锅炉水质处理及水分析

I青海油田分公司供水供电公司企业标准Q/QHQ/CNPC─QH1206—2007锅炉水质处理及水分析2007-01-01发布2007-03-01实施青海油田分公司供水供电公司发布2锅炉水质处理及水分析1范围本规程适用于中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司供水供电公司发电车间2规范性引用文件锅炉水质处理及水分析（1988年）。3天然水和水的预处理3.1概述3.1.1天然水中的杂质气体：O2、CO2分类悬浮物：泥沙、腐殖酸、微生物等溶解固形物溶解固形物最常见的有八种离子：CL¯、SO42-、HCO3¯、CO32-四种阴离子和Na+、Mg2+、Ca2+、K+四种阳离子。使用地下水时，原水中本来几乎不含，腐殖酸，微生物等，而在长管线运送过程中水中增加大量的管路腐蚀产物，以及中转过程中增加和微量有机物。被如上杂质污染的水直接用来作为锅炉给水时，对锅炉和蒸汽品质都会直接或间接地造成危害，其危害有：1、产生水垢与沉渣，堵塞和影响传热效果；2、对锅炉产生腐蚀，减少锅炉使用寿命；3、恶化蒸汽品质，造成用汽设备的结盐和腐蚀。我们把污染天然水的杂质也可简单归纳为如下几种：1、浊度：浊度就是水的浑浊程度，用度表示，1度也叫1ｍｇ/L，即表示1水中所含悬浮物杂质的毫克数。但是，用散射光性能测定浊度时单位应采用福马单位。2、硬度：硬度表示结垢物质的含量多少，Ca2+、Mg2+含量的总和称为总硬度，硬度有碳酸盐硬度和非碳酸硬度之分。碳酸盐硬度，是指水中硬度由钙、镁的碳酸盐沉淀。因此碳酸盐硬度又叫暂时硬度。非碳酸盐硬度，是指水中硬度由钙、镁的非碳酸盐组成。其特点是：当水温升高到一定高度时也就是暂时硬度和永久硬度之和。硬度的单位是毫摩尔/升（mM或mmol/L）3、碱度水中能够消耗的物质的量称为碱度。碱度可分为重碳酸根碱度、碳酸根碱度和氢氧根碱度，总碱度为它们之和，但事实上重碳酸根碱度和氢氧根碱度不能同时存在。用甲基橙为指示剂测出的碱度为总碱度，又称全碱度。用酚酞为指示剂测出的碱度只包含了全部的氢氧根碱度各碳酸根碱度。其单位也是mmol/L。原水为地下水时，该原水的碱度基本上是由HCO3¯造成。因此当碱度小于硬度时，测出的碱度就是水中的暂时硬度，当碱度大于硬度时水中就有了负硬。3注：Ho、Ao、H永、H暂、H负分别为总硬、总碱、永硬、暂硬、负硬。4、总溶解固形物碱度与硬度的关系如下表分析结果硬度（epm）H永H暂H负HoAoHo-AoAoOHo=AoOAoOHoAoOHoHo-Ao溶于不中全部盐类的总量称为总溶解固形物。即总溶解固形物是所有阴阳离子的总和。平常又称做含盐量。用ppm表示。5、氯根及硫酸根氯根所代表水中杂质的意义有二：其一表示氯化物盐类的含量。其二在同一水样中，氯离子含量的变化同溶解固形物的变化成正比，因此通过氯离子含量间接知道总溶解固形物。硫酸根代表水中硫酸盐的含量。以每升水中含有氯离子，硫酸根离子的毫克数（ppm）表示。6、氧与二氧化碳气体杂质，以每升水中含有O2和CO2气体的毫克数（ppm）表示。3.1.2锅炉用水的分类锅炉用水可分为如下几类：1、原水由自备水源（地面水或地下水）或城市供水管网取来应用的不为原水，也称为生水（或叫工业水）。2、给水原水经过水质处理，并满足锅炉水质要求供给锅炉的水为给水。3、补给水锅炉在运行和蒸汽循环过程中，由于排污和管道损失，消耗了部分凝结水和锅水。补充凝结水和锅水的水为补给水。4、锅水锅炉中正在蒸发的水为锅水，又称炉水。5、凝结水蒸汽在使用后凝结得到的水为凝结水，应回收并入给水。6、冷却水用来冷却锅炉某些部位的水为冷却水。7、排污水借助排污的方法，使炉水水质指标符合标准的排出水为排污水。除经上锅炉用水的分类外，在水质处理过程中，还有软化水、淡水等。3.2水处理的意义3.2.1水垢的形成、危害及防止锅炉给水中溶有的钙、镁盐类等杂质，在锅炉运行中随炉水浓缩，温度的升高而析出，析出的钙、镁盐类杂质，可在锅炉的受热面上形成各种不同密度和不同成分的固体附着物，这些固体附着物称为水垢。