胡定永

（吉林石化公司電石廠丙烯酸酯車間，吉林吉林132021）

一起廢熱鍋爐爆管泄漏原因分析及對策措施

胡定永

（吉林石化公司電石廠丙烯酸酯車間，吉林吉林132021）

充分利用裝置生產(chǎn)過程中的余熱來產(chǎn)生蒸汽，達到降低蒸汽能耗的目的。分析廢熱鍋爐運行中出現(xiàn)的一起列管爆管事故，查找引起爆管及鍋爐水水質(zhì)發(fā)生異常的原因，找出解決辦法。改善廢熱鍋爐水質(zhì)指標，保證鍋爐設(shè)備長周期穩(wěn)定運行。

廢熱鍋爐；結(jié)垢；對策

0 前言

2011年3月，丙烯酸裝置廢物焚燒系統(tǒng)后部廢熱鍋爐汽包下面出現(xiàn)嚴重漏水，導(dǎo)致廢氣焚燒爐緊急停車檢修。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)廢熱鍋爐列管有5根（管徑38×3 mm，材料20#鋼）被燒斷，造成95℃脫鹽水大量外漏。拆卸外漏的列管檢查，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)嚴重堵塞，內(nèi)有一層灰白色膏狀物，質(zhì)地堅硬。將堵塞物經(jīng)破碎后檢測，其主要成分為CaSO4和SiO2，其中CaSO4含量在50%左右。該廢熱鍋爐已經(jīng)連續(xù)運行20年，列管內(nèi)結(jié)垢物堵塞造成水流不暢，列管外壁受煙道氣腐蝕致管壁減薄，列管外溫度高，造成列管的高溫干燒等綜合作用，是造成本次爆管事故的主要原因。圖1是廢熱鍋爐列管外觀圖。

1 廢熱鍋爐工藝流程簡介

鍋爐為尾氣焚燒系統(tǒng)的撤熱設(shè)備，采用壓力1.5 MPa的泵輸送95℃鍋爐給水進入廢熱鍋爐，通過與焚燒后的煙道氣換熱產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽壓力0.5 MPa，設(shè)備管程介質(zhì)是水+蒸汽；管外介質(zhì)是燃燒煙氣；鍋爐操作壓力0.5MPa；鍋爐操作溫度160℃；煙氣入口溫度700～800℃；給水溫度95℃；本體材料20#鋼，系統(tǒng)工藝流程見圖2。

2 裝置鍋爐運行現(xiàn)狀

自裝置1992年開車以來，廢熱鍋爐已經(jīng)連續(xù)運行20年，2010年停車期間檢查時，曾發(fā)現(xiàn)過爐管有減薄和泄漏的部位，當時檢修時對減薄和泄漏的列管進行了維修和部分更換。由于鍋爐外壁為燃燒分解的丙烯酸煙道氣，根據(jù)工藝氣體的成分來看，含有少量的乙酸等酸性氣體，加之鍋爐本體材料為普通碳鋼，采用渣油作為動力燃料，可能存在因渣油壓力不穩(wěn)定導(dǎo)致生產(chǎn)波動時有燃燒不完全的酸性煙道氣腐蝕外管壁的問題。當時考慮到此問題后，僅從煙道氣燃燒不完全上進行了分析，認為造成減薄和泄漏的主要原因是煙道氣燃燒不完全，含有酸性氣體介質(zhì)腐蝕，并未進一步分析其他方面，如循環(huán)水串漏導(dǎo)致水質(zhì)變化的原因，也未引起足夠的重視，在一定程度上留下了安全隱患。另外，因檢修經(jīng)費緊張，鍋爐一直未得到整體更換。與此同時，公用工程中的循環(huán)水系統(tǒng)處理不徹底、硬度高，給蒸汽冷凝器使用循環(huán)水。冷凝器使用20年后，也出現(xiàn)不同程度的泄漏。只能修補已發(fā)現(xiàn)的泄漏部位，運行一段時間后，其他部位又出現(xiàn)泄漏，致使硬度高的循環(huán)水串入鍋爐給水系統(tǒng)，加速了水垢的形成，最終釀成事故。多種隱患綜合產(chǎn)生的結(jié)果在本次事故中徹底暴露出來，造成系統(tǒng)緊急停車事故。圖3為裝置鍋爐管壁結(jié)垢情況照片。

