鐵指標的測定要求每月不少于4次；現(xiàn)每月測定8次，有2次超標，則該爐給水鐵指標月度合格率為：
η ＝ 100 % × N ÷ M ＝ 100×（8－2）÷8 ＝ 75 %
這種統(tǒng)計方法反映的是該項指標在某一統(tǒng)計時段內(nèi)合格的頻度，即超標的次數(shù)越少，合格率就越高。
由于它未考慮超標指標的幅度問題，因而它不可能充分反映鍋爐水質(zhì)的真實情況。譬如：上述鐵指標合格標準為30μg/l，而二次超標的值分別為31μg/l和300μg/l，顯而易見二者是不能等價的，它們對爐水的影響存在著較大的差別。但用傳統(tǒng)的水汽品質(zhì)合格率統(tǒng)計方法進行統(tǒng)計，兩者都算一次超標，它們卻是同等的，有人形象地稱之為合格率“一維統(tǒng)計法”。
傳統(tǒng)的水汽品質(zhì)合格率統(tǒng)計方法只能進行合格與否的判斷，其不足之處是不能反映水質(zhì)超標的嚴重程度。當凝汽器發(fā)生泄漏或鍋爐補給水劣化而導致爐水品質(zhì)迅速惡化時，此時鍋爐的水汽品質(zhì)足以使鍋爐“三管”發(fā)生腐蝕結(jié)垢乃至爆管等事故，但在生產(chǎn)實際中因其超標時間短，被監(jiān)測指標不合格次數(shù)少，相對而言統(tǒng)計出來的水汽品質(zhì)合格率仍然很高。傳統(tǒng)的水汽合格率統(tǒng)計方法給人以“鍋內(nèi)水質(zhì)良好，按此方式運行正常”的假象，因而在日；瘜W技術(shù)監(jiān)督工作中存在著鍋爐水汽品質(zhì)合格率高、
“三管”結(jié)垢速率亦高這一現(xiàn)象也就不難理解了。
2、機組啟動時對水汽品質(zhì)把關(guān)不嚴是產(chǎn)生“二高現(xiàn)象”的一個主要原因。盡管GB14159－89《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質(zhì)量標準》和SD-88《化學監(jiān)督制度》明確規(guī)定機組啟動時應按標準控制回收水質(zhì)，但有時因種種原因這一標準不能嚴格執(zhí)行。比如：汽輪機啟動時凝汽器的回收標準是：硬度≤5μg/l；鐵≤100μg/l；銅≤30μg/l，在實際工作中，硬度指標很快就能合格，銅指標次之，而鐵指標合格就難了。在汽輪機沖轉(zhuǎn)的初期，凝結(jié)水含鐵量高達1000μg/l以上，凝結(jié)水只能排放不對其回收。鐵指標合格，往往需要8個小時左右的時間，在這期間如將凝結(jié)水全部排放，因除鹽水箱容量、制水設備能力有限，水處理供水會發(fā)生困難。如果將鍋爐等其它設備壓負荷運行，由燒煤改為燒油，則又很不經(jīng)濟。有時臨修時間緊，留給開機的時間有限，凝結(jié)水也只好降低標準進行回收了。在多數(shù)情況下，機組啟動回收凝結(jié)水鐵含量在200μg/l至300μg/l之間，如監(jiān)督把關(guān)不嚴個別情況凝結(jié)水鐵含量可達500μg/l以上，這些鐵被帶進鍋爐，會在爐管表面形成水垢，從而加快了爐管的結(jié)垢速率。根據(jù)標準，開機生爐初期水質(zhì)數(shù)據(jù)不被統(tǒng)計到合格率中去，即按傳統(tǒng)方法統(tǒng)計不會顯著降低鍋爐的水汽品質(zhì)合格率。
3、停爐保護方法不當或不及時是產(chǎn)生“二高現(xiàn)象”的另一個主要原因。傳統(tǒng)的停爐保護方法很多，其中為電力行業(yè)常用的有：熱爐放水法、給水充壓保護法、氨－聯(lián)氨保護法等。近年來電力行業(yè)又推行了十八胺停爐保護法及氨－二甲基酮肟充水保護法。這些方法簡單易行，故也為其它行業(yè)的廠家所用。如果停爐保護方法掌握得當，工藝合理，它在一定程度上能夠有效抑制鍋爐停運時期“三管”的氧腐蝕問題。但如果沒有很好地掌握工藝參數(shù)，或者方法選用不當，則會大大降低其保護效果，具體表現(xiàn)為：
