由高压锅炉水冷壁泄漏引发的思考

董华陈向仕

(中国石油大连石化公司，辽宁大连116031)

0 引言

在现代化高参数锅炉运行中，化学监督的作用十分重要。如果锅炉在内部水质不符合规范时运行，出现炉内设备结垢和腐蚀的速度是很快的，将严重威胁企业安全生产。本文以中国石油大连石化公司热电联合车间5#、6#高压锅炉水冷壁鼓包现象为例，对此类问题进行原因剖析，并针对根源提出解决方案。

资料显示，2013年11月，大连石化公司热电联合车间5#和6#炉检修时均发现水冷壁管有鼓包现象。事件经过简述如下：2013年11月5日，6#炉上水准备点炉过程中发现，水冷壁管漏水，发现水冷壁四周均有管壁鼓包现象，逐个排查，共计30处管壁出现不同程度鼓包。取样打开发现内部有多处鸡蛋大小腐蚀坑，外壁有鼓包现象。

公司联系相关专家到现场采集管壁内垢样进行分析，发现除铁类氧化物占大部分外，含有不少磷酸盐类物质。据此垢样趁机对有缺陷水冷壁管进行更换和酸洗处理。至11月15日，酸洗结束后，重新试压点炉。6#炉运行后，检修5#炉同样发现水冷壁有鼓包现象，共计7处，对问题水冷壁管进行更换处理后，重新点炉。

1 造成水冷壁鼓包现象的原理分析

此次造成水冷壁管鼓包现象的原因初步分析判断为炉水水质不良引起局部结垢，粘附在水冷壁，长期积累引发垢下腐蚀，加上向火侧管壁温度较高，最终导致局部过热引发管壁材质发生化学反应，强度降低，最终引发鼓包爆管。

1.1 水垢的形成

针对此次水冷壁受热面处发生鼓包的位置，首先了解此处炉水的理化过程。蒸发在炉水的受热面中进行，受热面的水膜首先受热蒸发，产生气泡，气泡内含有盐类杂质。当汽包破裂蒸汽离开受热面时，盐类杂质就残留在管壁上，形成一层很薄的沉淀层。伴随着受热面水不断蒸发，气泡不断形成和破裂，气泡内的盐类杂质不断地累计在管壁上，部分的盐类可再溶解，剩余的难容类盐类就集聚在管壁上。管壁上附着物的生成会造成受热时金属表面受热不均，产生电位，吸附水中带电胶体，在静电作用下慢慢吸附聚积。由此出现沉淀物的地方会比其他地方更快速的集聚和析出杂质，结垢厚度不断增加。

1.2 加药量不当引起水冷壁腐蚀爆管

首先说明一个误区，热电联合车间工艺指标要求高压炉炉水磷酸根指标在2～6mg/L，只要化验成绩在指标范围内，就代表炉水成绩合格。这种观点是不对的，因为化验值只代表取样时对应的时间点成绩，而锅炉的负荷是随时变化的，由于锅炉负荷的变化也会影响到炉水磷酸根的含量，因此当前化水炉水加药存在监控隐患，没有做到实时监控化验炉水成绩，归根到底目前的加药量也是不恰当的。

磷酸盐“隐藏”现象，即当锅炉负荷增高时，炉水中磷酸钠盐的浓度明显降低，而当锅炉负荷减少或停炉时，磷酸钠盐浓度又重新升高的现象。隐藏现象的实质是易溶磷酸钠盐从炉水中析出并沉积到水冷壁管上，结果使炉水中磷酸钠盐总浓度降低，在锅炉低负荷运行或停炉时这些析出的盐类又重新溶解下来.使它们在炉水中浓度又重新升高。

由此可见当加入的磷酸三钠原本是用来防止生成水垢的，可是按照目前加药量偏高的模式分析，由于锅炉负荷的不断波动，会经常伴随出现磷酸三钠析出在水冷壁管的现象。析出的磷酸三钠水解产生游离的氢氧根，加剧结垢和腐蚀。

2 直接原因归纳总结

经上述关于结垢的形成以及磷酸三钠如何析出加剧了腐蚀后，总结目前热电联合化学水处理水和锅炉加药和运行方式的弊端。主要如下：

2.1 炉水加药量未与锅炉运行状态相对应

原则上锅炉运行负荷稳定，加药量也随之稳定，即磷酸三钠加药量的多少与锅炉的负荷成正比，即锅炉发汽量高时加大磷酸三钠投加量，锅炉负荷低时减少磷酸三钠投加量。

目前由于锅炉负荷运行波动较大，且负荷变化时化水并不知情，仍按照固定浓度加药，此种加药方式一定是错误的，造成结果就是瞬时加药量过大，单位时间段内浓度不均。锅炉负荷波动时应通知化水及时调整加药量。

