锅炉结垢、腐蚀的危害及防止

电点 · 发表于 2007-10-24 16:28:19

第三节  锅炉结垢、腐蚀的危害及防止 　　一、锅炉结垢的原因、危害及清除 　　(一)锅炉结垢的原因　　含有硬度的水若不经过处理就进入锅炉，运行一段时间后，锅炉水侧受热面上就会牢固地附着一些固体沉积物，这种现象称为结垢。受热面上黏附着的固体沉积物就称为水垢。在一定条件下，固体沉淀物也会在锅水中析出，呈松散的悬浮状，称为水渣。水渣可随排污除去，但如果排污不及时，部分水渣也会在受热面上或水流流动滞缓的部位沉积下来而转化成水垢(通常称之为“二次水垢”)。　　锅炉结垢的原因，首先是给水中含有钙镁硬度或铁离子，硅含量过高；同时又由于锅炉的高温高压特殊条件。水垢形成的主要过程为：　　1．受热分解　　在高温高压下，原来溶于水的某些钙、镁盐类(如碳酸氢盐)受热分解，变成难溶物质而析出沉淀。　　2．溶解度降低　　在高温高压下，有些盐类(如硫酸钙、硅酸盐等)物质的溶解度随温度升高而大大降低，达到一定程度后，便会析出沉淀。　　3．锅水蒸发、浓缩　　在高温高压下，锅水中盐类物质的浓度将随蒸发浓缩而不断增大，当达到过饱和时，就会在受热面上析出沉淀。　　4．相互反应及转化　　给水中原来溶解度较大的盐类，在运行中与其他盐类相互反应，生成了难溶的沉淀物质。如果反应在受热面上发生，就直接形成了水垢；如果反应在锅水中发生，则形成水渣。而水渣中有些是具有黏性的，当未被及时排污除去时，就会转化成水垢。另外，有些腐蚀产物附着在受热面上，也往往易转化成金属氧化物水垢。　　上述这些析出的沉淀物质黏结在锅炉受热面上就形成了水垢，温度越高的部位，越易形成坚硬的水垢。　　(二)水垢的危害　　水垢的导热性很差，其导热系数要比锅炉钢板的导热系数小几十倍至数百倍，所以锅炉结垢后就会严重阻碍传热并引起下列危害：　　1．浪费燃料，降低出力　　锅炉结垢后将严重影响受热面传热，降低热效率，降低蒸汽出力，增加燃料消耗。根据测定，水垢厚度与浪费燃料的关系见表5—4。 表5—4　　水垢厚度与浪费燃料的关系水垢厚度(mm)  0.5  1  3  5  8   浪费燃料(％)  2  3～5  6～10  15  35   　　2．易引起事故，影响安全运行　　受热面结生水垢后，金属的热量由于受水垢的阻碍而难于传热给锅水，致使金属壁温急剧升高，当温度超过了金属所能承受的允许温度时，金属强度显著降低，从而导致金属过热变形，严重时将造成鼓包、裂缝，甚至爆管等事故。　　3．堵塞管道，破坏水循环　　如果水管内结垢，就会减小流通截面积，增大水的流动阻力，破坏正常的水循环，严重时还会完全堵塞管道，或造成爆管事故。　　4．引起垢下腐蚀，缩短锅炉寿命　　锅炉结垢后还会引起垢下腐蚀等危害。有些结构紧凑或结构复杂的锅炉，一旦受热面结垢，就极难清除，严重时只好采用挖补、割换管子等修理措施，不但费用大，而且还会使受热面受到严重损伤。所有上述这些危害都将大大缩短锅炉的使用寿命。　　另外，锅炉结垢后，将增加清洗和维修的时间、费用及工作量等，影响生产，减小锅炉的有效利用率，降低经济性。　　(三)水垢的清除　　锅炉应以积极的防垢、防腐为本。但当锅炉结垢或腐蚀沉积物达到一定程度时，也应及时清洗除去，以免对锅炉安全运行带来隐患。　　清洗除垢的方法主要分为机械除垢和化学清洗两大类，其中化学清洗又可分为碱煮除垢和酸洗除垢。现将锅炉除垢的方法和要求简要介绍如下：　　1．机械除垢　　主要采用电动洗管器、扁铲、钢丝刷及手锤等工具进行机械除垢。此法比较简单，成本低，但劳动强度大，除垢效果差，易损坏金属表面，只适用于结垢面积小，且构造简单，便于机械工具接触到水垢的小型锅炉。