鍋爐化學水監督“兩高現象”初探
摘要：鍋爐汽水品質合格率高、“三管”結垢速率亦高是電力生產過程中存在的普遍現象，本文對鍋爐 “兩高現象”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”的結垢速率，使“二高現象”得到了一定程度的改善。
關健詞：鍋爐 化學監督 腐蝕結垢 兩高現象
一、前言
鍋爐是熱電企業生產的常用設備，它是我國國民經濟發展的生命線之一。鍋爐是壓力容器，也是一種高能耗的設備，鍋爐在生產和運行過程中必須做好技術監督管理工作，以防發生各類事故，造成國家和人民的生命財產的巨大損失。
二、問題的發現
巨化熱電廠是巨化集團公司內部的一個自備電廠，總裝機容量為244MKw.h。近些年來該廠水汽品質合格率均在99%以上，但大修鍋爐“三管”和汽輪機化學監督檢查結果表明，水冷壁、過熱器等爐管結垢速率比較高，汽輪機葉片結鹽結垢情況嚴重。鍋爐“三管”向火側結垢速率情況詳見表一。這種水汽品質合格率高，鍋爐“三管”結垢速率亦高的現象業內人士稱之為“兩高現象”。“兩高現象”說明在鍋爐的使用和運行過程中，化學技術監督管理工作存在著明顯漏洞，為了確保鍋爐的安全生產，不斷降低能耗，必須努力降低鍋爐“三管”的結垢和腐蝕速率，徹底消除鍋爐生產中存在的“兩高現象”。
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三、產生“兩高現象”的原因分析
1、傳統統計方法不能準確反映鍋爐水質的真實情況。目前電力行業普遍使用的水汽品質合格率統計方法是：將某臺機組化學控制項目的月度測定合格次數N除以測定總次數M，再乘以100%作為該機組監測項目的單項合格率η。例如：按照GB14159－89《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》和SD-88《化學監督制度》進行鍋爐給水的質量品質控制，其中鐵指標的測定要求每月不少于4次；現每月測定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 %
這種統計方法反映的是該項指標在某一統計時段內合格的頻度，即超標的次數越少，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。但用傳統的水汽品質合格率統計方法進行統計，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“一維統計法”。
傳統的水汽品質合格率統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超標的嚴重程度。當凝汽器發生泄漏或鍋爐補給水劣化而導致爐水品質迅速惡化時，此時鍋爐的水汽品質足以使鍋爐“三管”發生腐蝕結垢乃至爆管等事故，但在生產實際中因其超標時間短，被監測指標不合格次數少，相對而言統計出來的水汽品質合格率仍然很高。傳統的水汽合格率統計方法給人以“鍋內水質良好，按此方式運行正常”的假象，因而在日常化學技術監督工作中存在著鍋爐水汽品質合格率高、
“三管”結垢速率亦高這一現象也就不難理解了。
2、機組啟動時對水汽品質把關不嚴是產生“二高現象”的一個主要原因。盡管GB14159－89《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》和SD-88《化學監督制度》明確規定機組啟動時應按標準控制回收水質，但有時因種種原因這一標準不能嚴格執行。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。在汽輪機沖轉的初期，凝結水含鐵量高達1000μg/l以上，凝結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，則又很不經濟。有時臨修時間緊，留給開機的時間有限，凝結水也只好降低標準進行回收了。在多數情況下，機組啟動回收凝結水鐵含量在200μg/l至300μg/l之間，如監督把關不嚴個別情況凝結水鐵含量可達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垢速率。根據標準，開機生爐初期水質數據不被統計到合格率中去，即按傳統方法統計不會顯著降低鍋爐的水汽品質合格率。
3、停爐保護方法不當或不及時是產生“二高現象”的另一個主要原因。傳統的停爐保護方法很多，其中為電力行業常用的有：熱爐放水法、給水充壓保護法、氨－聯氨保護法等。近年來電力行業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，或者方法選用不當，則會大大降低其保護效果，具體表現為：
⑴、停爐保護的時效性不長。如果鍋爐停用時間較長，在檢查中仍能發現銹蝕現象。
⑵、鍋爐啟動時爐水混濁，各項指標8小時內很難恢復正常。
⑶、運行中熱力系統水汽含鐵量偏高。
