浅谈常压热水锅炉水质处理重要性.doc

浅谈常压热水锅炉水质处理的重要性【摘 要】针对一次常压锅炉酸洗过程中发现的结垢、腐蚀情况，阐述了锅炉在运行中进行水质处理的重要性以及探讨酸洗除垢应注意的几点问题。【关键词】常压锅炉 腐蚀 结垢 酸洗 水质处理一、前言常压锅炉体积小、重量轻、结构简单、事故率低、安全可靠，在工业生产及生活中被广泛使用。但由于用水量大，且没有防腐设备或可靠的除氧措施，水中的氧和二氧化碳均处饱和状态，对锅炉造成很强的腐蚀性。在日常的锅炉监督检查和检验工作中，我们发现大多数常压锅炉在锅炉内受热面各个系统中均不同程度存在大小不等腐蚀或呈均匀的小麻点，对锅炉的安全构成了威胁。通过近几年的调查报告显示，约有三分之一的锅炉使用单位，未进行水质处理，特别是偏远地区更为严重；而采用水处理的单位，效果较好的和效果不明显的各占一半。未进行水处理的单位，大部分是对水处理的认识不足，缺乏产品和技术，进行水处理效果不明显的情况各异：有的是采用的方法不适应水质的要求，将循环水冷却的药剂用锅炉；有的是药剂质量问题；有的是药剂失效；有的是操作方法不正确。对未进行水处理和进行水处理而效果不明显这两种情况，归纳起来是缺乏水处理的认识。一般热水锅炉使用二、三年后就会出现明显的金属腐蚀现象，发生红水或泄露。因此，对低压锅炉进行必要的水质处理显得尤为重要。二、锅炉腐蚀情况吐哈油田井下公司鄯善“温吉桑”、“台参一”两个油区生活点所安装锅炉主要为生活点提供热水和采暖热源。“台参一”两台，锅炉型号为CWSG常压煤、气两用高效生活热水锅炉，热功率0.7MW，供开水量5000kg/h，出厂日期分别为2003年9月和2004年10月。“温吉桑”两台，锅炉型号为CLRS，热功率0.7MW，供开水量5000kg/h，额定水温9070，出厂时间分别为2003年9月和1997年10月，陕西渭南秦牛锅炉厂制造，燃料均为石油天然气。通过对四台常压锅炉中两台的现场观察、取样、拍照（其中两台正在运行），发现该锅炉结垢和腐蚀较为严重，锅炉管壁和传热管上结有疏松的垢层和泡状的氧化腐蚀斑点，垢层表面颜色为土黄色，底部呈褐色和黑色。垢层厚度58毫米，结垢覆盖率100%。据现场向有关人员介绍，该四台炉由于结垢严重，曾于2003年进行了清洗，但运行一个采暖周期后又出现严重的结垢现象。经化验确定，结垢主要成分为三氧化二铁（70）和碳酸盐水垢（30）。通过对锅炉腐蚀面大多为50100mm的溃疡腐蚀，铲除腐蚀物，发现多处剩余壁厚为1.52.0mm，个别部位管壁残余厚度仅为0.50.8 mm。 根据对水垢和氧化层化验分析，此锅炉产生如此严重腐蚀，主要原因是对锅炉进行酸洗后钝化处理未达到要求，加剧了锅炉腐蚀速度，产生二次腐蚀，其次是未进行合理的水处理措施。图1 “温吉桑”锅炉腐蚀情况图2 “台参一”锅炉腐蚀情况图3 泵出口短节内结垢情况三、结垢和腐蚀原因分析（一）运行维护保养操作造成锅炉腐蚀的原因分析1、由于锅炉用途的特殊性，锅炉给水和循环水未经过任何水质处理或以化学清洗代替锅炉正常的水处理工作，是结垢的主要原因。 2、不根据锅炉结垢情况而由无相应清洗资质的单位或锅炉使用单位进行清洗，因清洗方式、除垢效果不足而造成对锅炉金属的损伤。