加热炉汽化冷却系统水质硬度超标原因及解决措施

张卫强

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200）

步进式加热炉采用水梁立柱结构，板坯由装料端经过步进梁的步进运动一步一步移动至出料端，步进过程中同时完成加热工艺。为保护水梁不被炉内高温燃烧损坏，采用汽化冷却系统对水梁立柱进行冷却，并且水梁外部包覆耐火隔热料。汽化系统水质硬度为系统稳定运行的关键指标，水质硬度超标会造成系统发生腐蚀、结垢和堵塞现象，严重会发生爆炸泄漏被迫停炉的事故，制约汽化系统的稳定运行。

1 汽化冷却系统构成

1.1 汽化冷却系统主要工艺流程

汽化冷却系统主要工艺流程如下：

图1 系统工艺图

汽化冷却系统主要包含了4 套子系统，分别是强制循环系统、补给水系统、加药系统及排污系统。

（1）强制循环系统主要由电动循环泵、水梁立柱及汽包组成，由循环泵强制系统中的汽水循环。汽包主要作用是进行汽水分离和炉内化学处理，汽包内装有汽水分离和加药、排污设备等装置，可有效地将上升管引入的汽水混合物分离为蒸汽和水，以及有效地进行蒸汽清洗、连续排污、加药等过程，以保证输出合格的蒸汽品质。

（2）补给水系统由除氧器、除氧器换热器及给水泵组成。除氧的主要作用是分离出系统循环水中的氧气，防止系统管路氧化锈蚀。除氧器工作原理是通过加热分离水中溶解的氧气，因为水中溶解气体量的多少与气体的种类，水的温度及各种气体在水面上的分压力有关。故把压力稳定的蒸汽通入除氧器加热给水，在加热过程中，水面上水蒸气的分压力逐渐增加，而其它气体的分压力逐渐降低，水中的气体就不断地分离析出。当水被加热到除氧压力下的饱和温度时，水面上的空间全部被水蒸汽充满，各种气体的分压力趋于零，此时水中的氧气及其它气体即被除去。

（3）加药系统有加药泵、储药桶及管路组成。锅炉给水尽管经过严格处理，但不可能将杂质彻底除净，给水还会带入锅内一部分杂质。随着锅水的不断蒸发浓缩，锅水含盐浓度逐渐提高，有可能引起内部结垢。为防止结垢，运行中要往锅水中连续加入药品，药品与锅水中的钙、镁盐类发生化学、物理作用，生成非粘结性的松散水渣，沉积到下部，通过定期排污排放到锅炉外。加入锅水中的药品通常是Na3PO4。经过稀释后由加药泵打入锅炉汽包的锅水中。锅水中加入磷酸三钠，除使锅水中钙、镁盐类生成非粘结性的松散水渣外，还可起到校正锅水碱性的作用，使锅水的pH 值在规程规定的范围内。

（4）排污系统主要连接在汽包、分配联箱底部。通过快速排污阀和排污罐连接，打开阀门后能够将压力容器底部沉淀物排出系统。

1.2 汽化系统的优点

①耗水量低：对于同一冷却系统，用汽化冷却所需的水量仅为温升为10℃时水冷却水量的2%，且少用90%的补充水量；②产生蒸汽循环利用：利用水梁和立柱吸收的热量通过汽包产生蒸汽并入公司蒸汽主管网；③减少对设备的腐蚀：用软化水为冷却介质，避免了冷却系统发生腐蚀、结垢和堵塞现象，从而延长了水梁立柱及其连接管道的使用寿命，减少了设备的事故，提高了轧机作业率；④环保：与工业水循环加热炉相比，汽化冷却系统取消了冷却塔，减少了环境污染和设备占地；⑤优化加热工艺：可减轻钢坯“黑印”，改善了钢坯加热温度的均匀性。

