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锅炉化学监督“两高现象”初探

http://www.chinaqingxi.com    中国清洗网    时间:2005-12-29 15:54:49
    锅炉化学监督“两高现象”初探
    衢州明锋化工有限公司
    http://www.qzdaxiang.com.cn/
    
    谪要:锅炉汽水品质合格率高、“三管”结垢速率亦高是电力生产过程中存在的普遍现象,本文对锅炉 “两高现象”进行了一些分析和探索,提出解决这一问题的措施和建议,通过实践大大降低了锅炉“三管”的结垢速率,使“二高现象”得到了一定程度的改善。
    关健词:锅炉  化学监督  腐蚀结垢  两高现象
    一、前言
    锅炉是热电企业生产的常用设备,它是我国国民经济发展的生命线之一。锅炉是压力容器,也是一种高能耗的设备,锅炉在生产和运行过程中必须做好技术监督管理工作,以防发生各类事故,造成国家和人民的生命财产的巨大损失。
    二、问题的发现
    巨化热电厂是巨化集团公司内部的一个自备电厂,总装机容量为244MKw.h。近些年来该厂水汽品质合格率均在99%以上,但大修锅炉“三管”和汽轮机化学监督检查结果表明,水冷壁、过热器等炉管结垢速率比较高,汽轮机叶片结盐结垢情况严重。锅炉“三管”向火侧结垢速率情况详见表一。这种水汽品质合格率高,锅炉“三管”结垢速率亦高的现象业内人士称之为“两高现象”。“两高现象”说明在锅炉的使用和运行过程中,化学技术监督管理工作存在着明显漏洞,为了确保锅炉的安全生产,不断降低能耗,必须努力降低锅炉“三管”的结垢和腐蚀速率,彻底消除锅炉生产中存在的“两高现象”。
    
            巨化热电厂锅炉“三管”结垢速率一览表       表一 
    炉   号 3#炉 4#炉 5#炉 6#炉 7#炉
    年   份 1998年 1997年 1998年 1998年 1997年
    水泠壁管向火侧结垢速率 77.6 158 51.4 113.5 80.2
    过热器管向火侧结垢速率 167 123 54 55.5 104
    省煤器管向火侧结垢速率 41.8 70.9 37.8 71.9 74.3
    注:“三管”向火侧结垢速率单位为g/m2.y
    
     三、产生“两高现象”的原因分析
      1、传统统计方法不能准确反映锅炉水质的真实情况。目前电力行业普遍使用的水汽品质合格率统计方法是:将某台机组化学控制项目的月度测定合格次数N除以测定总次数M,再乘以100%作为该机组监测项目的单项合格率η。例如:按照GB14159-89《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》和SD-88《化学监督制度》进行锅炉给水的质量品质控制,其中铁指标的测定要求每月不少于4次;现每月测定8次,有2次超标,则该炉给水铁指标月度合格率为:
    
