低压锅炉饱和蒸汽钠离子超标原因分析

宁仕文

（中石化广元天然气净化有限公司 广元 628000）

1 前言

锅炉作为常见的工业特种设备，是工业上生产蒸汽的常见设备。由于锅炉管道长期处于高温、高压状态，锅水、蒸汽的品质是保障锅炉管道长期运行不受腐蚀的关键。为了保证锅水品质合格，要对已经进行除氧的锅水进行加药，以保证锅水处于较低的离子浓度和锅炉蒸发面的低浓度。常见的锅炉加药为磷酸盐，促进锅中离子形成软沉淀，通过定排排出。通常通过化验锅水的磷酸根离子和饱和蒸汽的钠离子、铁离子浓度来验证锅水品质。

在长期的锅炉生产实践中，工程师们发现引起锅炉饱和蒸汽钠离子超标的主要原因包括锅炉的运行工况[1-2]、汽水分离器故障[3-5]、加药种类及质量[2]等，其中运行工况和汽水分离器故障[6，7]引起的数量最多。饱和蒸汽钠离子长期超标会给锅炉带来较为严重的影响，轻则过热器结垢，重则过热器爆管[8-12]，因此一旦发现必须严肃对待。

近日，某厂的1.2 MPa低压锅炉饱和蒸汽的钠离子超标，本文对此进行分析，找出锅水不合格的原因，并给出预防措施。

2 简介

2.1 锅炉简介

低压锅炉为 1.27 MPa、250 ℃型燃气锅炉，属于双锅筒“D”型炉膛、自然循环、强制通风、微正压燃烧、快装式水管锅炉。汽水系统设置有上、下汽包和上、下集箱，汽包上水通过上汽包、下汽包、下集箱、上集箱回到汽包，汽包液面下设置孔板式气液分离器。生成的饱和蒸汽，通过气液分离器进入饱和蒸汽集箱，通过过热器形成过热蒸汽进入集气集箱，产生低压过热蒸汽用于重沸器加热。为提高蒸汽品质，排出锅水内的杂质和沉淀物，降低锅水的含盐浓度，设置了排污系统，锅炉排污系统分为定期排污和连续排污。连续排污管座设置在上汽包中下部，略低于50%液面，定期排污管座设置在锅炉下汽包和下集箱底部，排污周期为1天1次。其中饱和蒸汽钠离子浓度的控制指标为小于等于15 μg／kg（GB／T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》）。

2.2 饱和蒸汽钠离子超标事件简介

饱和蒸汽介质分析是每2天做1次，从2月4日起，车间运行班发现低压锅炉B饱和蒸汽的钠离子和锅水的磷酸根离子浓度有同步上升的趋势，并于2月8日发现饱和蒸汽钠离子超标达到25.2 μg／kg，且磷酸根保持在10 μg／kg左右，操作班立刻将连排根部阀开大半圈螺纹（下称半圈）并调小加药冲程。2月10日钠离子、磷酸根离子浓度继续上升并继续开大连排根部阀半圈，并于11日开大连排一圈并加大定排。但12日钠离子浓度急剧上升至53.9 μg／kg，之后浓度虽下降但持续超标，直至17日恢复正常，但19日再次超标，之后不再超标。本次事件钠离子、磷酸根离子浓度随时间变化情况如图1所示。

3 钠离子超标影响因素分析

3.1 连排阀门堵塞

从2月4日到8日，在加药未发生变化的情况下，钠离子、磷酸根离子浓度出现不同程度的上升，且钠离子浓度的增加速度远远大于磷酸根，而使用同个加药罐、不同加药泵的高压锅炉离子浓度并没有出现任何问题。因此首先判断可能是中压锅炉连排管线去连排扩容器的根部阀堵塞[13]。在2月8日，连排根部阀相比正常生产情况开大半圈的情况下磷酸根浓度变化并不明显，在10日再次开大连排根部阀半圈后才明显下降，这表明原有连排根部阀可能已经堵塞，需要再开大一圈才能与原来的开度相平。

3.2 汽水分离器故障

同样是由于饱和蒸汽的钠离子浓度增加速度远大于锅水磷酸根的速度、使用同一加药罐的高压炉没有异常，低压锅炉在8日连排开大了半圈后钠离子浓度无明显变化并略有上升，且在13日无任何操作的情况下饱和蒸汽钠离子浓度继续上升。连排根部阀开度合适但饱和蒸汽钠离子浓度却上升，这表明在该状态下，影响钠离子浓度超标的主要因素并不是阀门堵塞，而有可能是锅炉汽水分离不合格造成的，即锅炉汽水分离装置出现故障，汽水分离装置不能正常将饱和蒸汽中携带的锅水分离出去，导致饱和蒸汽冷凝水中锅水成分偏高以至于钠离子超标[5]。