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保護，該方法關鍵要掌握好加藥和鍋爐放水的參數。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，其行程開度調節比較困難，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內反復循環，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。
上述情況按規定，并不需要將全部數據列入水汽合格率統計范圍，從統計數字上看，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掌握不是很好，98年該爐大修割管檢查水冷壁管結垢量達316g/m2；6#爐基建鍋爐化學清洗經驗不足，鍋爐沖管未徹底并且保護措施不到位，第一次大修即發現鍋爐“三管”結垢嚴重，水冷壁管向火側結垢量達286 g/m2。可見，停爐保護對于降低鍋爐“三管”結垢速率至關重要。
4、凝結水受生水污染是產生“二高現象”的重要原因。射水泵空氣管閥門關閉不嚴；凝汽器冷卻水管爛穿、脹口不嚴等會使生水倒入凝汽器，導致凝結水品質劣化。因生水中雜質離子含量較高，這些離子隨著給水帶入鍋爐，爐水品質便迅速惡化。在運行過程中，這些離子高度濃縮，產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”的結垢和腐蝕創造了前提條件。
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生水垢。
⑷、腐蝕產物形成了爐水的二次污染，導致鍋爐水質劣化惡性循環。
巨化集團公司熱電廠機爐設備在運行中數次發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在3至4天內可恢復正常，但由于大量生水進入熱力系統后，凝結水品質在短期內迅速惡化，導致給水、爐水、蒸汽等監測指標嚴重超標，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，凝汽器在短時間內發生大面積泄漏的現象比較少見，盡管發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。后經凝汽器單邊運行查漏堵漏，使爐水在一周內恢復了正常。
凝汽器泄漏各廠普遍存在并且時有發生，我廠機爐大修經常能發現有凝汽器銅管破裂現象，只不過數量少或者漏點不大，在運行中對鍋爐水質的影響不是很大。近些年來，電力行業生產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，盡管統計中凝汽器泄漏問題對整臺鍋爐的汽水品質合格率影響不是很大，但它對鍋爐“三管”結垢速率卻有重大影響，它是產生“二高現象”的重要原因之一。
5、鍋爐補給水劣化也是產生“兩高現象”的一個因素。隨著水處理技術水平的不斷成熟和提高，鍋爐補給水的品質也在不斷得到改善。由于國標中規定的參數要求比較低，如混床出水二氧化硅≤20μg/l；電導率≤0.3μS/cm等，這個標準一般企業都能夠實現。有些企業在線儀表監測水平較低，鍋爐補給水的質量指標監測主要靠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生誤檢，失效的水處理設備不能及時發現和運行切換，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現失效設備，導致鍋爐補給水質量品質嚴重超標。事件發生后全廠鍋爐爐水品質惡化，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。上述水質劣化事故歷時3天，雖然該月水汽品質合格率下降只有幾個百分點，但事后機爐大修化學檢查發現，鍋爐氣包沉積物增多，“三管”結垢情況嚴重。
6、國家標準中鍋爐爐水質量指標相對比較寬松是引起“兩高現象”的另一個原因。由于國標適用性廣，相關部門在制定標準時考慮了方方面面的因素，它在強調標準先進性的同時，十分注重標準的適用性和實用性。我國幅員遼闊，各地間經濟、技術發展很不平衡，各企業使用的鍋爐設備品種繁多，為了使GB14159－89標準適用性強，相關部門制定的鍋爐爐水質量指標是比較寬松的。例如：GB14159－89規定我廠410t/h 9.8Mpa參數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，鍋爐“三管”以及汽輪機等其它設備積鹽結垢速率較高，但統計結果表明，鍋爐汽水品質合格率是很高的。
四、消除“二高現象”的措施
消除“二高現象”關鍵不得還得從降低鍋爐“三管”的結垢速率和改進現有的汽水品質合格率統計方法入手。具體措施有：
1、加強開機升爐時的水質監督。開機升爐階段化學監督工作做得好，可以避免大量雜質離子和腐蝕性介質進入鍋爐，一方面它能減輕鍋爐的結垢和腐蝕程度，另一方面它可以大大降低鍋爐的排污率，為鍋爐的安全經濟運行提供保障。加強開機升爐時的水質監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氨，或者氨和二甲基酮肟的除鹽水沖洗凝結水、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、做好凝結水回收前的質量驗收工作。凝結水回收前必須經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。當運行中發生供水、運行的經濟性等其它矛盾時，應盡量避免凝結水將大量的鐵離子帶入鍋爐系統。
