锅炉过热段炉管结垢原因分析及预防对策

马延彪　廖俊宇　潘华东　青海桂鲁化工有限公司　西宁　811601



锅炉过热段炉管结垢原因分析及预防对策

马延彪*廖俊宇潘华东青海桂鲁化工有限公司西宁811601

摘要分析开车锅炉高、低温过热段内部炉管结垢的原因，并提出清洗方法及防止类似事故发生的具体措施。

关键词锅炉过热段炉管炉管结垢清洗方法

*马延彪: 助理工程师。2012年毕业于青海大学化学工程与工艺专业。主要从事化工生产工作。联系方式：18397119381 ，

E-mai:1350755252@qq.com。

青海某公司75t/h中压(3.82MPa)蒸汽锅炉于2013年6月建成，8月开始产出合格蒸汽。锅炉型号为XD-75/3.82-Q4，运行至2014年10月中旬时发现炉管泄漏，同时蒸汽产量下降约15t，该锅炉补给水为二级软化水，与一段转化炉共用一台热力除氧器及添加联氨除水中的氧气。运行期间，锅炉内加Na3PO4作为阻垢剂，锅炉为连续运行，停炉期间不采取任何保护措施。

1检验与分析

1.1炉管材质及规格

炉管材质及规格见表1。

表1　炉管材质及规格

1.2宏观形貌分析

割取了泄漏部分(主要为过热段)的炉管，并对其内部进行了全面检查，发现炉管内壁为砖红色、灰色、白色相互叠加的坚硬固体物质，大部分炉管已经被堵死；并且发现高热负荷区域的大部分炉管内壁表面腐蚀十分严重。受腐蚀的炉管表面有许多大小不等的鼓包，内部沉积物坚硬，附着性较强，还有溃疡和小孔型的局部腐蚀。在冲洗时，发现有砖红色的东西沿内壁流出，高、低盘管弯管部分厚度与正常的相比减薄0.8～0.9mm，有的已经穿透。对锅炉下集水箱、汽包等检查时，未发现结垢物质，主要是铁锈和少量杂质，而管内表面钝化的氧化膜已经破坏。

1.3结垢物化学成分

管结垢物化学成分分析见表2。

表2　管结垢物化学成分分析表　(%)

1.4水质分析

检查该锅炉运行水质分析记录，正常运行情况下，除了碱度(给水：1200mg/l；炉水：800mg/l)相对较高，其余指标均合格。

(1)给水：pH(25℃):8.2～9.5；硬度：≤2.0μmol/l；溶解氧：≤20μg/l；氯离子：≤3mg/l；电导率：≤20μs/cm；除氧水SIO2：≤100μg/l。

2.对建设和谐世界进行了新思考。报告提出：“在国际关系中弘扬平等互信、包容互鉴、合作共赢的精神，共同维护国际公平正义。”［1］“要遵循联合国宪章宗旨和原则，坚持国家不分大小、强弱、贫富一律平等，推动国际关系民主化，尊重主权，共享安全，维护世界和平稳定”［1］；“要尊重世界文明多样性、发展道路多样化，尊重和维护各国人民自主选择社会制度和发展道路的权利，相互借鉴，取长补短，推动人类文明进步”［1］；“要倡导人类命运共同体意识，在追求本国利益时兼顾他国合理关切，在谋求本国发展中促进各国共同发展，建立更加平等均衡的新型全球发展伙伴关系，同舟共济，权责共担，增进人类共同利益”［1］。

2过热段炉管结垢原因

从过热段炉管采集到的垢样，成分大体可以分为盐类垢、腐蚀垢及其它杂质等沉积垢。通过对水质及工艺分析，逐一排除事故发生原因，在停车检修过程中，发现转化饱和塔循环水泵排水导淋附近有大量白色结晶物，其分析结果与锅炉过热段结垢物质相似；饱和塔作为一段转化炉的节能装置，其开车阶段循环水主要为脱盐水，在正常运行阶段，主要为转化气(成分为：CH4、H2、CO2、CO)分离的水。通过数据分析及工艺检查发现，一段转化炉饱和塔补水(转化气分离的残液)回路阀门内漏到脱盐除氧水箱。转化气中的CO2、所加的药剂及水中未处理的其它正负离子等结合会形成在水中不溶、难溶和微溶的物质，这些物质都很容易成为积累的水垢，即盐类垢，其主要成分为碳酸盐〔1〕，这是造成这次事故的主要原因之一。并且前期试车阶段，水质处理不合格，加药装置未及时投用，锅炉停车后未做处理、管道冲洗不合格、锅炉运行调整不当及开停车频繁等也是造成锅炉结垢的原因。

3过热段炉管结垢机理及影响因素

从炉管的结垢物分析发现，这类垢结构较为复杂，硬度较高，从形成上看，它是经历了一个较为漫长的过程，先是饱和蒸汽去过热段时对过热段炉管的氧腐蚀(前期试车阶段除氧设备未投用)，当过热蒸汽温度较高时，将给水作为减温水直接与蒸汽混合，给水氧含量高、pH偏低、硬度大，都会破坏金属氧化膜，加剧腐蚀。然后是少量垢附着在炉管表面。由于水质的影响，慢慢大量的其它成垢化合物在之前垢的周围聚集，成为更大的垢团，随着蒸汽的冲刷，一部分垢被冲掉，但其它的垢继续生成，最终阻塞炉管。