    η = 100 % × N ÷ M = 100×(8-2)÷8 = 75 %
    这种统计方法反映的是该项指标在某一统计时段内合格的频度,即超标的次数越少,合格率就越高。由于它未考虑超标指标的幅度问题,因而它不可能充分反映锅炉水质的真实情况。譬如:上述铁指标合格标准为30μg/l,而二次超标的值分别为31μg/l和300μg/l,显而易见二者是不能等价的,它们对炉水的影响存在着较大的差别。但用传统的水汽品质合格率统计方法进行统计,两者都算一次超标,它们却是同等的,有人形象地称之为合格率“一维统计法”。
    传统的水汽品质合格率统计方法只能进行合格与否的判断,其不足之处是不能反映水质超标的严重程度。当凝汽器发生泄漏或锅炉补给水劣化而导致炉水品质迅速恶化时,此时锅炉的水汽品质足以使锅炉“三管”发生腐蚀结垢乃至爆管等事故,但在生产实际中因其超标时间短,被监测指标不合格次数少,相对而言统计出来的水汽品质合格率仍然很高。传统的水汽合格率统计方法给人以“锅内水质良好,按此方式运行正常”的假象,因而在日常化学技术监督工作中存在着锅炉水汽品质合格率高、 “三管”结垢速率亦高这一现象也就不难理解了。
    2、机组启动时对水汽品质把关不严是产生“二高现象”的一个主要原因。尽管GB14159-89《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》和SD-88《化学监督制度》明确规定机组启动时应按标准控制回收水质,但有时因种种原因这一标准不能严格执行。比如:汽轮机启动时凝汽器的回收标准是:硬度≤5μg/l;铁≤100μg/l;铜≤30μg/l,在实际工作中,硬度指标很快就能合格,铜指标次之,而铁指标合格就难了。在汽轮机冲转的初期,凝结水含铁量高达1000μg/l以上,凝结水只能排放不对其回收。铁指标合格,往往需要8个小时左右的时间,在这期间如将凝结水全部排放,因除盐水箱容量、制水设备能力有限,水处理供水会发生困难。如果将锅炉等其它设备压负荷运行,由烧煤改为烧油,则又很不经济。有时临修时间紧,留给开机的时间有限,凝结水也只好降低标准进行回收了。在多数情况下,机组启动回收凝结水铁含量在200μg/l至300μg/l之间,如监督把关不严个别情况凝结水铁含量可达500μg/l以上,这些铁被带进锅炉,会在炉管表面形成水垢,从而加快了炉管的结垢速率。根据标准,开机生炉初期水质数据不被统计到合格率中去,即按传统方法统计不会显著降低锅炉的水汽品质合格率。
    3、停炉保护方法不当或不及时是产生“二高现象”的另一个主要原因。传统的停炉保护方法很多,其中为电力行业常用的有:热炉放水法、给水充压保护法、氨-联氨保护法等。近年来电力行业又推行了十八胺停炉保护法及氨-二甲基酮肟充水保护法。这些方法简单易行,故也为其它行业的厂家所用。如果停炉保护方法掌握得当,工艺合理,它在一定程度上能够有效抑制锅炉停运时期“三管”的氧腐蚀问题。但如果没有很好地掌握工艺参数,或者方法选用不当,则会大大降低其保护效果,具体表现为:
    ⑴、停炉保护的时效性不长。如果锅炉停用时间较长,在检查中仍能发现锈蚀现象。
    ⑵、锅炉启动时炉水混浊,各项指标8小时内很难恢复正常。
    ⑶、运行中热力系统水汽含铁量偏高。
    巨化热电厂锅炉采用十八胺停炉保护法实施锅炉的停运保养保护,该方法关键要掌握好加药和锅炉放水的参数。一般情况下,锅炉停运前90分钟左右加完药、泄压至1Mpa时放水,锅炉能够烘干并且保护效果好。但在实际使用过程中有以下因素大大减弱了锅炉的停运保护效果:
    ⑴、3-5#炉加药泵为1DB型老式加药泵,其行程开度调节比较困难,运行人员不能较好地控制好加药时间。
    ⑵、我厂机炉为母管制,某一台锅炉停运前加药,蒸汽窜至其它汽轮机,十八胺不能在封闭系统内反复循环,在一定程度上降低了药效。
    ⑶、停炉时有时要检查处理一些缺陷,炉水不能在最佳参数时放掉,影响了锅炉的烘干效果。
    ⑷、在锅炉的基建阶段,从锅炉清洗到点火启动之间时间间隔较长,期间锅炉的保护工作比较难做也容易忽视。
    上述情况按规定,并不需要将全部数据列入水汽合格率统计范围,从统计数字上看,锅炉水汽合格率是高的,但实际情况并非完全如此。我厂4#炉长期停运,在保护时热炉放水参数掌握不是很好,98年该炉大修割管检查水冷壁管结垢量达316g/m2;6#炉基建锅炉化学清洗经验不足,锅炉冲管未彻底并且保护措施不到位,第一次大修即发现锅炉“三管”结垢严重,水冷壁管向火侧结垢量达286 g/m2。可见,停炉保护对于降低锅炉“三管”结垢速率至关重要。