主要原因为酸洗后钝化处理没有达到要求造成表面锈蚀的状况：图4钝化处理未达到要求造成锈蚀的状况3、锅炉运行方面。运行方式不合理，锅炉保养跟不上等，导致锅炉受压部件的氧腐蚀现象十分严重。在运行中的日常排污、清灰，尤其是锅炉维护保养方面不到位。如停炉后不注意维护保养，造成吸氧腐蚀。锅炉停用，有的装满生水，有的随意裸露在大气中，这样由于保养不善或不保养，停炉状态下的腐蚀往往比运行状态下更严重。酸洗后防锈蚀保养工艺不落实而造成二次锈蚀的状况：图5保养工艺不落实造成二次锈蚀的状况4、锅炉未按标准要求进行定期排污。5、除垢效果与锅炉的操作有直接的关系，同时与选择质量可靠的水处理产品也有十分重要关系。该四台锅炉均为常压锅炉，在思想上容易造成麻痹，并且由于常压锅炉水处理设备和安全附件配备的不完善，更容易发生如腐蚀、结垢问题。腐蚀会造成锅炉管壁的减薄，使锅炉的耐压能力下降；结垢容易造成锅炉内水路堵塞，使局部金属过热而产生汽化，发生爆炸事故，同时，大量浪费能源，无形增加运行成本。（二）氧和二氧化碳对锅炉腐蚀的原因分析1、大量补入的原水未采用钠离子交换软化和未采用任何除氧方式。常压锅炉需要大量均衡连续的给水，当补给水水质达不到标准规定要求，补给水中的重碳酸盐在炉内加热的过程中产生二氧化碳；或在直接补入生水的过程中，即补进了溶解氧，对锅炉金属壁面产生腐蚀。2、单独采用软化水设备不采用其它措施，也是锅炉使用寿命缩短的主要原因之一。一种习惯性的认识是：原水经过软化后，水的PH值提高了，因而水的腐蚀性也降低了。实际上，锅炉钢在原水软化后的腐蚀性更大，按照锅炉腐蚀标准，属于事故性腐蚀级。为什么说软化水比原水腐蚀性更大，因原水中含有天然缓蚀剂重碳酸钙，它是一种阴极性缓蚀剂，当在钢表面同阴极反应产物氢氧根离子相遇时，即生成碳酸钙沉淀而覆盖于阴极表面。由于阴极过程被抑制，钢的腐蚀速度减小。当原水被软化后，随着硬度成分被除去，水中原有的天然缓蚀剂已不存在，因而水的腐蚀性增加了。同时，腐蚀产物覆盖于金属表面而成垢的情况变得严重了，因此，对使用软化水的锅炉，更有必要采用防腐蚀措施。3、PH值过低，加速了金属壁腐蚀。如果锅炉给水能够达到标准规定要求，金属壁既使有腐蚀也是均匀腐蚀，即当PH=1012时，金属具有坚硬的氧化保护层，可大大减缓腐蚀，甚至避免腐蚀情况的发生。但是当PH值7时，氧分子、氢离子、氯离子等作为腐蚀介质都很活跃，由于水中氧分子、氢离子、氯离子的存在，就使锅炉受热面产生了腐蚀；同时二氧化碳溶于水也会降低PH值。4、水温的影响。锅水的温度高，钢材表面温度也高，则Fe2+在水溶液中的扩散速度加快，电解质水溶液的电阻降低。由于氧腐蚀的基本原理是靠扩散，扩散速度愈快，氧腐蚀速度亦快。对于常压锅炉来说，腐蚀速度随着水温的升高，局部腐蚀的程度和速度明显加快，当温度升高到脱氧温度（1000）以上时，气体氧随蒸汽进入蒸汽系统，水侧的腐蚀相应减小。（三）、管理不善导致锅炉的使用寿命缩短，能耗上升，发生事故，增加维修费用，生产和供暖得不到及时保障。四、腐蚀产生机理和特征腐蚀产生机理和特征：按机理，腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。