3.3 汽包液位

同样影响汽包汽水分离的，还有汽包液位。而影响汽包液位的有多种情况：1）锅炉的工作液位设置较高或较低，较高和较低的液位都会影响汽液分离，较高的液位会导致液面的液滴飞入饱和蒸汽引出管，且液面离汽水分离器较远也会导致孔板式汽水分离器工作效果较差；较低的液位则会导致汽水分离器离液面过近或低于汽水分离器，导致分离失效。2）当司炉操作不当引起锅炉负荷波动较大或是锅水杂质过多时，会导致液面波动较大，甚至导致汽水共腾[2]，导致液面虚高，液滴飞入饱和蒸汽引出管导致饱和蒸汽钠离子超标。

3.4 除盐水品质

除盐水的品质是影响锅炉锅水品质的主要因素之一[14，15]。当除盐水的含盐量过高时会严重影响锅水的品质，进而导致锅炉加药失效，锅水蒸发面含盐量过高，导致汽水分离后饱和蒸汽携带的锅水含盐量过高或引起锅水表面汽水共腾，导致饱和蒸汽的钠离子超标。

3.5 锅炉加药

锅炉加药情况也是影响锅炉水质的主要因素之一[16，17]。锅炉使用加药为磷酸三钠，中低压锅炉使用同一加药罐，由中压和低压加药泵分别打入中压和低压锅炉，每次在加药罐液位下降到固定值后加入同等质量的磷酸三钠，而后加水至满罐搅拌均匀。因此每次加药的准确加药量以及泵的冲程就是影响锅炉实际加药量的主要因素。当加药泵的冲程过大或实际加药量大于规定加药量，则会导致锅水的实际加药大于锅炉的运转所需，导致锅水中钠盐过剩，引起饱和蒸汽钠离子超标。

4 原因排查

在发现低压锅炉钠离子超标恢复持续一段时间后，启动备用锅炉后将该锅炉停炉检查。在对影响锅水钠离子浓度的因素进行充分分析后，对各个影响因素进行排查：

1）连排阀门：将该锅炉进连排扩容器的连排管线3次阀拆卸检查，发现阀门堵塞。

2）汽水分离器：打开锅炉汽包，检查汽水分离器，发现汽水分离器无异常。汽水分离器情况见图2。

图2 汽水分离器照片

3）汽包液位和除盐水品质：通过检查分散控制系统（DCS）的汽包液位历史数据和除盐水的实验室信息管理系统（LIMS）化验数据，发现锅炉的负荷无剧烈波动，因此排除了液位剧烈变化的因素以及汽水共腾的可能。锅炉液位变化历史趋势如图3所示。

图3 锅炉液位变化历史值

除盐水的硬度化验值见表1。除盐水的LIMS化验结果显示硬度指标一直在控制范围内，没有超标的情况出现。因此也排除了这2种情况的可能性。

表1 除盐水硬度LIMS化验值

4）锅炉加药：由于锅炉加药由承包商负责，因此承包商的实际加药量则是关键。在检查加药台账和药剂台账时发现二者有出入，查证发现在3月11日晚上有加药行为。经与承包商技术员核对后发现，加药班错误理解承包商技术员要求，导致重复加药，致使锅炉加药过量以至于短时间内开大连排无法奏效，最终导致锅炉饱和蒸汽钠离子长时间超标。

5 原因分析及整改措施

本次低压锅炉从出现钠离子超标到锅炉检修结束前后持续近2个月，不仅严重影响对锅炉正常运行的判断，还可能存在严重安全隐患，因此对锅炉钠离子超标的影响因素进行分析并逐一进行排查，得到本次锅炉钠离子超标的原因：

1）连排根部阀堵塞：连排根部阀长期未清理，锅炉频繁启停导致阀芯容易堆积排污析出物，导致阀门堵塞，锅水蒸发面高离子浓度锅水无法排出，导致锅水表面离子浓度异常偏高，从而导致饱和蒸汽钠离子超标。

对此，在检修过程中，将锅炉的连排阀门进行更换，并对定排阀门进行了逐一检查，将其中泄漏或堵塞的阀门进行更换。

2）锅炉加药：锅炉实际加药量严重偏高是导致饱和蒸汽钠离子浓度偏高的直接原因，锅水表面过量的离子无法通过现有的排污量排出，导致饱和蒸汽携带液滴钠离子超标，从而导致饱和蒸汽钠离子超标。

针对此事件，加强了对承包商加药环节的管控，不仅增加了加药班对加药罐和加药泵的日常巡检点，还要求加药班加药时必须由大班长进行监管，严格管控加药量和加水量，并定期清点库房库存药量。

6 建议

鉴于锅炉钠离子超标对锅炉正常生产产生的重大危害，为了防止该类事件再次出现，本文对此提出几点建议：

1）正常生产要控制好汽包液位，负荷调整要尽量平缓，汽包液位以控制在汽包中位为最佳；

2）重视锅炉检修，锅炉停炉后，对汽水分离器、排污阀门要进行重点检查，检查汽水分离器的腐蚀情况、排污阀门的腐蚀和堵塞情况，对于有腐蚀或结垢的汽水分离器要尽快清理或维修，对于堵塞的阀门要尽快清理或更换；

3）关注锅炉加药，对于承包商的加药班以制度加以管控[18-20]，定期进行岗位培训和检查，重点巡检部位可实行双人巡检以加强巡检效果，严格控制每次的加药浓度以及加药泵的冲程。