观察低温过热段和高温过热段炉管的结垢量，高温过热段的结垢量大于低温过热段，当管内温度越高时，结垢越严重。温度对结垢的影响主要是改变易结垢盐类的溶解度，一般碳酸钠的溶解度在温度0℃到40℃内随着温度的升高逐渐增大，超过40℃以后，溶解度逐渐减小，温度越高，碳酸盐不断蒸发和浓缩。在高、低温过热段蒸汽温度最高达420℃，当某些盐类局部达到过饱和时，盐类在蒸发面上析出固相，生成水垢，如控制不当，过热段温度越高，形成的垢越坚硬，并且没有水流时这些难溶或微溶盐的溶解度下降，最后成为水垢。

内部炉管结垢较为坚硬，发生破裂和弯曲的炉管，主要是由于锅炉启动、低负荷运行过程中造成的【2】。锅炉在正常运行时，过热器主要靠自产的饱和蒸汽来冷却，在点火初期和低负荷阶段，锅炉未产生蒸汽或蒸汽量少，过热器炉管无法得到冷却，过热器管壁温度很快接近烟气温度，如果控制(燃气比、炉膛负压)不当或误操作(升温升压较快等)，使炉温和烟气不均匀，将大量高温烟气移至锅炉过热段，在热应力作用下，很容易造成过热段炉管变形，也会使之前的垢越来越坚硬。

锅炉正常运行时，给水流量达65t/h，新的给水中原溶解度较大的盐类和炉水中其它盐类、碱相互反应后，生成难溶于水的化合物，从而形成新的水垢。在运行过程中，所加的药剂及溶解度不同生成的沉淀物如Mg(OH)2、Mg3(PO4)2、Ca(OH)2及Ca3(PO4)2，如果排污不及时，很容易附着在炉管内壁上，形成水垢。

汽流流速和阻力也会影响结垢趋势，污垢的增长速率随着流体流速的增大而减小。在割取炉管时发现，结垢最严重的是大部分U形管，在这部分炉管，因受阻力较大，流速较慢，因此结垢严重。

在锅炉运行过程中，锅炉给水和炉水pH值一般分别控制在8.2～9.5、9～10.5，由于饱和塔残液呈碱性(精馏工序加入了NaOH)，导致前期给水和炉水pH值超标；在对垢做实验中发现，提高pH值，碳酸盐溶解度将迅速结晶，结垢较为明显，降低pH值时发现，炉管表面开始被腐蚀，pH值的高低也会影响结垢的发生。

4炉管除垢

图1　锅炉清洗工艺流程

清洗工艺：建立清洗临时系统→临时系统清洗→系统水冲洗及检漏→碱洗→碱洗后水冲洗→ 酸洗→酸洗后水冲洗→漂洗→中和钝化→人工清理检查与复位。

表3　清洗过程及工艺参数控制表

清洗后检查发现，管道内壁干净无污垢，表面形成了金属氧化膜，生产时，蒸汽产量可达73t/h，比起除垢前增加蒸汽8～12t。

5采取的预防措施

(1)加大工艺检查及水处理措施，逐一排查阀门内漏情况，对相对陈旧的阀门及设备予以更换，防止其它溶液内漏到锅炉给水管线；对于其它未处理的溶液，经处理降低盐含量后打入锅炉给水系统，同时加强锅炉排污及按照化学监督规程要求，正确排污，维持炉水品质，减少饱和蒸汽带水及带其他盐类物质到过热段，以防再次结垢。

(3)停炉期间视情况采取停炉保护措施【3】。短期内(1～3天)，关闭排污阀门，不放炉水，维持0.1～0.3MPa蒸汽压力进行带压保护；长期停炉时，加入Na3PO4(0.3%～0.5%)和0.1%的NaOH保护金属氧化膜不受破坏。

(4)在锅炉启动过程中，注意监视过热器段烟气温度，通过调节燃气比、炉膛负压及各个阀门，避免超过设计温度；随时观察火焰飘移等情况，并做到及时调节，严格按照操作规程和升温升压曲线进行操作。正常运行阶段，严格控制过热段温度，防止超温等现象发生。

(5)加强操作人员的技术培训，提高员工素质，从水处理和操作等环节展开理论和实际的培训，提高操作人员对水处理的重视。

6结语

(1)水质不合格、操作不当及工艺巡检不到位是造成此次结垢的主要原因，并且烟气温度、水汽温度、蒸汽流速、弯管处的阻力、给水及炉水pH值都会影响垢的形成。

(2)在清洗过程中严格控制好加药量、温度、流速及清洗时间等工艺参数，并且按照：水冲洗→碱洗→碱洗后水冲洗→ 酸洗→酸洗后水冲洗→漂洗→中和钝化→人工清理的步骤进行清洗，具有

明显的除垢效果。

(3)为防止锅炉水汽系统结垢，锅炉启动过程中，应严格按照升温升压曲线进行操作，做到勤观火、勤调节，避免出现炉温不均匀等不正常现象；锅炉运行过程中，应按时进行巡检，发现问题及时排除，按时按量进行加药，严格按照工艺指标调整，调整过程中应缓慢调节；锅炉停止后，通过采取加药、保压等措施防止炉管生锈。

参考文献

1王兵，李长俊等.管道结垢原因分析及常用除垢方法[J].油气储运，2008，27(2).

2连昆，赵留涛.电厂启动锅炉过热器过热变形的原因分析和预防措施[J].电力建设，2013，10(2).

3李茂东，林锡辉：锅炉腐蚀原因分析及预防[J].暨南大学学报，2013，24(1).

4张言.锅炉结垢原因分析[J].学术纵横，2013，273(7).

(收稿日期2015-11-22)