一般化学腐蚀无电流产生，而电化学腐蚀伴有电流的产生。对锅炉受压元件来说，水侧以电化学腐蚀为主，火侧（或烟气侧）以化学腐蚀为主。氧腐蚀实际上是一种电化学腐蚀，其机理为：由于锅水是一种有极性的电解质，在水的极性分子的吸引下，钢材表面的一部分铁原子，开始移入炉水而成为带正电的铁离子，而钢材上保留多余的电子带负电荷。若铁离子不断进入锅水，则使钢板（管）上逐渐出现坑洞，产生了腐蚀。锅水中的溶解氧具有去极化作用，会使这一过程加剧。而去极化作用的强弱与含氧量多少有关，也就是说溶解氧的含量多少决定着腐蚀的强弱，且两者成线性正比关系，如图6所示。溶解氧含量腐蚀速度图6 水中氧含量与腐蚀速度关系曲线腐蚀机理化学反应：Fe+2 H2O =Fe(OH)2+H22H2+O2=2H2O4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3另外，水中的溶解氧又是阴极去极化剂，即：O2+4e+2H2O=4OH所以氧腐蚀速度与水中含氧量成正比。由于溶解氧本身是阴极去极化剂，对金属的危害十分严重；而二氧化碳在水溶液中呈酸性，直接破坏金属表面保护膜，加速了氧对金属的电化学腐蚀。在天然水中，碱度主要由HCO3的盐类如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2组成，这些重碳酸盐（暂时硬度）在锅炉中经过一系列的变化，在水中产生二氧化碳和碳酸，从而引起锅炉内表面腐蚀。特别是有些使用单位对原水不进行任何处理，直接送入锅炉，在锅炉内被加热的过程中，重碳酸盐生成的重碳酸铁Fe(HCO3)2对锅炉产生腐蚀。换句话说，只要水中存在CO2，腐蚀铁的反应就会一直进行下去，直到CO2消耗完为止。重碳酸铁Fe(HCO3)2溶解于水。如果水中不存在O2，那么，Fe(HCO3)2以溶解液状态被加热分解，产生沉淀物Fe2O3（红锈），它是松散的水渣，通过排污排掉。这种腐蚀的特点是内表面腐蚀均匀，呈现光亮。如果水中存在O2，那么O2就和Fe(HCO3)2反应，产生二氧化碳。即：4Fe(HCO3)2+O2+2H2O4 Fe（OH）3+8CO2Fe(OH)3又与水溶液中的Fe(OH)2相互碰撞后生成Fe3O4（黑锈）保护膜。新产生的CO2又变为碳酸，破坏保护膜，腐蚀内表面。反应反复进行，直到O2全部消耗完为止。实验表明，即使存在少量的O2，也明显加快了腐蚀进程。二氧化碳的产生除与直接进入锅炉的原水有关外，还与是否采用除氧方式有关，当采用热力式除氧时，软化水在系统外先被加热，当水温达到60以上时，重碳酸钠NaHCO3就开始分解出Na2CO3和CO2，CO2及原水中游离的O2、N2等气体在除氧器中被除掉，不进入系统，重碳酸盐则以NaCO3形式进入系统。如果不采用任何除氧方式，那以NaHCO3未分解直接进入锅炉，在炉内被加热分解，产生二氧化碳。五、防腐蚀措施（一）、选择有效的水处理方式1、采用锅外化学处理一钠离子交换软化法的同时，增设有效的除氧装置，除去水中的溶解氧。一般采用化学除氧，常用的化学试剂有亚硫酸钠、亚硫酸钠加催化剂、联胺等。并定期化验，使锅水含量控制在标准范围内。