近年来，由于清洗专用的高压水枪的应用，使水力冲洗的机械除垢发展较快，这种高压水力除垢的效果较使用原始的机械工具有很大的提高，且较为安全、方便。但目前高压水力除垢仍仅限于结构较简单的工业锅炉。　　2．碱洗(煮)除垢　　锅炉碱煮的作用主要是使水垢转型，同时促使其松动脱落。单纯的碱煮除垢效果较差，常常需与机械除垢配合进行。碱煮除垢对于以硫酸盐、硅酸盐为主的水垢有一定的效果，但对于碳酸盐水垢，则远不如酸洗除垢效果好。碱洗煮炉也常用于新安装锅炉的除锈和除油污，有时也用于酸洗前的除油清洗或垢型转化。　　碱洗药剂用量应根据锅炉结垢及脏污的程度来确定。一般用于除垢时的用量(每吨水的用量)为：工业磷酸三钠5～10kg，碳酸钠3～6kg，或氢氧化钠2～4kg。这些碱洗药剂应先在溶液箱中配制成一定浓度，然后再用泵送人锅内，并循环至均匀。　　碱煮除垢的方法与新锅炉煮炉基本相同，只是煮炉结束后，应打开锅炉的各检查孔，及时加以机械(或高压水力)辅助清垢，以免松软的水垢重新变硬。　　3．酸洗除垢　　目前在各种除垢方法中，以酸洗除垢效果较好，但酸洗工艺若不合适或控制不当也会影响除垢效果或腐蚀金属，有时甚至会严重影响锅炉的安全运行。为了确保锅炉酸洗的安全和质量，国家质量技术监督局专门制定颁发了《锅炉化学清洗规则》，并规定：从事锅炉化学清洗的单位必须取得省级及省级以上锅炉压力容器安全监察机构的资格认可，才能承担相应级别的锅炉化学清洗。无相应资格的任何单位和个人(包括用炉单位)，都不得擅自酸洗锅炉。　　锅炉在酸洗前应预先取有代表性的垢样进行化验，制定清洗方案；进酸开始时须在锅炉内和酸箱内挂入腐蚀指标片(直到退酸时取出)；酸洗工艺流程及酸洗液的温度、浓度、流速、酸洗时间等应按清洗方案实施和控制；清洗过程中应不断取样化验并如实作好记录。清洗结束后，用炉单位、清洗单位和锅炉安全监察部门应对清洗质量进行验收。工业锅炉的酸洗质量要求如下：　　(1)除垢率　　1)清洗以碳酸盐垢为主的水垢，除垢面积应达到原水垢覆盖面积的80％以上。 　　2)清洗硅酸盐或硫酸盐水垢，除垢面积应达到原水垢覆盖面积的60％以上。　　如除垢率低于上述规定，或虽达到规定要求但锅炉主要受热面上仍覆盖有难以清理的水垢时，应在维持锅水碱度达到水质标准上限值的条件下，将锅炉运行一个月左右再停炉，用人工或高压水枪清理脱落的垢渣和残垢。由于经酸洗后残留的硬垢往往已有所松动，当锅炉投入运行后会逐渐地脱落，若不作再次清理极易发生事故，所以当残留垢较多时必须加以处理。　　(2)钝化膜  锅炉清洗表面应形成良好的钝化保护膜，金属表面不出现二次浮锈，无点蚀。　　(3)腐蚀速度  用腐蚀指示片测量的金属腐蚀速度的平均值应小于6g／(m2·h)，且腐蚀总量不大于72g／m2。　　(4)炉管畅通  清洗后锅内所有的水冷壁管和对流管等炉管都应畅流无阻。如清洗前已堵塞的管子，清洗后仍无法疏通畅流的，应由有修理资格的单位修理更换。 　　二、锅炉的腐蚀及其防止 　　锅炉水质不良或停炉保养不当常会引起金属的腐蚀。锅炉发生腐蚀后，不仅使金属的有效厚度减薄，而且会使金属内部的金相组织遭到破坏，机械性能变差，造成锅炉的承压能力降低，使用寿命缩短，以至提前报废。有的腐蚀会在人们毫无察觉的情况下对设备造成损坏，严重时还会发生爆管事故，有的甚至会引发锅炉爆炸等灾难性事故。因此，防止腐蚀也是保证锅炉安全运行的重要措施。 　　(一)防止腐蚀的措施　　工业锅炉常见的腐蚀主要有氧腐蚀和垢下腐蚀，其防止的措施主要有：　　1．搞好给水处理　　给水中的溶解氧、铁离子和过低的pH值都会促进锅炉金属发生腐蚀。因此给水应尽量除氧；给水pH值应大于7；对于回收蒸汽冷凝水作给水的，应注意控制铁离子含量，有时用汽系统刚启动一段时间，凝结水中往往就含有黄色铁锈水，这时应适当排放至含铁量合格后才能作为锅炉给水。　　