吳 軍，盧昌江，王 偉

(中亞能源有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000)

在煉油企業(yè)中，鍋爐蒸汽系統(tǒng)是重要組成部分。大部分的工藝，如加熱、干燥或攪拌、汽提、汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)等，都需要蒸汽的連續(xù)供應(yīng)。中亞某有限責(zé)任公司現(xiàn)有4臺(tái)(1×30T/h)SZS30-1.25/280-YQ燃油蒸汽鍋爐，為全廠提供1.0 MPa低壓蒸汽，它主要包括原水預(yù)處理系統(tǒng)、產(chǎn)汽系統(tǒng)。原水預(yù)處理系統(tǒng)包括1套凈水系統(tǒng)、3套多介質(zhì)過(guò)濾器、3套反滲透系統(tǒng)。2017年，燃油鍋爐技改為油氣混燒型鍋爐，采用DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)。自2016年以來(lái)，該鍋爐熱效率逐漸降低，油耗逐漸增大,過(guò)熱段超溫嚴(yán)重，已嚴(yán)重威脅設(shè)備安全運(yùn)行。2019年，大檢修檢查發(fā)現(xiàn)，從除氧器到鍋爐給水泵，再到上下鍋筒，均有結(jié)垢，結(jié)垢面積98%以上。結(jié)垢致密厚度約5 mm，致使管徑減小約10 mm，且部分部位外表面存在不同程度的火焰沖刷和高溫腐蝕。為解決上述問(wèn)題，公司多次組織專題研究，2019年8月初，筆者有幸參加鍋爐結(jié)垢成因分析及清洗處理過(guò)程[1]。

1 原因分析

該鍋爐自2014年投用以來(lái),運(yùn)行良好。從2016年開(kāi)始該鍋爐效率逐漸降低，過(guò)熱段出現(xiàn)超溫。在2019年，大檢修檢查發(fā)現(xiàn)，從除氧器到鍋爐上水泵，再到上下鍋筒，均有結(jié)垢，結(jié)垢面積98%以上。管束、管件結(jié)垢致密厚度約5 mm，筒體結(jié)垢厚度1 mm以上。如圖1所示。

圖1 短節(jié)、管線、鍋筒等結(jié)垢情況

水垢的主要成份為：NaCl、Na2SO4、CaCl2、CaSO4、CaCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2、MgSO4、MgCl2、硅酸化合物及金屬腐蝕產(chǎn)物，如Fe2O3、FeO、CuO、Cu2O、Cu等。由于鈣鎂硬度或鐵離子不達(dá)標(biāo)，當(dāng)鍋爐在高溫高壓條件下運(yùn)行一段時(shí)間后，鍋爐水側(cè)受熱面上就會(huì)牢固地附著一些固體沉積物，這些固體沉積物就稱為水垢。其沉積量的多少取決于給水中各種鹽類的含量及特性。在一定條件下，固體沉淀物也會(huì)在鍋水中析出，呈松散的懸浮狀為水渣。在檢查中發(fā)現(xiàn)，該鍋爐不僅結(jié)垢嚴(yán)重，而且還有大量水渣，判斷是給水硬度不達(dá)標(biāo)，而且排污系統(tǒng)出現(xiàn)故障或排污過(guò)小所致。以上問(wèn)題若得不到解決，必將嚴(yán)重影響鍋爐正常運(yùn)行。

經(jīng)歷史數(shù)據(jù)分析并仔細(xì)梳理給水流程后確定，形成水垢物質(zhì)的來(lái)源為除鹽水和全廠凝結(jié)水。一方面,從分析數(shù)據(jù)來(lái)看，動(dòng)力車間對(duì)除鹽水、鍋爐水質(zhì)的控制未達(dá)到供汽輪機(jī)使用鍋爐給水的要求，除鹽水的硬度、電導(dǎo)率和鍋爐水的磷酸根均未達(dá)標(biāo)。另一方面，部分給水來(lái)源于全廠凝結(jié)水回收，理論上水質(zhì)純凈，但實(shí)際已受到污染。原因是：①金屬腐蝕產(chǎn)物的污染，特別是鐵和銅腐蝕產(chǎn)物的污染；②供熱用戶凝結(jié)水的污染，存在加熱器油品竄入凝結(jié)水系統(tǒng)；③凝汽器不嚴(yán)或其它原因?qū)е碌娜芙庋醭瑯?biāo)。