2、在生活热水锅炉的供水采用磁场软化处理法进行水处理，其特点是不向锅炉给水中添加任何化学药剂，而是用改变水本身以及所含杂质的物理性质的方法，达到锅炉不结垢或少结垢的目的，除垢效果与锅炉的操作有直接的关系，同时与选择质量可靠的水处理产品有十分重要关系。3、采用炉外加热法。这种方法简单易行，是对原水（正常运行主要是补水）在炉外进行加热，而不是进行钠离子交换。由于加热，原水中重碳酸盐被分解出CO2以及其它气体，同时形成沉淀物，CO2以及其它气体通过上部排气孔排掉，沉淀物通过下部排污阀泄掉。这样，补水中不会再含有NaHCO3或Na2CO3，并且不管热煤参数如何，系统内都不会再产生CO2，从而避免腐蚀。同时根据重碳酸钙、镁沉淀析出的原理，也可以避免在炉内形成水垢，满足防腐、防垢的要求。炉外加热的设备应考虑到自身结垢和除气的问题，最好采用蒸汽混合式加热的方法，通过蒸汽将补给水的温度加热到沸点，在充分分解重碳酸盐的同时，将气体放掉。水箱和加热器可使用塑料等耐腐蚀材料，以便定期以酸洗的方式除掉水箱内表面及加热器上的水垢。4、充分利用邻近锅炉的排污水。由于锅炉防止腐蚀主要是消除补水中的CO2和游离O2，那么就可以在一个同时设有2台以上锅炉的锅炉房内，对邻近锅炉的排污水通过沉淀，排出水渣后，再作为补给水使用。这样一方面可以对邻近锅炉的排污水进行二次利用，另一方面又可以满足补水的水质和防腐要求。5、采用锅内加药处理，控制锅水PH值。这是系统防腐的必要条件，同时也是最简单、最有效的方法。当锅炉循环水PH值低于10时可增加磷酸三钠、碳酸钠或氢氧化钠药剂量进行调整，将PH值控制在1012之间，使锅水中的钙、镁离子形成疏松的水渣，通过排污的方式排出炉外。6、充分保证除氧器的运行效果，以减少水中溶解氧的含量。（二）运行维护保养操作认识1、做好停炉保养工作是防止锅炉腐蚀的有效途径之一。由于保养不善或不保养，停炉状态下的腐蚀往往比运行状态下更严重。因此，做好停炉保养工作是防止氧腐蚀的有效途径之一。通常短期停炉采用湿法保养，长期停炉采用干法保养。干法保养是将受热面水垢和烟灰清除后，将盛装块状氧化钙（生石灰）或氯化钙的容器放在锅筒、炉膛及烟道中，同时将检查门、炉门、出灰门以及通用挡板加以密封，防止潮气进入；并及时更换失效的干燥剂。2、对于热水锅炉尽量减少系统泄漏失水量，从而减少系统的补水量，最好使补水量控制在系统循环水量的0.5%以内；3、在热水锅炉的循环系统中设置合适有效的放气装置；4、锅炉要定期排污，每班至少要排污一次。5、根据锅炉结垢情况及时由具有相应资质的清洗单位进行清洗，以避免因清洗方式、除垢效果不足而造成对锅炉的金属损伤。在我们制定清洗方案时，依据该锅炉垢层性质和运行特点，选取有效的清洗介质、缓蚀剂和钝化剂，以提高除垢率、降低腐蚀速度，并考虑到以最大限度减少对环境的影响和危害，我们以选取无毒、无害的药剂来满足排放标准。清洗后还要进行必要的水质化验、排污等处理。（三）管理方面1、将采暖锅炉和生活水锅炉独立运行，便于对采暖水质进行处理，一方面延长锅炉使用寿命，降低运行成本；一方面提高锅炉的安全使用系数。2、加强水质处理和化验的跟踪监督，确保系统的安全、经济运行。3、依据锅炉水处理监督管理规则第二条“本规则适用于以水为介质的固定式