2 汽化系统水质硬度超标的主要原因及危害

2.1 引起汽化系统硬度超标的主要原因

系统水质超标的原因主要有两点，一是加药系统及排污系统未稳定运行，可以通过操作制度进行约束管理；二是外部冷却水进入汽化冷却系统造成，经过对系统的分析发现外部冷却水进入系统有三个途径。①电动给水泵冷却水。电动给水泵为多级泵，多采用盘根进行泵轴位密封，冷却水与泵体中的除盐水混合后经过泵体输送至汽包，造成锅水取样水质超标。②除氧器换热器冷却水。除氧器主要作用是用汽包中分离出的蒸汽将除盐水加热到104℃，从而分离出其中的氧气及其它气体，除氧后的除盐水需要通过换热器降温至70℃后，再由电动给水泵泵送至汽化系统进行系统补水。初始设计换热器冷却用净环水进行冷却，经过现场运行后发现当换热器内部出现热交换管路泄漏时，净环水会进入除氧后的除盐水从而造成汽包水质超标，水质超标会造成炉体关键部件水梁立柱结垢及腐蚀的发生，同时会使加药的药品增加造成浪费。③取样冷却器冷却水。当取样冷却器内部热交换管泄漏时同样会发生净环水冷却水与软水混合进入取样水，虽然此种问题实际不会造成系统水质超标，只是取样水水质超标，但会给问题排查造成困扰。

2.2 汽化系统水质超标的危害

汽化系统水质超标的危害。水质超标会造成加热炉关键部件水梁立柱结构及腐蚀的发生，严重时甚至会造成堵塞从而致使水梁立柱爆管泄漏的重大设备故障。

图2 水梁立柱结构图

水梁立柱结构如上图，立柱布置为芯管斜口方向迎向系统水循环方向，部分水流会由芯管中心自上而下进入立柱底部，炉内高温加热立柱后传导至水流，加热后的水流会自立柱芯管外部自下而上返回水梁，从而带走立柱热量，完成一个立柱冷却内部循环，然后再进入下一个立柱。系统水质超标会有水垢形成，水垢逐渐增加首先会在立柱下部形成堵塞，堵塞会阻止立柱内部循环，造成立柱冷却无法进行，加之炉内高温持续加热作用，最终立柱会爆管泄漏。

3 汽化系统水质硬度超标的解决措施

3.1 排污系统保持正常操作

要求汽包连续排污阀门常开，开度在10%～15%，汽包定期排污根据水质化验结果确定，一般每班排污一次，每次排污30S，通过手动排污阀排放，阀门开度为15%～20%。水质好时也可以不进行排污或者几班排一次。

3.2 加药系统保持正常运行

按时补充药剂，每天点检加药系统设备运行状态，包括加药泵及管路等，保证设备运行良好。

3.3 立柱定期排污检查

定期检查立柱内部结垢状态，可以利用炉役停炉期间对立柱底部堵板拆解，排污后检查立柱内部结垢状态，根据检查结果调整加药操作。

3.4 对于外部冷却水进入系统造成水质超标问题及解决

主要思路是屏蔽净环水，改为利用除盐水进行冷却。

（1）除氧器换热器处理措施：将换热器原冷却用的净环水阀门关闭，在除盐水进入除氧器之前先进入换热器冷却换热器，之后进入除氧器。为此，将除盐给水管路直接并入冷却水回水管路，将冷却水进水管路连接至除盐水调节阀阀前。除盐水先进入换热器冷却换热器后再补给除氧器，这样屏蔽了净环水进入系统造成水质超标的问题。

图3 原系统简图

图4 改造后系统简图

（2）电动给水泵盘根冷却水同样替换为除盐水冷却，进水管路接入泵体盘根冷却接口部位，冷却后随泵体出水进入汽化系统，不再保留冷却水回水管路。

（3）对于热交换管路泄漏建议内部热交换管更换为不锈钢钢管路，避免热交换管路泄漏后和外部冷却水发生交换的可能。