⑴、停爐保護的時效性不長。如果鍋爐停用時間較長，在檢查中仍能發(fā)現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。
⑵、鍋爐啟動時爐水混濁，各項指標8小時內(nèi)很難恢復正常。
⑶、運行中熱力系統(tǒng)水汽含鐵量偏高。
巨化熱電廠鍋爐采用十八胺停爐保護法實施鍋爐的停運保養(yǎng)保護，該方法關(guān)鍵要掌握好加藥和鍋爐放水的參數(shù)。一般情況下，鍋爐停運前90分鐘左右加完藥、泄壓至1Mpa時放水，鍋爐能夠烘干并且保護效果好。但在實際使用過程中有以下因素大大減弱了鍋爐的停運保護效果：
⑴、3－5#爐加藥泵為1DB型老式加藥泵，其行程開度調(diào)節(jié)比較困難，運行人員不能較好地控制好加藥時間。
⑵、我廠機爐為母管制，某一臺鍋爐停運前加藥，蒸汽竄至其它汽輪機，十八胺不能在封閉系統(tǒng)內(nèi)反復循環(huán)，在一定程度上降低了藥效。
⑶、停爐時有時要檢查處理一些缺陷，爐水不能在最佳參數(shù)時放掉，影響了鍋爐的烘干效果。
⑷、在鍋爐的基建階段，從鍋爐清洗到點火啟動之間時間間隔較長，期間鍋爐的保護工作比較難做也容易忽視。
上述情況按規(guī)定，并不需要將全部數(shù)據(jù)列入水汽合格率統(tǒng)計范圍，從統(tǒng)計數(shù)字上看，鍋爐水汽合格率是高的，但實際情況并非完全如此。我廠4#爐長期停運，在保護時熱爐放水參數(shù)掌握不是很好，98年該爐大修割管檢查水冷壁管結(jié)垢量達316g/m2；6#爐基建鍋爐化學清洗經(jīng)驗不足，鍋爐沖管未徹底并且保護措施不到位，第一次大修即發(fā)現(xiàn)鍋爐“三管”結(jié)垢嚴重，水冷壁管向火側(cè)結(jié)垢量達286 g/m2？梢，停爐保護對于降低鍋爐“三管”結(jié)垢速率至關(guān)重要。
4、凝結(jié)水受生水污染是產(chǎn)生“二高現(xiàn)象”的重要原因。射水泵空氣管閥門關(guān)閉不嚴；凝汽器冷卻水管爛穿、脹口不嚴等會使生水倒入凝汽器，導致凝結(jié)水品質(zhì)劣化。因生水中雜質(zhì)離子含量較高，這些離子隨著給水帶入鍋爐，爐水品質(zhì)便迅速惡化。在運行過程中，這些離子高度濃縮，產(chǎn)生一連串的物理化學反應：
⑴、爐水含鹽量急劇上升，爐水電導率較正常情況高2至5倍，為鍋爐“三管”的結(jié)垢和腐蝕創(chuàng)造了前提條件。
⑵、爐水pH值下降，垢層之下電化學腐蝕加劇，水冷壁管產(chǎn)生氫脆裂紋，為鍋爐爆管帶來隱患。
⑶、鈣鎂離子等在pH值較低的情況下形成碳酸鈣、碳酸鎂水垢，這些水垢極易吸附地爐管表面產(chǎn)生水垢。
⑷、腐蝕產(chǎn)物形成了爐水的二次污染，導致鍋爐水質(zhì)劣化惡性循環(huán)。
巨化集團公司熱電廠機爐設備在運行中數(shù)次發(fā)生射水泵空氣管倒生水事件，由于查找及時，一般情況下鍋爐水質(zhì)在3至4天內(nèi)可恢復正常，但由于大量生水進入熱力系統(tǒng)后，凝結(jié)水品質(zhì)在短期內(nèi)迅速惡化，導致給水、爐水、蒸汽等監(jiān)測指標嚴重超標，給鍋爐“三管”帶來嚴重危害。
凝汽器泄漏根據(jù)泄漏程度不同可分為嚴重泄漏和一般泄漏。通常情況下，凝汽器在短時間內(nèi)發(fā)生大面積泄漏的現(xiàn)象比較少見，盡管發(fā)生大面積泄漏后易引起大家的充分重視，至使問題得到及時解決，但其危害和影響面仍然是十分巨大的。94年我廠6＃機爐因凝汽器數(shù)根銅管破裂，爐水SiO2一度上升至12000μg/l以上，爐水電導率達200μs/cm。后經(jīng)凝汽器單邊運行查漏堵漏，使爐水在一周內(nèi)恢復了正常。