    4、凝结水受生水污染是产生“二高现象”的重要原因。射水泵空气管阀门关闭不严;凝汽器冷却水管烂穿、胀口不严等会使生水倒入凝汽器,导致凝结水品质劣化。因生水中杂质离子含量较高,这些离子随着给水带入锅炉,炉水品质便迅速恶化。在运行过程中,这些离子高度浓缩,产生一连串的物理化学反应:
    ⑴、炉水含盐量急剧上升,炉水电导率较正常情况高2至5倍,为锅炉“三管”的结垢和腐蚀创造了前提条件。
    ⑵、炉水pH值下降,垢层之下电化学腐蚀加剧,水冷壁管产生氢脆裂纹,为锅炉爆管带来隐患。
    ⑶、钙镁离子等在pH值较低的情况下形成碳酸钙、碳酸镁水垢,这些水垢极易吸附地炉管表面产生水垢。
    ⑷、腐蚀产物形成了炉水的二次污染,导致锅炉水质劣化恶性循环。
    巨化集团公司热电厂机炉设备在运行中数次发生射水泵空气管倒生水事件,由于查找及时,一般情况下锅炉水质在3至4天内可恢复正常,但由于大量生水进入热力系统后,凝结水品质在短期内迅速恶化,导致给水、炉水、蒸汽等监测指标严重超标,给锅炉“三管”带来严重危害。
    凝汽器泄漏根据泄漏程度不同可分为严重泄漏和一般泄漏。通常情况下,凝汽器在短时间内发生大面积泄漏的现象比较少见,尽管发生大面积泄漏后易引起大家的充分重视,至使问题得到及时解决,但其危害和影响面仍然是十分巨大的。94年我厂6#机炉因凝汽器数根铜管破裂,炉水SiO2一度上升至12000μg/l以上,炉水电导率达200μs/cm。后经凝汽器单边运行查漏堵漏,使炉水在一周内恢复了正常。
    凝汽器泄漏各厂普遍存在并且时有发生,我厂机炉大修经常能发现有凝汽器铜管破裂现象,只不过数量少或者漏点不大,在运行中对锅炉水质的影响不是很大。近些年来,电力行业生产厂家对凝汽器泄漏问题已有所重视,对泄漏点消漏和堵漏工作也比较及时,尽管统计中凝汽器泄漏问题对整台锅炉的汽水品质合格率影响不是很大,但它对锅炉“三管”结垢速率却有重大影响,它是产生“二高现象”的重要原因之一。
    5、锅炉补给水劣化也是产生“两高现象”的一个因素。随着水处理技术水平的不断成熟和提高,锅炉补给水的品质也在不断得到改善。由于国标中规定的参数要求比较低,如混床出水二氧化硅≤20μg/l;电导率≤0.3μS/cm等,这个标准一般企业都能够实现。有些企业在线仪表监测水平较低,锅炉补给水的质量指标监测主要靠2至4小时一次的人工分析进行,如分析人员责任心不强或者发生误检,失效的水处理设备不能及时发现和运行切换,锅炉补给水则有可能劣化。巨化热电厂在过去几年中曾三次发生锅炉补给水劣化事件,其中二次为运行人员责任心不强,一次为人员误检未及时发现失效设备,导致锅炉补给水质量品质严重超标。事件发生后全厂锅炉炉水品质恶化,其中最严重的一次二氧化硅指标达20000μg/l以上,pH值下降至8.0左右,险些造成停机停炉事故。上述水质劣化事故历时3天,虽然该月水汽品质合格率下降只有几个百分点,但事后机炉大修化学检查发现,锅炉气包沉积物增多,“三管”结垢情况严重。
    6、国家标准中锅炉炉水质量指标相对比较宽松是引起“两高现象”的另一个原因。由于国标适用性广,相关部门在制定标准时考虑了方方面面的因素,它在强调标准先进性的同时,十分注重标准的适用性和实用性。我国幅员辽阔,各地间经济、技术发展很不平衡,各企业使用的锅炉设备品种繁多,为了使GB14159-89标准适用性强,相关部门制定的锅炉炉水质量指标是比较宽松的。例如:GB14159-89规定我厂410t/h 9.8Mpa参数的锅炉炉水的控制指标为:SiO2≤2000μg/l、含盐量≤100mg/l。实践运行证明,按此标准控制炉水参数,锅炉“三管”以及汽轮机等其它设备积盐结垢速率较高,但统计结果表明,锅炉汽水品质合格率是很高的。
     四、消除“二高现象”的措施
    消除“二高现象”关键不得还得从降低锅炉“三管”的结垢速率和改进现有的汽水品质合格率统计方法入手。具体措施有:
    1、加强开机升炉时的水质监督。开机升炉阶段化学监督工作做得好,可以避免大量杂质离子和腐蚀性介质进入锅炉,一方面它能减轻锅炉的结垢和腐蚀程度,另一方面它可以大大降低锅炉的排污率,为锅炉的安全经济运行提供保障。加强开机升炉时的水质监督必须做好以下工作:
