安全工程師輔導(dǎo):淺談鍋爐中水垢的危害及其預(yù)防

　　鍋爐是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中廣泛使用的特種設(shè)備，是生產(chǎn)蒸氣或熱水的熱工設(shè)備之一，其傳能介質(zhì)原料是水。鍋爐用水水質(zhì)的好壞，對其安全運(yùn)行及能源消耗有很大的影響。當(dāng)鍋爐用水不合要求時，鍋爐受熱面就會結(jié)生水垢，因而不僅浪費(fèi)大量的燃料，還會危及鍋爐安全運(yùn)行。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前全國有近40萬余臺鍋爐，在每年的事故統(tǒng)計中，因水質(zhì)不良，水垢嚴(yán)重引起的事故超過事故總數(shù)的20%;由于結(jié)生水垢，每年要浪費(fèi)燃料達(dá)千萬噸，并造成幾億元的經(jīng)濟(jì)損失。本文試圖對鍋爐水垢的危害及其預(yù)防作一介紹，以引起鍋爐使用單位的高度重視。 $lesson$

　　一、 水垢的形成及性質(zhì)

　　水垢的形成是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其原因有內(nèi)因和外因兩個方面。一是水中有鈣、鎂離子及其它重金屬離子存在，是水垢形成的根本原因也叫內(nèi)因;二是固態(tài)物質(zhì)從過飽和的爐水中沉淀析出并粘附在金屬受熱面上，是水垢形成的外因。當(dāng)含有鈣、鎂等鹽類雜質(zhì)的水進(jìn)入鍋爐后，吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，鈣、鎂鹽類雜質(zhì)便會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)析出。隨著爐水的不斷蒸發(fā)逐漸濃縮，當(dāng)達(dá)到一定濃度時，析出物就會成為固體沉淀析出，附著在鍋筒、水冷壁管等受熱面的內(nèi)壁上，形成一層“膜”，阻礙熱量傳遞，這層“膜”稱之為水垢。

　　水垢的組成或成分是比較復(fù)雜的，通常都不是一種單一化合物，而是以一種化學(xué)成分為主，并同時含有其它化學(xué)成分。按其水垢的化學(xué)成分，一般可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等幾種。

　　水垢是一種導(dǎo)熱性能極差的物質(zhì)，僅為鍋爐鋼材的十分之一到數(shù)百分之一(鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為46.5～58.2w/m.k)，是“百害之源”。在各種水垢中，硅酸鹽水垢最為堅硬，導(dǎo)熱性能非常小，容易附著在鍋爐受熱面最強(qiáng)的蒸發(fā)面上，是危害最大的一種水垢。

　　二、 水垢對鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的危害

　　1 降低鍋爐熱效率，浪費(fèi)大量燃料。鍋爐結(jié)生水垢后，受熱面的傳熱性能變差，燃料燃燒時所放出的熱量不能迅速傳遞給爐水，因而大量熱量被煙氣帶走，造成排煙溫度升高，增加排煙熱損失，使鍋爐熱效率降低。在這種情況下，要想保住鍋爐額定參數(shù)，就必須更多地向爐膛投加燃料，并加大鼓風(fēng)和引風(fēng)來強(qiáng)化燃燒。其結(jié)果是使大量未完全燃燒的物質(zhì)排出煙囪，無形中增加了燃料消耗。大家知道，鍋爐爐膛容積和爐排面積是一定的，無論投加多少燃料，燃料燃燒是受到限制的，因而鍋爐的熱效率也就不可能提高。鍋爐中水垢結(jié)生得越厚，熱效率就越低，燃料消耗就越大。實驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)結(jié)生水垢達(dá)1.5毫米時，就要多消耗6%的燃料;為5毫米時，燃料消耗就要達(dá)到15%;為8毫米時，燃料消耗量則增至34%。就我國目前40余萬臺鍋爐來看，如果僅一部分鍋爐結(jié)有不同程度的水垢的話，所浪費(fèi)的燃料也是十分驚人的。