凝汽器泄漏各廠普遍存在并且時有發(fā)生，我廠機爐大修經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)有凝汽器銅管破裂現(xiàn)象，只不過數(shù)量少或者漏點不大，在運行中對鍋爐水質(zhì)的影響不是很大。近些年來，電力行業(yè)生產(chǎn)廠家對凝汽器泄漏問題已有所重視，對泄漏點消漏和堵漏工作也比較及時，盡管統(tǒng)計中凝汽器泄漏問題對整臺鍋爐的汽水品質(zhì)合格率影響不是很大，但它對鍋爐“三管”結(jié)垢速率卻有重大影響，它是產(chǎn)生“二高現(xiàn)象”的重要原因之一。
5、鍋爐補給水劣化也是產(chǎn)生“兩高現(xiàn)象”的一個因素。隨著水處理技術(shù)水平的不斷成熟和提高，鍋爐補給水的品質(zhì)也在不斷得到改善。由于國標中規(guī)定的參數(shù)要求比較低，如混床出水二氧化硅≤20μg/l；電導率≤0.3μS/cm等，這個標準一般企業(yè)都能夠?qū)崿F(xiàn)。有些企業(yè)在線儀表監(jiān)測水平較低，鍋爐補給水的質(zhì)量指標監(jiān)測主要靠2至4小時一次的人工分析進行，如分析人員責任心不強或者發(fā)生誤檢，失效的水處理設備不能及時發(fā)現(xiàn)和運行切換，鍋爐補給水則有可能劣化。巨化熱電廠在過去幾年中曾三次發(fā)生鍋爐補給水劣化事件，其中二次為運行人員責任心不強，一次為人員誤檢未及時發(fā)現(xiàn)失效設備，導致鍋爐補給水質(zhì)量品質(zhì)嚴重超標。事件發(fā)生后全廠鍋爐爐水品質(zhì)惡化，其中最嚴重的一次二氧化硅指標達20000μg/l以上，pH值下降至8.0左右，險些造成停機停爐事故。上述水質(zhì)劣化事故歷時3天，雖然該月水汽品質(zhì)合格率下降只有幾個百分點，但事后機爐大修化學檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐氣包沉積物增多，“三管”結(jié)垢情況嚴重。
6、國家標準中鍋爐爐水質(zhì)量指標相對比較寬松是引起“兩高現(xiàn)象”的另一個原因。由于國標適用性廣，相關(guān)部門在制定標準時考慮了方方面面的因素，它在強調(diào)標準先進性的同時，十分注重標準的適用性和實用性。我國幅員遼闊，各地間經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展很不平衡，各企業(yè)使用的鍋爐設備品種繁多，為了使GB14159－89標準適用性強，相關(guān)部門制定的鍋爐爐水質(zhì)量指標是比較寬松的。例如：GB14159－89規(guī)定我廠410t/h 9.8Mpa參數(shù)的鍋爐爐水的控制指標為：SiO2≤2000μg/l、含鹽量≤100mg/l。實踐運行證明,按此標準控制爐水參數(shù)，鍋爐“三管”以及汽輪機等其它設備積鹽結(jié)垢速率較高，但統(tǒng)計結(jié)果表明，鍋爐汽水品質(zhì)合格率是很高的。
四、消除“二高現(xiàn)象”的措施
消除“二高現(xiàn)象”關(guān)鍵不得還得從降低鍋爐“三管”的結(jié)垢速率和改進現(xiàn)有的汽水品質(zhì)合格率統(tǒng)計方法入手。具體措施有：