    ⑴、机组启动前做好各管路的冲洗工作。机组启动前必须用加有氨和联氨,或者氨和二甲基酮肟的除盐水冲洗凝结水、给水管路以及锅炉本体等,待全铁指标合格后再点火升炉。
    ⑵、做好凝结水回收前的质量验收工作。凝结水回收前必须经过化学检验人员的分析检验,按照标准待各项指标合格后再进行回收。当运行中发生供水、运行的经济性等其它矛盾时,应尽量避免凝结水将大量的铁离子带入锅炉系统。
    ⑶、做好“两器”溶氧的监督工作。锅炉除氧器、汽轮机凝汽器水质溶解氧含量高会引起锅炉本体的电化学腐蚀,为了消除这一影响,机炉启动时必须注意“两器”溶氧的合格率指标,使之尽快恢复正常。
    2、加强锅炉的停运保养保护管理。近年来电力行业普遍采用的十八胺热炉放水保护法效果较好,在实施保护过程中只要加药装置完好、措施到位,认真控制好加药量、加药时间、锅炉放水时的压力、温度等,一般锅炉停运不超过三个月仍有良好的保护效果。对于母管制锅炉,在保护工作中应严格做好隔离措施,防止其它锅炉的蒸汽倒入停运锅炉;在加药时应充分考虑药品随蒸汽带入其它机组的数量,必要时进行适量补加。如果锅炉停运时间长,超过三个月以上的时间,建议在十八胺保护的基础上再进行氨-二甲基酮肟湿态保养。
    3、防止凝结水受污染。凝结水受污染的因素有很多,要防止凝结水受污染首先应该做好机炉运行过程中的水质监督工作,尽早察觉并找出凝结水受污染的原因;尽快消除泄漏点。其次,避免和防止凝结水受污染应当防患于未燃,认真做好设备的检修及技术改进工作:
    ⑴、科学选材,对于腐蚀性较大的循环冷却水或海水,应尽可能采用全钛凝汽器。
    ⑵、对于有腐蚀性循环冷却水,应提供必要的化学或者电化学保护措施,如:对循环冷却水进行加药处理等、阴极保护等。
    ⑶、加强检修管理,定期试验检查、维护与凝汽器负压系统相关的管子、阀门和设备等。
    ⑷、对设计不合理,易造成误操作或安全可靠性差的系统进行改造。如凝汽器出口冷却水抽虹吸系统、射水泵空气管逆止阀等。
    ⑸、安装凝结水在线化学仪表及监测报警装置,为尽早发现并消除凝结水受污染创造条件。一旦发生凝汽器泄漏,应及时查漏消缺,必要时设备须减负荷甚至停机。
    ⑹、凝结水受污染频繁时,条件许可增设凝结水精除盐装置。
    4、严格控制锅炉补给水、炉水等质量标准。锅炉补给水中的微量杂质经锅炉运行高度浓缩后,将对锅炉“三管”的结垢和腐蚀速率产生非常不利的影响。各厂可根据自己的实际情况,制订本企业标准,在经济合理的范围内尽可能地降低补给水及炉水杂质离子的含量。如99年后巨化热电厂逐步增加了水处理岗位的在线化学仪表监测力量,在工艺控制过程中,确保锅炉补给水二氧化硅控制在15μg/l以内;两台 410t/h 9.8Mpa的锅炉炉水二氧化硅控制在1000μg/l以下,电导率指标不超过30μS/cm。实际运行及锅炉割管检查结果表明,按此标准严格控制水质,锅炉水冷壁管的结垢速率比以往有所降低。
    5、改进水汽品质合格率的统计方法。针对传统的“一维统计”方法中存在的弊端问题,技术人员提出将“运行时间”与“汽水中杂质离子含量”的乘积作为基本单位,以合格面积除以数据统计总面积来计算锅炉水汽品质的合格率,将原来的“一维统计法”改为现在的“二维统计法”。上述统计方法同时考虑了水质超标幅度和超标时间等问题,其合格率能更好地反映出机炉等热力设备的水汽品质情况。为了使统计数字能够更好地指导生产,技术人员在统计中引入控制标准合格率、控制目标合格率与控制企望合格率等概念,即:按国标要求锅炉水质100%合格的情况下,锅炉水质是否同时达到控制标准的目标值和企望值。
     五、效果检查
    针对锅炉化学监督中存在的“两高现象”这一问题,近些年来,巨化热电厂逐步开始对生炉开机时的水质监督和管道冲洗;锅炉停备用时期的保护保养;凝汽器真空系统的消缺堵漏;锅炉补给水及炉水的质量控制和监督等关键环节进行严格管理,化学监督管理工作由此步入正常的发展轨道。特别是最近几年中,我厂化大成本对锅炉水处理系统进行程控及设备增容改造,实现了锅炉补给水、炉水、凝结水、蒸汽的在线化学仪表监测,这些技术改进,大大提高了化水生产系统的安全可靠性,改善了锅炉化学技术监督的软硬环境。1999年和2000年锅炉化学检查结果表明,我厂锅炉“三管”结垢腐蚀和速率有所下降。割管分析数据详见下表二:
    