圖1 廢熱鍋爐列管外觀圖

圖2 系統(tǒng)工藝流程

圖3 鍋爐列管外壁結(jié)垢情況照片

3 廢熱鍋爐爆管原因分析

焚燒系統(tǒng)停車后，對產(chǎn)生爆管泄漏的列管取出，送專門的檢測機構(gòu)對列管的壁厚進行了檢測，發(fā)現(xiàn)泄漏部分的列管壁厚普遍低于管壁壁厚標準3 mm，有的甚至達到了0.2 mm，并有不同程度的凹坑出現(xiàn)在管壁表面，見圖4。

根據(jù)管壁厚度檢測結(jié)果和外壁腐蝕減薄情況，并結(jié)合焚燒爐歷年運行情況，尤其是在冬季燃料油經(jīng)常帶水發(fā)生波動而停車，停車后由于人員經(jīng)驗和操作技能的影響，尾氣繼續(xù)進入焚燒爐而未及時切斷，此時進入的尾氣未經(jīng)過焚燒，直接進入后部，對列管表面產(chǎn)生酸性腐蝕。所以，生產(chǎn)波動導(dǎo)致的酸性腐蝕是造成此次事故的原因之一。通過對列管取出物進行檢測，灰白色膏狀物為CaSO4和SiO2，其中CaSO4含量在50%左右，質(zhì)地較硬，不溶于水，由此可以判斷產(chǎn)生結(jié)垢的原因是給水水質(zhì)被破壞，產(chǎn)生嚴重結(jié)垢堵塞列管，遇到高溫干燒，使得列管發(fā)生腐蝕減薄的部位被燒斷而漏水。

針對此次事故，就列管腐蝕減薄和堵塞的原因進行了討論，一致認為是3個原因所致。

（1）裝置鍋爐水系統(tǒng)硬度和電導(dǎo)率一直偏高，而且外供脫鹽水水質(zhì)達標，排除了此種可能，根據(jù)冷凝器的使用情況判斷是列管發(fā)生泄漏，使得本來用于換熱的循環(huán)水串入鍋爐給水，而鍋爐給水硬度高使換熱器結(jié)垢，影響傳熱，使鍋爐效率降低和產(chǎn)生爆管的可能，縮短使用壽命。若給水水質(zhì)不達標，水質(zhì)中含鹽、硬度高，則會嚴重影響鍋爐的安全運行，會使鍋爐列管結(jié)垢，蒸汽品質(zhì)惡化。輕則影響換熱效果，縮短使用壽命，重則發(fā)生爆管等安全事故[1]。

（2）由于動力燃料渣油不穩(wěn)定，導(dǎo)致焚燒爐經(jīng)常波動而頻繁的開停車，使得含酸性的尾氣未能及時切斷而直接進入廢熱鍋爐，腐蝕列管表面，日積月累，致使列管外壁減薄而泄漏。

（3）由于結(jié)垢的形成，傳熱能力顯著降低，在水流緩沖區(qū)水垢越積越厚甚至堵塞，使得列管壁溫度升高，承壓強度也會隨之降低[2]，加之常年腐蝕減薄等綜合作用，造成列管被干燒破裂。

4 鍋爐結(jié)垢的原因分析

2011年裝置停車大檢修期間，重點檢查廢熱鍋爐的列管，更換了減薄和腐蝕的變形的列管，對列管壁附著的一層灰分進行取樣檢測，發(fā)現(xiàn)含有微量的丙烯酸和乙酸；同時對整個鍋爐給水系統(tǒng)進行全面排查。在拆卸蒸汽冷凝器封頭時，發(fā)現(xiàn)蒸汽冷凝器列管大量漏水。經(jīng)冷凝后的回流入鍋爐給水罐的水與外供脫鹽水進行對比后，發(fā)現(xiàn)硬度明顯偏高。由此確認循環(huán)水串漏，對串漏的8根列管進行堵塞處理。泄漏及腐蝕的冷凝器列管見圖5。

根據(jù)本次檢修問題的發(fā)現(xiàn)并結(jié)合鍋爐水水質(zhì)分析中硬度的變化情況，確認循環(huán)水串漏是造成鍋爐水水質(zhì)超標從而導(dǎo)致結(jié)垢的主要原因。而循環(huán)水場的循環(huán)水已有2年未經(jīng)過有效徹底的處理，水中的鈣、鎂鹽進入鍋爐，受熱分解成難溶物沉淀吸出，牢固地粘接在受熱面內(nèi)壁上[3]，形成密實的水垢。日積月累，水垢越積越厚，加之列管外壁受含酸性的煙道氣沖刷腐蝕，最終導(dǎo)致斷裂而漏水的緊急停車事故。