1、加強開機升爐時的水質(zhì)監(jiān)督。開機升爐階段化學監(jiān)督工作做得好，可以避免大量雜質(zhì)離子和腐蝕性介質(zhì)進入鍋爐，一方面它能減輕鍋爐的結(jié)垢和腐蝕程度，另一方面它可以大大降低鍋爐的排污率，為鍋爐的安全經(jīng)濟運行提供保障。加強開機升爐時的水質(zhì)監(jiān)督必須做好以下工作：
⑴、機組啟動前做好各管路的沖洗工作。機組啟動前必須用加有氨和聯(lián)氨，或者氨和二甲基酮肟的除鹽水沖洗凝結(jié)水、給水管路以及鍋爐本體等，待全鐵指標合格后再點火升爐。
⑵、做好凝結(jié)水回收前的質(zhì)量驗收工作。凝結(jié)水回收前必須經(jīng)過化學檢驗人員的分析檢驗，按照標準待各項指標合格后再進行回收。當運行中發(fā)生供水、運行的經(jīng)濟性等其它矛盾時，應盡量避免凝結(jié)水將大量的鐵離子帶入鍋爐系統(tǒng)。
⑶、做好“兩器”溶氧的監(jiān)督工作。鍋爐除氧器、汽輪機凝汽器水質(zhì)溶解氧含量高會引起鍋爐本體的電化學腐蝕，為了消除這一影響，機爐啟動時必須注意“兩器”溶氧的合格率指標，使之盡快恢復正常。
2、加強鍋爐的停運保養(yǎng)保護管理。近年來電力行業(yè)普遍采用的十八胺熱爐放水保護法效果較好，在實施保護過程中只要加藥裝置完好、措施到位，認真控制好加藥量、加藥時間、鍋爐放水時的壓力、溫度等，一般鍋爐停運不超過三個月仍有良好的保護效果。對于母管制鍋爐，在保護工作中應嚴格做好隔離措施，防止其它鍋爐的蒸汽倒入停運鍋爐；在加藥時應充分考慮藥品隨蒸汽帶入其它機組的數(shù)量，必要時進行適量補加。如果鍋爐停運時間長，超過三個月以上的時間，建議在十八胺保護的基礎(chǔ)上再進行氨－二甲基酮肟濕態(tài)保養(yǎng)。
3、防止凝結(jié)水受污染。凝結(jié)水受污染的因素有很多，要防止凝結(jié)水受污染首先應該做好機爐運行過程中的水質(zhì)監(jiān)督工作，盡早察覺并找出凝結(jié)水受污染的原因；盡快消除泄漏點。其次，避免和防止凝結(jié)水受污染應當防患于未燃，認真做好設備的檢修及技術(shù)改進工作：
⑴、科學選材，對于腐蝕性較大的循環(huán)冷卻水或海水，應盡可能采用全鈦凝汽器。
⑵、對于有腐蝕性循環(huán)冷卻水，應提供必要的化學或者電化學保護措施，如：對循環(huán)冷卻水進行加藥處理等、陰極保護等。
⑶、加強檢修管理，定期試驗檢查、維護與凝汽器負壓系統(tǒng)相關(guān)的管子、閥門和設備等。
⑷、對設計不合理，易造成誤操作或安全可靠性差的系統(tǒng)進行改造。如凝汽器出口冷卻水抽虹吸系統(tǒng)、射水泵空氣管逆止閥等。
⑸、安裝凝結(jié)水在線化學儀表及監(jiān)測報警裝置，為盡早發(fā)現(xiàn)并消除凝結(jié)水受污染創(chuàng)造條件。一旦發(fā)生凝汽器泄漏，應及時查漏消缺，必要時設備須減負荷甚至停機。
⑹、凝結(jié)水受污染頻繁時，條件許可增設凝結(jié)水精除鹽裝置。
4、嚴格控制鍋爐補給水、爐水等質(zhì)量標準。鍋爐補給水中的微量雜質(zhì)經(jīng)鍋爐運行高度濃縮后，將對鍋爐“三管”的結(jié)垢和腐蝕速率產(chǎn)生非常不利的影響。各廠可根據(jù)自己的實際情況，制訂本企業(yè)標準，在經(jīng)濟合理的范圍內(nèi)盡可能地降低補給水及爐水雜質(zhì)離子的含量。如99年后巨化熱電廠逐步增加了水處理崗位的在線化學儀表監(jiān)測力量，在工藝控制過程中，確保鍋爐補給水二氧化硅控制在15μg/l以內(nèi)；兩臺 410t/h 9.8Mpa的鍋爐爐水二氧化硅控制在1000μg/l以下，電導率指標不超過30μS/cm。實際運行及鍋爐割管檢查結(jié)果表明，按此標準嚴格控制水質(zhì)，鍋爐水冷壁管的結(jié)垢速率比以往有所降低。