             巨化热电厂锅炉“三管”结垢速率一览表   表一 
    炉   号 4#炉 6#炉 7#炉
    年   份 1999年 2000年 1999年
    水泠壁管向火侧结垢速率 69.1 49.8 41.3
    过热器管向火侧结垢速率 73.4 60.7 71.5
    省煤器管向火侧结垢速率 55.6 49.3 50.9
    注:1、“三管”向火侧结垢速率单位为g/m2.y。2、我厂3-5#炉三年大修一次,6-7#炉二年大修一次。    
    
    表中数据表明:锅炉“三管”结垢速率有了明显下降,其中:7#炉水冷壁管结垢速率仅为41.3g/m2.y,达到历史较好水平。
     六、结束语
    江泽民总书记指出:要从讲政治、保稳定、促发展的高度,牢固树立“责任重于泰山”的思想,坚持“安全第一、预防为主”的方针,切实加强对安全生产工作的领导,全面落实安全生产责任制。企业生存和发展离不开安全,而化学技术监督工作是确保锅炉安全生产的有利武器,抓好锅炉化学监督工作可以有效地降低锅炉“三管”的结垢和腐蚀速率,彻底消除运行过程中存在的“两高现象”,不断提高企业的经济效益。为此我们必须在思想引起足够的重视。
    回顾90年代初期锅炉化学监督注重抓“两器”合格率、蒸汽品质等单项指标到如今抓“三管”的结垢和腐蚀速率这样的综合性指标,说明化学监督工作正在向前迈出坚实的一步。化学监督是一项长期、细致的管理工作,搞好化学技术监督工作我们依旧任重而道远。
    
      参考资料
      [1]李培元 锅炉水处理 湖北科学技术出版社
    [2]冯 敏 工业水处理技术 海洋出版社
    [3]秦金藻 热工技术手册 水利电力出版社
    
    
    
    
    
    
    
    
    作者简介:张国辉 男 33岁 电厂化学水处理高工 从事电厂锅炉水处理工作12年。主要论文有:《浅议阳离子交换器中排损坏原因及处理》、《浅议提高水力加速循环澄清池净化低浊度水的效果》、《提高生水水温对水处理运行及锅炉节能的影响》、《燃煤分析数据处理程序的设计与应用》,分别刊登于《浙江电力》及《化工生产与科技》技术期刊。
      江文龙 男 39岁 电厂机械助理工程师 从事电厂机械专业二十余年。9
  来源:衢州明锋化工有限公司  编缉:qzmingfeng
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