2 解決措施

面對(duì)嚴(yán)重的結(jié)垢問(wèn)題，清垢工作刻不容緩。若持續(xù)運(yùn)行，結(jié)垢將更加嚴(yán)重，導(dǎo)熱能力也越差，鍋爐產(chǎn)汽能力更低，能耗大幅度增加，且存在局部過(guò)熱而威脅鍋爐安全運(yùn)行。目前，從保證鍋爐負(fù)荷、降低能耗、提高工作效率，以及減緩鍋爐腐蝕等方面考慮，根據(jù)DL/T794-2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》，對(duì)鍋爐鍋筒、管束、過(guò)熱器及連接管道進(jìn)行化學(xué)清洗。把水垢和雜質(zhì)等沉淀物通過(guò)清洗消除，并形成一層保護(hù)膜(鈍化膜)，使鍋爐系統(tǒng)恢復(fù)產(chǎn)汽能力、提高熱效率，確保鍋爐安全運(yùn)行?；瘜W(xué)清洗過(guò)程符合《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》的規(guī)定[2]。

2.1 鍋爐清洗前的溶解對(duì)比實(shí)驗(yàn)

1)溶解實(shí)驗(yàn)：取現(xiàn)場(chǎng)鍋筒垢樣烘干后稱重10 g，分別在500 mL兩種溶液中，進(jìn)行60℃溶解實(shí)驗(yàn)，溶解60 min后，過(guò)濾殘?jiān)Q重，計(jì)算可溶物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表1)；

表1 不同混合酸溶解水垢對(duì)比

2)緩蝕效率實(shí)驗(yàn)：配置10%HCl+3%NaF混合溶液、10%HCl+3%NaF混合溶液+0.5%緩蝕劑HAI-90混合清洗溶液各500 mL，配置15.5%HCl+6.5%NaF混合清洗溶液、15.5%HCl+6.5%NaF+0.5%緩蝕劑HAI-90混合清洗溶液各500 mL，放入碳鋼試片各2片(預(yù)先酒精擦洗+測(cè)量長(zhǎng)寬厚孔徑尺寸+千分之天平稱重)，60 ℃溫度浸泡24 h后取出酒精清洗，晾干,用千分之一天平稱重，計(jì)算腐蝕速率和緩蝕效率。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同濃度混合酸對(duì)碳鋼緩蝕效率實(shí)驗(yàn)對(duì)比

由表2看出，在10% HCl+3% NaF+0.5%緩蝕劑 HAI-90 混合清洗溶液中溶解率最高，效果最好，且對(duì)碳鋼緩蝕效率最慢，緩蝕效果最好。因此，可用10% H Cl+3% Na F+0.5%緩蝕劑 HAI-90 混合清洗溶液作為本次清洗的試劑使用。

2.2 鍋爐清洗過(guò)程

根據(jù)DL/T794—2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》和《GB/T 25146—2010工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定，管線清洗流速應(yīng)為0.2～0.5m/s，不大于1 m/s；清洗泵流量在100～300 t/h。泵揚(yáng)程應(yīng)大于靜壓與系統(tǒng)流動(dòng)阻力之和，約為65 mH2O。根據(jù)上述考慮，清洗選用的臨時(shí)進(jìn)液和回液母管內(nèi)徑應(yīng)不小于100 mm，選用1臺(tái)流量為150 t/h的清洗泵。凡與清洗系統(tǒng)相連接的管道，或者全部盲板，或者全部關(guān)閉閥門(不內(nèi)漏)；清洗范圍內(nèi)的流量計(jì)、儀表閥門、不銹鋼法蘭等部件全部拆除或盲板隔離。總之，清洗系統(tǒng)與其它相連的設(shè)備、管道等都需要有效隔離，以免酸液互竄，造成安全隱患[3]。

清洗工藝：水循環(huán)檢查漏點(diǎn)和隔離情況→清洗(10% HCl+3% NaF+0.5%緩蝕劑:清洗硅、鈣鎂垢，常溫)→水頂酸及中和水沖洗(2.5%NaOH+2.5%Na2CO3)→鈍化(5%雙氧水，常溫)→水沖洗→開(kāi)工除氧→進(jìn)合格除氧水隔氧封閉系統(tǒng)?？刂棋仩t內(nèi)流速不大于 1 m/s，整個(gè)清洗系統(tǒng)先利用水循環(huán)檢查加熱系統(tǒng)沒(méi)有不暢、不通、外漏，隔離有效，鹽酸、氫氟酸、堿液除了流經(jīng)清洗的密閉設(shè)備和管道，不流經(jīng)或泄漏到任何其它部位，有效保護(hù)人身及系統(tǒng)安全。做好清洗過(guò)程中監(jiān)測(cè)和記錄的項(xiàng)目及控制要求等[4]。