5、改進水汽品質(zhì)合格率的統(tǒng)計方法。針對傳統(tǒng)的“一維統(tǒng)計”方法中存在的弊端問題，技術(shù)人員提出將“運行時間”與“汽水中雜質(zhì)離子含量”的乘積作為基本單位，以合格面積除以數(shù)據(jù)統(tǒng)計總面積來計算鍋爐水汽品質(zhì)的合格率，將原來的“一維統(tǒng)計法”改為現(xiàn)在的“二維統(tǒng)計法”。上述統(tǒng)計方法同時考慮了水質(zhì)超標幅度和超標時間等問題，其合格率能更好地反映出機爐等熱力設備的水汽品質(zhì)情況。為了使統(tǒng)計數(shù)字能夠更好地指導生產(chǎn)，技術(shù)人員在統(tǒng)計中引入控制標準合格率、控制目標合格率與控制企望合格率等概念，即：按國標要求鍋爐水質(zhì)100%合格的情況下，鍋爐水質(zhì)是否同時達到控制標準的目標值和企望值。
五、效果檢查
針對鍋爐化學監(jiān)督中存在的“兩高現(xiàn)象”這一問題，近些年來，巨化熱電廠逐步開始對生爐開機時的水質(zhì)監(jiān)督和管道沖洗；鍋爐停備用時期的保護保養(yǎng)；凝汽器真空系統(tǒng)的消缺堵漏；鍋爐補給水及爐水的質(zhì)量控制和監(jiān)督等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行嚴格管理，化學監(jiān)督管理工作由此步入正常的發(fā)展軌道。特別是最近幾年中，我廠化大成本對鍋爐水處理系統(tǒng)進行程控及設備增容改造，實現(xiàn)了鍋爐補給水、爐水、凝結(jié)水、蒸汽的在線化學儀表監(jiān)測，這些技術(shù)改進，大大提高了化水生產(chǎn)系統(tǒng)的安全可靠性，改善了鍋爐化學技術(shù)監(jiān)督的軟硬環(huán)境。1999年和2000年鍋爐化學檢查結(jié)果表明，我廠鍋爐“三管”結(jié)垢腐蝕和速率有所下降。割管分析數(shù)據(jù)詳見下表二：
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表中數(shù)據(jù)表明：鍋爐“三管”結(jié)垢速率有了明顯下降，其中：7＃爐水冷壁管結(jié)垢速率僅為41.3g/m2.y，達到歷史較好水平。
六、結(jié)束語
江澤民總書記指出：要從講政治、保穩(wěn)定、促發(fā)展的高度，牢固樹立“責任重于泰山”的思想，堅持“安全第一、預防為主”的方針，切實加強對安全生產(chǎn)工作的領(lǐng)導，全面落實安全生產(chǎn)責任制。企業(yè)生存和發(fā)展離不開安全，而化學技術(shù)監(jiān)督工作是確保鍋爐安全生產(chǎn)的有利武器，抓好鍋爐化學監(jiān)督工作可以有效地降低鍋爐“三管”的結(jié)垢和腐蝕速率，徹底消除運行過程中存在的“兩高現(xiàn)象”，不斷提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。為此我們必須在思想引起足夠的重視。
回顧90年代初期鍋爐化學監(jiān)督注重抓“兩器”合格率、蒸汽品質(zhì)等單項指標到如今抓“三管”的結(jié)垢和腐蝕速率這樣的綜合性指標，說明化學監(jiān)督工作正在向前邁出堅實的一步；瘜W監(jiān)督是一項長期、細致的管理工作，搞好化學技術(shù)監(jiān)督工作我們依舊任重而道遠。
參考資料
[1]李培元 鍋爐水處理 湖北科學技術(shù)出版社
[2]馮 敏 工業(yè)水處理技術(shù) 海洋出版社
[3]秦金藻 熱工技術(shù)手冊 水利電力出版社
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