2.2 炉水监控缺失，缺少在线实时监控及自动加药系统

汽包加药采用加磷酸三钠和氢氧化钠，经由计量泵注入汽包。加药方式仍停留在手动间隔式人工加药水平。新厂锅炉加药泵房离化水操作室较远，运行操作不方便。同时由于炉水化验频次仅为一日两次，造成了炉水药量调整的严重滞后性。另外，从机泵，计量罐液位到炉水实时成绩目前均无法实现远程监控和操作，给加药的管理及监督造成了极大的障碍。

2.3 连续排污量不够

目前由于锅炉连排经扩容器后进入除氧器，每当加大排污时除氧器总是剧烈震动，因此连排阀开度不大。从近期化水不加药，甚至间歇停加药泵后，炉水磷酸根仍超标的现象可以判断是锅炉连排量不足引起。如果连排量不足，使得悬浮于汽包内的杂质无法正常排出炉管外，会引起炉水含盐量增加，加速结垢。

3 当前可供选择的炉水加药技术

3.1 常规磷酸盐处理工艺

(1)对等协调磷酸盐处理时，同时向锅炉水中加入磷酸氢二钠和磷酸三钠。

(2)协调磷酸盐处理时，同时向锅炉水中加入磷酸氢二钠和磷酸三钠，控制钠磷比值在2.3～2.8之间。

(3)磷酸盐-pH协调或等成份磷酸盐处理时，同时向锅炉水中加入磷酸氢二钠和磷酸三钠，控制钠磷比比值R 在2.3～2.8，pH值为9～10。

(4)平衡磷酸盐处理是向锅炉水中加入磷酸三钠，当其浓度为只能与硬度起反应的极限浓度时，即为平衡浓度，几乎无多余的磷酸盐发生沉积。磷酸根的浓度一般控制在0.5～2.4mg/L，允许发生一定程度的磷酸盐“暂时消失”，以利用自然产生游离的氢氧根，使锅炉水pH 为9～9.6，允许游离的氢氧根浓度小于1mg/L。

3.2 各技术优缺点对比

(1)对等协调磷酸盐处理：仍会产生游离氢氧根，不能避免碱腐蚀。

(2)协调磷酸盐处理：酸性磷酸盐腐蚀。

(3)协调磷酸盐-pH 处理：由磷酸根、pH 和钠磷比值三个参数控制炉水成绩。除了可以使炉内没有游离的氢氧根避免碱腐蚀外，炉水的磷酸根和pH都在合理范围内，不会产生钙垢和因炉水pH 低而产生的酸腐蚀。

(4)平衡磷酸盐处理：能防垢，避免酸碱腐蚀。但由于磷酸根浓度控制较低，指标低于《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》国家标准，缓冲性较弱。

4 自动加药系统设计初步方案

针对上述各技术特点的对比，推荐选择协调磷酸盐-pH处理。

4.1 采用协调磷酸盐-pH处理方式加药

现有炉水加药方式为人工加磷酸三钠和氢氧化钠，存在过多磷酸盐在水冷壁管内壁沉积并产生游离NaOH，引起碱腐蚀的可能。计划改进炉水加药方式为协调磷酸盐-pH 处理方式加药。具体方式为，同时向锅炉水中加入磷酸氢二钠和磷酸三钠，控制钠磷比值R 在2.3～2.8之间，同时pH 值为9～10。

4.2 流程

药品人工加入计量罐，经由计量泵注入到汽包内，分别由左右盐段取样，经在线pH 表、钠表、磷表进行在线分析，远程显示，通过系统分析数值自动调节加药泵频率和加药泵的启停，如此形成自动加药循环。在线仪表水样为在原有管线上新增三通取样，原有取样器不变，在线表取样器冷却水选择工业水，换热后的工业水注入新老厂疏水箱。

5 结语

通过对大连石化公司热电联合车间5#、6#炉水冷壁出现鼓包现象的分析，总结出现有炉水监督方式的不足，得出加药方式不科学，监督手段缺失，锅炉连续排污量不足等多方面因素。在此基础上提出自动协调pH-磷酸盐的炉水加药方案，相信可以极大减缓出现因加药量不当以及炉水水质在线监督缺失而调整不及时引起水冷壁加速结垢腐蚀的弊端。从根源上减少水垢的生成，防止管壁局部温度过高，出现鼓包爆管而紧急停炉的风险，确保机组安全稳定运行。