2．保持锅水水质达到合格　　一般来说，锅水中含盐量和氯根含量过高，pH值和碱度过低或过高都会增加腐蚀。因此，在锅炉运行中应做到合理排污，维持锅水一定的pH值、碱度及PO43-含量，使锅水水质保持合格，不但可防止结垢，也有利于防腐。　　3．防止垢下腐蚀　　锅炉受热面结垢后，渗入垢下的锅水会在高温下极度浓缩，并发生化学反应，从而产生各种垢下腐蚀，但由于水垢的覆盖往往难以察觉。因此，锅炉结垢后应及时清洗除去。　　4．使金属表面形成保护膜　　对于新安装的锅炉，良好的煮炉效果应能使金属表面形成完整的钝化保护膜。而在运行条件下，当锅水保持合适的pH值(一般为10～12)和一定量的磷酸根及碳酸根时，也有助于金属表面形成致密的保护膜，减缓腐蚀。但是如果锅炉水质控制不好，尤其是pH值过低或过高，常会破坏保护膜。　　5．做好停炉保养　　不少锅炉的腐蚀常常是因为停炉保养不当所造成的，而停炉时产生的腐蚀产物又常会在锅炉运行时进一步加速腐蚀。因此，停炉时必须按规定要求做好保养工作。　　(二)给水的除氧　　给水除氧是防止锅炉金属腐蚀，保证锅炉热力系统安全运行的重要措施之一。目前，除氧处理常用的方法主要有热力除氧、真空除氧、化学除氧及其他新开发的除氧方式等，其中最常用的是热力除氧。　　1．热力除氧　　除氧器设备有多种，现以常用的淋水盘式热力除氧器为例简要加以说明。　　淋水盘式除氧器主要由除氧头和贮水箱构成，其结构如图5—1所示。含氧的水从除氧头上部进入，经过配水盘和若干层筛状多孔盘，分散成许多股细小的水流，层层向下淋；加热蒸汽从除氧头下部引入，经蒸汽分配器向上穿过淋水层，这样蒸汽与水对流接触，可使水加热至沸，使氧等气体从水中逸出。逸出的氧和其他气体随一些多余的蒸汽通过顶部排汽管排出，而除去氧的水则流人下部贮水箱内。为了保证从水中析出的氧气迅速离去，大气式除氧器一般需维持压力比大气压力高0．01～0．02MPa左右，在此压力下水的沸腾温度约102～105℃。  图5—1  淋水盘式除氧器结构1—除氧头  2—余汽冷却器  3—多孔盘  4—贮水箱  5—蒸汽自动调节器  6—安全门  7—配水盘  8—降水管  卜给水泵  10—水位自动调节器  11—排气阀  12—主凝结水管  13—高压加热器疏水管  14—补给水管 　　为了使除氧达到良好的效果，除氧器运行中应注意以下几方面：　　(1)水须加热至沸点，注意汽量和水量的调节问题。若进汽量不足，则水温低于沸点，残留含氧量将升高，达不到除氧要求；若进汽量过多，汽压过高，则易引起水击。　　(2)送入的补给水量应尽量稳定，不宜间断送入或变化太大。另外，应尽量回收各种蒸汽凝结水，因为回水温度高，含氧量低，回水越多，除氧效果越好，同时可减少锅炉负荷变化带来的影响。　　(3)排气阀开度应合适，使离解出来的氧和其他气体能通畅地排走。但排气阀开度也不宜过大，一般除氧器运行中排气管应有轻微的蒸汽冒出，排气量控制在总进汽量的5％～10％。　　(4)并列运行的各台除氧器负荷应均匀，避免个别除氧器因负荷过重或补给水量太大等因素造成含氧量剧增。为了使水汽分布均匀，除氧水箱的汽、水空间需用平衡管连接起来。　　2．化学除氧　　化学除氧就是向含有溶解氧的水中投加还原性药剂，使之与氧发生化学反应，以达到除氧的目的。由于加入化学除氧药剂后，锅水溶解固形物的含量将随之增加，锅炉排污量也需增加，因此，一般较少单纯采用化学除氧。通常是在热力除氧的基础上，加少量的化学药剂作补充除氧，工业锅炉常用亚硫酸钠，电站锅炉常用联氨作除氧药剂。

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