　　2 引起金屬過熱，強(qiáng)度降低，危及安全。鍋爐受熱面使用的鋼材，一般均為碳素鋼，在使用過程中，允許金屬壁溫在450℃以下。鍋爐在正常運(yùn)行時，金屬壁溫一般在280℃以下。當(dāng)鍋爐受熱面無垢時，金屬受熱后能很快將熱量傳遞給水，此時兩者的溫差約為30℃。但是，如果受熱面結(jié)生水垢，情況就不大一樣了。例如，當(dāng)工作壓力為1.25Mpa的鍋爐受熱面結(jié)有1毫米厚水垢時(混合水垢)，金屬壁與爐水溫差就會達(dá)到200℃左右。也就是說此時金屬壁溫在鋼材允許溫度之內(nèi)。但當(dāng)水垢是3毫米時，金屬壁溫則上升到580℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋼材的允許溫度。因而，這時鋼材的抗拉強(qiáng)度就會由原來的3.92Mpa下降到0.98Mpa，鍋爐受壓元件就會在內(nèi)壓作用下發(fā)生過熱鼓皰、變形、泄漏，甚至爆炸。另外，金屬壁溫的升高會使金屬伸長，如1米長的爐管，每升高100℃，伸長1.2毫米，這對于沒有伸縮余量的受熱面來說，就會引起爐管的龜裂。實測數(shù)據(jù)表明，金屬壁溫是隨著水垢厚度增加而增加的，水垢越厚，金屬壁溫就越高，因而事故發(fā)生的機(jī)率就越大。

　　3 破壞水循環(huán)。鍋爐水循環(huán)有自然水循環(huán)和強(qiáng)迫水循環(huán)兩種形式。前者是靠上升管和下降管的汽水比重不同產(chǎn)生的壓力差而進(jìn)行的水循環(huán)。后者主要是依靠水泵的機(jī)械動力的作用而迫使循環(huán)的。無論是哪一種循環(huán)形式，都是經(jīng)過設(shè)計計算的，也就是說保證有足夠的流通截面積。當(dāng)爐管內(nèi)壁結(jié)生水垢后，會使得管內(nèi)流通截面積減少，流動阻力增大，破壞了正常的水循環(huán)，使得向火面的金屬壁溫升高。當(dāng)管路安全被水垢堵死后，水循環(huán)則完全停止，金屬壁溫則更高，長期下去就易因過燒發(fā)生爆管事故。水冷壁管是均勻布置在爐膛內(nèi)的，吸收的是輻射熱。在離聯(lián)箱400毫米左右的向火面高溫區(qū)，如果結(jié)生水垢，就最易發(fā)生鼓皰、泄漏、彎曲、爆破等事故。

　　4 增加檢修量，浪費(fèi)大量資金。鍋爐一旦結(jié)垢，就必須要清除，這樣才能保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，清除水垢就必須要采用化學(xué)藥劑，如酸、堿等。水垢結(jié)生得越厚，消耗的藥劑就越多，投入的資金也就越多。例如，1T/H型鍋爐若平均結(jié)垢3毫米，除一次垢就需藥劑0.5噸，加上人工費(fèi)，就需資金2500元左右。按照鍋爐噸位的不同，噸位增加，所需藥劑就增加三分之一，資金也相應(yīng)增加。一般鍋筒內(nèi)結(jié)垢，消除略方便，但若管內(nèi)結(jié)垢，消除就相當(dāng)困難。不僅如此，若發(fā)生爆管事故，換上一節(jié)新管時，焊接很不方便。鍋筒鼓皰挖補(bǔ)時，要求高，時間長，施工更為困難。一次大的鼓皰挖補(bǔ)修復(fù)，就要耗費(fèi)資金1至2萬元左右?？傊?，無論是化學(xué)除垢還是購買材料修理，都要花費(fèi)大量的人力、物力和財力。

　　5 縮短鍋爐使用壽命。一般鍋爐使用壽命，在正常使用條件下，能夠連續(xù)運(yùn)行20年左右。但為什么現(xiàn)在大部分使用單位的鍋爐沒有達(dá)到這一壽命呢?其原因是多方面的，其中之一就有水垢的影響。鍋筒發(fā)生鼓皰，挖補(bǔ)修復(fù)后，應(yīng)該對其適當(dāng)降壓使用，以確保安全。這樣一來，對于要求蒸汽壓力較高的單位來說，就不得不更換新的鍋爐。有些單位也會因蒸汽壓力過低而影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至出現(xiàn)次品，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。有些鍋爐因鼓皰面積過大且變形嚴(yán)重而不得不作報廢處理;有的鍋爐雖然可以修復(fù)，但因修理費(fèi)用過高，無價值，也不得不報廢。當(dāng)酸洗方法不當(dāng)或酸洗頻繁也會影響鍋爐的使用壽命。另外，因為水垢中含有鹵素的離子，在高溫下對鐵有腐蝕作用，會使金屬內(nèi)壁變脆，并不斷地向金屬壁的深處發(fā)展，造成金屬的腐蝕，縮短鍋爐使用壽命。

