为中国某汽车制造厂提高锅炉运行可靠性，并大幅节省能源

纳尔科 - 斯派莎克整体解决方案

背景

2007年，某中外合资汽车制造厂在中国华北地区新建一家工厂。该厂拥有约3000名员工，轿车年设计生产能力在300000辆以上。该厂综合性动力系统包括三台燃气锅炉和三套反渗透系统，全天候运行。根据设计方案，水处理系统仅使用化学除氧方法将溶解氧浓度控制在1ppm。

问题

该客户当时在锅炉运行方面遇到两个严重的问题 ——氧腐蚀和气蚀。

氧腐蚀

在锅炉的运行过程中，冷水吸收了氧气和其他气体，并在被加热后释放出来。为了防止锅炉和蒸汽设备腐蚀，必须除去这些溶解氧，以免释放至锅炉中。在当地大气条件下，溶解氧与温度的关系如图 1所示。

然而，由于监测能力有限，该厂不能精确监测氧浓度及控制加药量。经过两年的运行后，锅炉的内部管道发生严重氧腐蚀，导致该锅炉系统停炉半年。为找出腐蚀的原因及更换内部管道系统，该厂花费了65万元以上。

气蚀

当冷水遇到锅炉炉壁和管道内高温表面时，锅炉系统受到热冲击。给水温度越接近锅炉系统温度，热冲击的风险越小。锅炉给水的温度越低，产生蒸汽需要的热量越多。为了降低热冲击风险和能耗，应将水箱温度尽量维持在高位。

当温度接近沸点附近而用泵输送时，压力下降导致进口侧高温热水气化形成气泡。当压力再次升高时，这些气泡破裂，水以极高的速度流入气泡破裂后形成的空穴中。这一现象被称为“气蚀”。气蚀将对水泵造成严重损害。使用压力除氧器时，正常的运行温度为104℃。为了避免气蚀，必须尽量提高泵的气蚀余量和尽量提高静压。这只有将除氧水箱安装在高于锅炉很高的位置才能实现。

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图1 水温与含氧量关系图

图2 斯派莎克的大气式除氧器设备

整体解决方案

2010年，该客户决定在锅炉系统中增加一台除氧器，并寻求一项创新技术加强氧浓度的监测。将斯派莎克的大气式除氧器系统和纳尔科的3D TRASAR锅炉技术组合构成整体解决方案满足了空间、设计限制和系统的要求。

设备——增加斯派莎克公司的大气式除氧器系统

斯派莎克在全球范围内提供关于蒸气和其他工业流体控制以及高效应用方面的知识、服务和产品，其目的是为蒸汽系统的改进提供合理的解决方案，帮助客户实现最大利润。

由于斯派莎克的大气式除气器正常运行温度为90℃，可以安装在锅炉房内，使安装高度与锅炉一致，这可以节省空间和成本。此外，给水箱水温低于沸点，所以没有蒸汽逃逸至大气中，可大幅节省能源。

自动控制系统——应用3D TRASAR锅炉水处理技术

纳尔科提供综合解决方案，包括化学药剂、在线监测自动控制系统和现场专家服务。3D TRASAR锅炉水处理技术根据锅炉系统的实时工况而不是静态设定值，来解决腐蚀和结垢等与水相关的主要问题。该自动控制系统通过实时在线监测锅炉系统波动，在问题发生之前，判断并作出适当的响应措施。无可比拟的3D TRASAR锅炉控制系统可以让纳尔科销售工程师针对特定锅炉制定最佳操作规范，帮助客户生产出安全、可靠、经济的蒸汽产品。

3D TRASAR锅炉自动控制系统结合现有最佳技术，可优化锅炉系统性能。先进的纳尔科腐蚀应力监测系统可实时在线监测锅炉炉前系统的腐蚀，并且直接测量实际运行条件下的有关参数，有效控制锅炉炉前系统的腐蚀。还采用了荧光示踪技术防止锅炉内结垢、减少锅炉排污、提高热效率，从而最大限度节能、节水。此外，3D TRASAR技术还可以及时与用户沟通，报警发生的问题、发生问题的时间以及已经采取的措施。

图3 锅炉给水溶解氧控制图

图4 锅炉内部水处理剂（N22325）控制图

这种自动控制系统可以定制和升级，确保在相关的应用中实现系统控制：

* 3D TRASAR炉前腐蚀控制

* 3D TRASAR锅炉结垢控制

* 节能节水排污控制

* 3D TRASAR可以自定义配置系统

* 3D TRASAR Web报警和报告

结果

3D TRASAR锅炉控制系统测定锅炉给水系统内AT ORP（工作温度下的氧化还原电位）读数，通过该参数监测和控制锅炉给水的腐蚀性。在控制AT ORP之前，给水中的溶解氧浓度为0.20～0.60ppm，平均值为0.40ppm。在控制AT ORP之后，成功地将给水中的溶解氧控制在0.10ppm之下，平均浓度降低至0.048ppm。

采用3D TRASAR锅炉技术控制AT ORP，可以即时侦测给水的腐蚀性，并根据系统需求即时调整N19P的投加量。该客户对腐蚀性的控制很满意，锅炉给水溶解氧的测试结果也证明，腐蚀性得到了控制。

此外，3D TRASAR锅炉水处理技术还能有效地控制结垢。如图4所示，虽然蒸汽负荷的波动造成加药过量和加药不足（N22325），但是，加药量得到了优化，被控制在一个很窄的范围内。在控制之前，阻垢剂的浓度为18.2～39.3ppm。在采用3D TRASAR锅炉技术后，阻垢剂的浓度介于24.5～26.1ppm之间，浓度的变化范围小得多，平均浓度为25.2ppm。

将斯派莎克大气式除氧器与纳尔科3D TRASAR锅炉技术相结合的整体解决方案，在以下几个方面改进了客户的生产运营：

* 减少建筑物空间

* 尽量降低维护和运营成本

* 延长设备使用寿命

* 防止计划外停机

* 确保生产和设备安全

* 提高蒸汽质量

* 全天候（24/7）在线监测和即时报警

设备保护

采用3D TRASAR锅炉水处理技术进行控制后，显著提高锅炉系统的可靠性。自投用1.5年以来，避免计划外停机造成的损失约65万元，有效地保护了资产设备。

节能

该综合解决方案减少了蒸汽的流失、提高锅炉给水温度、节省能源并减少了计划外停机次数。

假定蒸汽排放至环境的流速为184公斤/小时，除氧器运行时间为7200小时/年，那么，每年节省蒸汽1325吨。假定蒸汽的单价为390元/吨，则每年节省能源成本约52万元。

结论

结合两家世界级公司的创新技术的整体解决方案。强强联合为客户带来更多利益：改善生产安全性、提高设备可靠性、节省总体成本、促进可持续发展。这些对于任何一个客户提高竞争力都是非常重要的推动因素。