1、案例概述
2018年2月份，笔者到我市某金属制品有限公司对一台LHG0.5-0.4-AⅡ型锅炉内部检验打开下脚圈附近的手孔及炉门上部手孔后发现锅炉结垢严重及水冷炉排内部结垢较，从以往的检验工作经验来看，因为立式锅炉的水冷炉排受热强度大，如果结垢严重，传热不好，容易出现这样那样的问题，于是让司炉人员打开炉门，从炉膛内检验，发现在炉排水管大部分变形，其中一根已经断裂，把断裂的水管割下来，发现管子胀粗，有明显的过热现象，再看管子内部，已经完全堵死。企业领导当场表态，更换锅炉，这起事故导致直接经济损失5万元。
2、案例分析
初步原因分析为，水处理不良给水硬度不达标→结生水垢→影响水循环→受热面得不到可靠冷却→受热面过热变形泄漏。我们调取了这家单位近从2013到2018年的水质报告可以发现，2011-2012年为锅内加药处理，但是，从报告上来看，炉水碱度一直偏低，但即使锅水排污很少（氯离子浓度高），锅水浑浊度并不高，2013年以来，加装了离子交换器但是，给水依然不达标，有经验的检验人员都有这样的体会，锅内加药的锅炉，如果锅水碱度上不去，锅水浑浊度低，往往结垢会比较严重，经分析，原因如下：
天然水的碱度主要由HCO3- 组成的，几乎没有酚酞碱度，在进入锅炉后，在高温高压状态下，发生如下化学反应：
从上述反应可以看出NaOH能够有效地消除水中的钙硬度和镁硬度，锅水中存在大量CaCO3 晶粒如果同时存在大量的OH- 时，它能够 吸附在带正电荷的CaCO3 周围，不但可以阻止CaCO3 的互相合并长大，同时还可以阻止带负电荷的CaCO3 晶粒向带有向带有正电荷的锅炉金属表面附着，从而防止CaCO3 水垢的结生。，
从上述反应可以看出，Na2 CO3 能够能够有效地消除水中的钙硬度和镁硬度，此外还能够部分水解出NaOH，因此具有 NaOH的作用、保持锅水碱度，使CaCO3 成为泥垢，而不易结为水垢
磷酸三钠作用与纯碱的作用相似，磷酸三钠和给水中的钙、镁盐生成的Ca3（PO4）2、Mg3（PO4）2 是具有高度分散的胶体颗粒，在锅水中能作为补充的结晶中心，使CaCO3、Mg（OH）2 在其周围析出，变的细小，分散，而不易在金属表面附着生成了流动性较强的水渣。
如果加装离子交换器，其工作原理是
NaR+ Ca（HCO3）2→CaR+ Na HCO3
NaR+Mg（HCO3）2→MgR+ Na HCO3
反应生成的重碳酸钠发生分解反应和碳酸钠的水解反应，产生了酚酞碱度和甲基橙碱度，并随着锅水的不断浓缩，碱度会不断上升。当使用单位未加药或加药不正常时，未经处理过的水（或加装了交换器，但水质不达标）进锅炉后最容易发生重碳酸盐的分解和相互反应生成难溶物，是结生水垢的重要原因，上述反应在消除暂硬的同时，由于生成这些沉淀物，也把炉水中的碱度消耗掉了致使碱度偏低，在低碱度条件下，CaCO3不能够形成泥垢，锅水浑浊度下降。于是，锅水表现为低碱度，即使排污不多，锅水仍变“清”。从该锅炉2011-2015年间的水质报告中发现，锅水均有不同程度的碱度下降。锅炉受热面结生水垢后，因水垢的导热性比钢板差，因其化学成份和存在状态不同有很大差别最小的含油水垢仅0.1千卡/米.小时.℃，最大的坚硬的碳酸盐水垢也仅5.0千卡/米.小时.℃远低于钢材的40～50千卡/米.小时.℃，单壁传热的公式如下：
Q=λ（T火-T水）.F/δ
λ---介质的导热系数
T火----火侧的温度
T水-----水侧的温度
F-----传热面积
从公式中可以看出，
同一台锅炉中，锅炉的传热面积F是一个固定不变的值
锅炉水侧温度在一定的工作压力下，也是一个固定傎
锅炉的工作压力和蒸发量固定的情况下，每小时所需的热量Q也是固定值
这样介质的导热系数λ与锅炉火侧与水侧的温度差（T火-T水）成反比。在锅炉结生水垢的情况下，λ会大大减小，为了保持Q值不变，势必要增大（T火-T水）而T水又是固定傎，那么只能够增大T火，因此引起锅炉受热面温度升高，据有关部门测量的数据显示，对于工作压力为1.0MPa的锅炉，火侧温度在900-1200℃，水侧温度为184℃，没有结水垢时的钢板温度在210-243℃之间，如果结生了1.0mm左右的水垢，可以使受热面温度升高140度左右，达350-370，如果再厚一些，会使金属壁温度继续升高，塑性指标下降，450度为碳钢最高允许使用温度。因此锅炉结垢严重的话，很容易使锅炉金属烧损的，本案例中，水垢已经将管子完全堵死，无疑会使管子过热变形而发生爆管事故。当然结生水垢的锅炉即使暂时没有发生爆管事故，也会引起锅炉出力的下降，大量浪费燃料，增加锅炉检修量，据统计，工业锅炉发生的事故，50%以上与锅炉结生水垢有关。
3、解决措施
1、很多单位对内检较为重视，对水处理则重视不足。水处理不同于锅炉内检或者外检，查出的问题一目了然，有些问题不整改的，立竿见影，马上就会出问题，而水质是一个动态的指标，其危害是隐性的，可能水质不达标，刚开始一两年，并没有明显的问题，随着水垢等结生逐渐严重，才逐渐出现耗煤增加，出力下降，甚至爆管、鼓包事故。故应该大力宣对锅炉安全经济运行的重要性，让企业化被动应付为主动搞好这一工作，事实证明，凡是企业领导重视的单位，水处理工作大都较好，他们也从中获益良多；
2、资源配置方面
其一，不同于以往，现在大部分都是私营企业，为了压缩成本有专职水处理人员的单位少之又少，有兼职的就很不错了，其二，现在的交换器，大部分为全自动交换器，再生周期是电脑自动控制，一旦开始调整没有到位，以后的水质则很难达标。故应重点检查锅炉是否配备专职或者兼职水处理人员，平时的水质化验记录是否达标，锅炉安装监督检验时，应重点检查水处理设备是否安装到位，运转是否正常，从源头上抓起。3、加强检查，对一些水质不达标特别是连续几年不达标的单位，应切实督促其加强整改，对于屡教不改的单位可以通报批评或进行必要的处罚，对于一些做的好的单位可以让他们现身说法，谈一些工作经验，以及搞好水处理工作对锅炉安全经济运行取得的实际效果。
4、结论
结生水垢对锅炉有百害而无一利，搞好水处理工作是防止锅炉结生水垢的有效途径，锅炉检验人员应重视对锅炉水质管理的检查，搞好水处理工作对保证锅炉安全经济运行有重大意义。
论文作者:顾小明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/14
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