　　三、 水垢的預(yù)防

　　要保證鍋爐不結(jié)垢或薄垢運(yùn)行，就要加強(qiáng)鍋爐給水處理，這是保證鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。預(yù)防水垢生成，通常采用下列方法來預(yù)防：

　　1 鍋外水處理。這種方法適用于各種的鍋爐。目前鍋外水處理效果可靠的有石灰+純堿軟化法，是向已經(jīng)澄清的水中加入適量的生石灰和純堿達(dá)到軟化目的。石灰──純堿軟化法有冷法和熱法兩種。冷法是在室溫下進(jìn)行，使水中殘余硬度降至1.5～2毫克當(dāng)量/升。熱法是將水溫加熱到20～80℃，使水中殘余硬度降至0.3～0.4毫克當(dāng)量/升。因此，應(yīng)盡量采用熱法，以提高軟化效果。離子交換軟化法主要是依靠鈉離子交換器中的交換樹脂進(jìn)行軟化處理。由于交換樹脂吸附能力強(qiáng)，能將游離在水中的鈣、鎂離子吸附，從而使鍋爐給水硬度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。離子交換劑有無機(jī)和有機(jī)兩大類。無機(jī)交換樹脂只能進(jìn)行表面交換，軟化效果差，使用較少。而有機(jī)交換樹脂的特點(diǎn)是顆粒核心結(jié)構(gòu)疏松，交換反應(yīng)在顆粒表面和內(nèi)部同時可進(jìn)行，軟化效果好，故使用較多。

　　2 鍋內(nèi)水處理。此法主要是向爐水中加入化學(xué)藥品，與爐水中形成水垢的鈣、鎂鹽形成疏松的沉渣，然后用排污的方法將沉渣排出爐外，起到防止(或減少)鍋爐結(jié)垢的作用。爐內(nèi)加藥水處理一般用于小型低壓火管鍋爐。鍋內(nèi)水處理常用的藥品有：磷酸三鈉、碳酸鈉(純堿)、氫氧化鈉(火堿、也稱燒堿)及有機(jī)膠體(栲膠)等。加藥時，應(yīng)首先將各種藥品配制成溶液，然后再加入鍋爐內(nèi)。通常磷酸三鈉的溶液濃度為5～8%，碳酸鈉的溶液濃度不大于5%，氫氧化鈉的濃度不大于1～2%。加藥方法有定期和連續(xù)加藥兩種。定期加藥主要靠加藥罐進(jìn)行加藥;連續(xù)加藥則在給水設(shè)備前，將藥連續(xù)加入給水中。對于蒸汽鍋爐，最好采用連續(xù)加藥法，這樣可使?fàn)t內(nèi)保持藥液的均勻。凡采用鍋內(nèi)水處理的，應(yīng)加強(qiáng)鍋爐排污，使已形成的泥渣、泥垢等排出爐外，收到較好效果。

　　以上雖然介紹兩種水處理方法，但筆者認(rèn)為，水處理工作是否落實到實處，關(guān)鍵在于管理。如果有了水處理設(shè)備而不用，等于沒有進(jìn)行水處理。因而，這就需要各使用單位領(lǐng)導(dǎo)樹立“安全第一，預(yù)防為主”的思想，真正認(rèn)識到水處理工作的重要性。要嚴(yán)格按GB1576-85《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》辦事，對于1T/H型以上的鍋爐，應(yīng)配備專職水處理操作工和化驗人員，并建立健全水處理崗位和化驗崗位責(zé)任制。各水處理操作工應(yīng)忠于職守，認(rèn)真操作;化驗人員應(yīng)定期抽檢水質(zhì)情況，及時向水處理操作工通報，使其及時得以調(diào)整，確保水質(zhì)的合格。對2T/H型以下鍋爐，凡配備水處理操作工有困難的，應(yīng)該對司爐工進(jìn)行培訓(xùn)，然后采取兼職的辦法。各使用單位的鍋爐房管理人員，要經(jīng)常檢查水處理設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)損壞應(yīng)及時修理;交換樹脂流失要及時補(bǔ)充;失效的交換樹脂要及時更換。只有這樣，才能防止水垢的生成，保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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