⑶、做好“兩器”溶氧的監督工作。鍋爐除氧器、汽輪機凝汽器水質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保護管理。近年來電力行業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上再進行氨－二甲基酮肟濕態保養。
3、防止凝結水受污染。凝結水受污染的因素有很多，要防止凝結水受污染首先應該做好機爐運行過程中的水質監督工作，盡早察覺并找出凝結水受污染的原因；盡快消除泄漏點。其次，避免和防止凝結水受污染應當防患于未燃，認真做好設備的檢修及技術改進工作：
⑴、科學選材，對于腐蝕性較大的循環冷卻水或海水，應盡可能采用全鈦凝汽器。
⑵、對于有腐蝕性循環冷卻水，應提供必要的化學或者電化學保護措施，如：對循環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相關的管子、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進行改造。如凝汽器出口冷卻水抽虹吸系統、射水泵空氣管逆止閥等。
⑸、安裝凝結水在線化學儀表及監測報警裝置，為盡早發現并消除凝結水受污染創造條件。一旦發生凝汽器泄漏，應及時查漏消缺，必要時設備須減負荷甚至停機。
⑹、凝結水受污染頻繁時，條件許可增設凝結水精除鹽裝置。
4、嚴格控制鍋爐補給水、爐水等質量標準。鍋爐補給水中的微量雜質經鍋爐運行高度濃縮后，將對鍋爐“三管”的結垢和腐蝕速率產生非常不利的影響。各廠可根據自己的實際情況，制訂本企業標準，在經濟合理的范圍內盡可能地降低補給水及爐水雜質離子的含量。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；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果表明，按此標準嚴格控制水質，鍋爐水冷壁管的結垢速率比以往有所降低。
5、改進水汽品質合格率的統計方法。針對傳統的“一維統計”方法中存在的弊端問題，技術人員提出將“運行時間”與“汽水中雜質離子含量”的乘積作為基本單位，以合格面積除以數據統計總面積來計算鍋爐水汽品質的合格率，將原來的“一維統計法”改為現在的“二維統計法”。上述統計方法同時考慮了水質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情況。為了使統計數字能夠更好地指導生產，技術人員在統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100%合格的情況下，鍋爐水質是否同時達到控制標準的目標值和企望值。
五、效果檢查
針對鍋爐化學監督中存在的“兩高現象”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監督和管道沖洗；鍋爐停備用時期的保護保養；凝汽器真空系統的消缺堵漏；鍋爐補給水及爐水的質量控制和監督等關鍵環節進行嚴格管理，化學監督管理工作由此步入正常的發展軌道。特別是最近幾年中，我廠化大成本對鍋爐水處理系統進行程控及設備增容改造，實現了鍋爐補給水、爐水、凝結水、蒸汽的在線化學儀表監測，這些技術改進，大大提高了化水生產系統的安全可靠性，改善了鍋爐化學技術監督的軟硬環境。1999年和2000年鍋爐化學檢查結果表明，我廠鍋爐“三管”結垢腐蝕和速率有所下降。割管分析數據詳見下表二：
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表中數據表明：鍋爐“三管”結垢速率有了明顯下降，其中：7＃爐水冷壁管結垢速率僅為41.3g/m2.y，達到歷史較好水平。
六、結束語
江澤民總書記指出：要從講政治、保穩定、促發展的高度，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工作的領導，全面落實安全生產責任制。企業生存和發展離不開安全，而化學技術監督工作是確保鍋爐安全生產的有利武器，抓好鍋爐化學監督工作可以有效地降低鍋爐“三管”的結垢和腐蝕速率，徹底消除運行過程中存在的“兩高現象”，不斷提高企業的經濟效益。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督注重抓“兩器”合格率、蒸汽品質等單項指標到如今抓“三管”的結垢和腐蝕速率這樣的綜合性指標，說明化學監督工作正在向前邁出堅實的一步。化學監督是一項長期、細致的管理工作，搞好化學技術監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 湖北科學技術出版社
[2]馮 敏 工業水處理技術 海洋出版社
[3]秦金藻 熱工技術手冊 水利電力出版社
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