2.3 清洗過(guò)程中的監(jiān)控重點(diǎn)及清洗質(zhì)量指標(biāo)

首先，化驗(yàn)室要做好各種試劑的調(diào)配、掛片腐蝕速率計(jì)算、監(jiān)測(cè)清洗過(guò)程中混合酸濃度變化并做好記錄。其次，設(shè)備管理人員跟蹤做好管束測(cè)厚工作，記錄好數(shù)據(jù)，頻繁檢查各處密封點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理或退守。最后，相關(guān)人員記錄好每個(gè)清洗階段的時(shí)間及每一步工作安排。在清洗過(guò)程中，由于清洗液的不斷消耗，污垢溶解進(jìn)入溶液，清洗液的成分發(fā)生很大變化，其成分的變化直接影響到溶垢的效果和緩蝕劑的緩蝕效果。溶垢速度也隨著清洗液有效濃度的降低而降低，緩蝕效率也受到溶垢量的影響而下降。為了保證一定的清洗溶垢速度，減少基體的腐蝕程度，并保證鈍化效果，當(dāng)清洗液消耗到一定量，污垢溶解到一定程度時(shí)，就需要補(bǔ)加清洗劑、更換清洗液。只有定時(shí)檢測(cè)變化后清洗液的主要成分，才能很好地把握好更換清洗液、補(bǔ)加清洗劑的時(shí)機(jī)[5]。

質(zhì)量指標(biāo)：清洗碳酸鹽或氧化鐵除垢面積達(dá)結(jié)垢面積的85%以上；清洗硅酸鹽或硫酸鹽除垢面積達(dá)結(jié)垢面積的60%以上；用腐蝕試片測(cè)量的金屬腐蝕速度的平均值小于6 g/(m2·h)，腐蝕總量不大于 80 g/m2；表面應(yīng)清潔并形成良好的鈍化膜，金屬表面不出現(xiàn)二次浮銹，無(wú)點(diǎn)蝕；清除鍋爐內(nèi)清洗物后已經(jīng)松動(dòng)或脫落的殘留垢渣，疏通受熱面管子；對(duì)于清洗前已經(jīng)堵塞無(wú)法清洗疏通的，應(yīng)當(dāng)修理更換，以確保所有的受熱面管子暢通無(wú)阻。

2.4 實(shí)際清洗效果及鍋爐效率恢復(fù)情況

本次化學(xué)清洗，總體達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，符合清洗質(zhì)量指標(biāo)的要求。各處結(jié)垢基本完全溶解，底部水渣等沉淀物均已沖洗干凈，表面清潔并形成良好的鈍化膜。清洗后效果如圖2所示。各處管束腐蝕情況如表3所示。

圖2 短節(jié)、管線、鍋筒清洗后效果

表3 鍋爐清洗過(guò)程各處管束腐蝕情況

3 結(jié)語(yǔ)

本次清洗效果良好，生產(chǎn)效率恢復(fù)至設(shè)計(jì)狀態(tài)，鍋爐運(yùn)行狀態(tài)良好未見(jiàn)異常。由此可見(jiàn)，本次清洗達(dá)到了預(yù)期效果。并對(duì)除氧水及凝結(jié)水控制指標(biāo)按照供汽輪機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂并加強(qiáng)加藥、排污、化驗(yàn)等管理主要是做好一下工作。

3.1 搞好給水處理

給水中的溶解氧、鐵離子和過(guò)低的pH都會(huì)促進(jìn)鍋爐金屬發(fā)生腐蝕。因此給水應(yīng)盡量除氧；給水pH應(yīng)大于7；對(duì)于回收蒸汽冷凝水作給水的，應(yīng)注意控制鐵離子含量，適當(dāng)排放至含鐵量合格后才能作為鍋爐給水。

3.2 保持鍋水水質(zhì)達(dá)到合格

3.3 給水的除氧

給水除氧是防止鍋爐金屬腐蝕，保證鍋爐熱力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施之一。目前，除氧處理常用的方法主要有熱力除氧、真空除氧、化學(xué)除氧及其他新開(kāi)發(fā)的除氧方式等，其中最常用的是熱力除氧。