圖4 廢熱鍋爐列管外壁腐蝕情況

5 應(yīng)采取的預(yù)防對策措施

（1）加強鍋爐給水水質(zhì)分析，從源頭上進行預(yù)防。把好上游脫鹽水水質(zhì)和蒸汽冷凝液水質(zhì)分析達標，對蒸汽冷凝器一旦發(fā)生泄漏，應(yīng)立即進行檢修或更換，杜絕帶病運行，不留安全隱患。對與循環(huán)水發(fā)生串聯(lián)的蒸汽系統(tǒng)管線，要設(shè)置雙聯(lián)閥，并堵加盲板加以隔離，防止串漏。

（2）加強鍋爐排污管理。由于水垢的形成過程是一個漸進的過程，所以在初期形成的碳酸鹽水渣，通過加大排污量和排污操作頻率，比較容易除去，

（3）加強焚燒爐的穩(wěn)定運行，減少波動。穩(wěn)定好動力燃料，控制爐膛溫度應(yīng)≥700℃，保證尾氣中的有機物充分焚燒，降低對列管外壁酸性腐蝕發(fā)生的頻率，或者在尾氣進入焚燒爐的管道上設(shè)置緊急切斷閥，一旦焚燒爐停車，該切斷閥與焚燒爐停車信號聯(lián)動，立即切斷尾氣，縮短人為的反應(yīng)時間，降低未參與焚燒的尾氣直接腐蝕列管外壁的可能性。

（4）進行工藝改造，使用清潔燃料。通過技術(shù)改造，使用更為清潔的燃料（如天然氣）替代渣油，通過降低焚燒爐波動的頻率來降低對列管外壁酸性腐蝕發(fā)生的頻率。

（5）加入除垢劑，根據(jù)本次廢熱鍋爐垢樣的分析結(jié)果含硫酸鈣和硅酸鹽較多的實際，選用目前較先進的聚羧酸類阻垢分散劑和有機膦系列阻垢劑法處理。

從2011年檢修后，車間更加重視鍋爐給水水質(zhì)的影響，先后采取了一系列控制措施，如2012年實施了天然氣替代渣油的技術(shù)改造，極大地提高了焚燒爐的操作穩(wěn)定性；2013年對與循環(huán)水串聯(lián)的系統(tǒng)進行了全面檢查確認，設(shè)置了雙聯(lián)閥并堵加盲板，杜絕串漏的發(fā)生；2013年更換了該廢熱鍋爐；2014年更換了使用循環(huán)水換熱產(chǎn)生列管泄漏的蒸汽冷凝器；2014年相關(guān)責(zé)任部門對循環(huán)水場進行改造，重新預(yù)膜和加藥處理，使循環(huán)水水質(zhì)中的鈣離子、鎂離子、鐵離子和二氧化硅含量達標。

2014年通過對循環(huán)水系統(tǒng)進行加有機膦系列除垢劑處理并更新蒸汽冷凝器后，各項指標效果變化明顯。到2015年1月處理后的鍋爐水水質(zhì)pH值（25℃）=7.2，控制標準pH值7～9.3；硬度（CaCO3）15 μmol/L，控制指標≤50 μmol/L；電導(dǎo)率（25℃）= 7 μs/cm，控制標準≤8 μs/cm；總鐵含量0.2 mg/L，控制標準≤0.5 mg/L；堿度62 μmol/L，控制標準≤1400 μmol/L。

通過上述一系列措施的實施，在2015年檢修時，廢熱鍋爐給水管道無明顯結(jié)垢情況，列管無堵塞，外壁未曾受到腐蝕減薄。

圖5 冷凝器列管腐蝕及泄漏情況

6 結(jié)束語

通過裝置發(fā)生的廢熱鍋爐列管爆管事故，分析事故原因，提出系列預(yù)防措施。通過實施措施前后對比，驗證了措施的正確性，對延長鍋爐運行壽命效果明顯。

［1］沈文朋.王蓉.張合生，等.廢熱鍋爐換熱管爆管事故分析及防止措施[J].化工機械，2014，41（2）.

［2］李杰.顧素蘭.陸頻.一起鍋爐爆管原因分析及對策[J].化工裝備技術(shù)，2014，35（6）.

［3］江德山.水垢與鍋爐爆管[J].民營科技，2013，（1）：26.

［4］呂長欽.丙烯酸及酯生產(chǎn)與管理[M].北京：中國石化出版社，2009.

［5］陳敏恒等.化工原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

〔編輯 利文〕

TH17

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.16