常见的有碳酸钙垢、硫酸钙垢、硅酸钙垢和氢氧化镁垢等。水垢的成份由给水中盐类成份决定。如果将西部地区工业水直接作为给水用于水管锅炉，在运行两个多月时炉管即可被水垢堵死这是因为西部地区工业水中暂硬高达6.2毫克当量/升，Cａ（HCO3）2、Mｇ（HCO3）2的含量很高。在温度升高时，会发生如下反应：4△Cａ（HCO3）2＝CａCO3↓＋H2O＋CO2↑△Mｇ（HCO3）2＝MｇCO3↓＋H2O＋CO2↑△MｇCO3＋H2O＝Mｇ（OH）2↓＋CO2↑这样既可在受热面上直接结晶而形成一次水垢，锅水剧烈沸腾时形成的大量水渣又可粘附到受热面上形成二次水垢，水垢不断累积加厚，甚至堵塞水管。据经验得出，只要给水暂时硬度大于0.03mM，锅炉就一定会结垢。水垢直接威胁锅炉设备的安全经济运行和锅炉的使用寿命，其主要危害有：1、导热效率低，造成热损失，浪费燃料。碳酸盐水垢的导热系数只有0.5～0.6千卡/米·时·度，在锅炉受热面上结有1毫米的水垢，能使煤的消耗增加1.5～2%左右。2、由于受热面上结有水垢，会使金属管壁局部过热，当壁温超过其工作允许极限温度时，会使管子鼓包，严重的会引起锅炉爆管事故使人身安全受到威胁。3、垢下浓缩腐蚀。垢下包容的CL－等杂质，在高温下经浓缩对铁有腐蚀作用。4、清除水垢要停炉，消耗人力、物力，经及造成锅炉的机械损伤和化学腐蚀。因此，水处理工作首先要降低给水中的结垢成份，防止水垢的产生，通常是以降低Cａ2＋、Mｇ2＋的含量来防止水垢的。我们把只降低水里Cａ2＋、Mｇ2＋含量的处理叫软化。3.2.2锅炉腐蚀的防止锅炉金属的腐蚀，有时是一种因素造成，有时是几种因素同时造成，主要有以下几种化学腐蚀。1、汽水腐蚀当有汽塞、汽水分层或水垢、水渣导致的局部水停滞时，沸腾管与水蒸汽发生作用，这样造成的腐蚀称为汽水腐蚀，防止的方法，除了使锅炉水循环良好，避免产生汽水分层、汽塞和产生自由水位等现象外，不要加强给水处理使锅炉金属表面要清洁，无水垢和水渣等沉积物。2、氧腐蚀和二氧化碳腐蚀氧腐蚀时腐蚀面呈溃疡状，而二氧化碳腐蚀属于均匀的酸性腐蚀。防止氧腐蚀和二氧化碳腐蚀的最有效办法就是要保证除氧器的正常运行，使给水溶氧含量达到最小值。3、碱性腐蚀在锅炉运行中不易出现，只是炉水的高度浓缩下或局部浓缩（如垢下浓缩或渗漏浓缩）时NaOH的浓度达到5%以上时会出现碱腐蚀。防止的方法，除炉水正常循环，保持管内清洁和防止水垢外还必须降低炉水的碱度。顺便加一句，炉水碱度过高，还会使炉水发粘，在蒸发面出现大量泡沫，影响汽水分离，使蒸汽品质下降。苛性脆化的原因有：炉水中含有大量的碱性物质如NaOH。金属内部存有应力，接近金属的屈服点。锅炉的铆缝及胀口处，有不严密的地方，炉水从该处渗出，并蒸发浓缩。这三个因素必须同时存在，苛性脆化才能发生，。腐蚀是在金属的晶粒间产生裂纹，开始裂纹很细。逐渐发展缝，达到一定程度，当强度承受不了内压时，则产生断裂，我们把这种无任何变形的破坏，称苛性脆化，从水处理角度防止的办法，就是使炉水的相对碱度即NaOH溶固0.2。除了以上几种锅炉化学腐蚀外，还有停炉腐蚀等，这主要是要做好停炉保护工作。3.2.3水处理设备正常运行在水的软化和除盐过程中，大多使用离子交换方式，这种方式往往通过交换媒介即交换层，如果原水中含有害于交换剂的杂质，会影响软化和除盐的正常进行，因此在不处理工作中尽可能进行水的预处理。总之，水处理工作就是要减少给水中的悬浮物、Cａ2＋、Mｇ2＋以及碱性物质甚至总溶解固形物，5达到防垢、防腐、防结盐，使锅炉安全经济运行的目的。3.3水的预处理3.3.1水的预处理的目的天然水中含有大量的泥沙、悬浮物和胶体等物质，如果直接进入离子交换器，就会危害离子交换器的正常运行。主要危害有：1、造成交换网状微孔的堵塞,使交换剂交换能力降低,也造成再生时再生剂的浪费。2、污染树脂，且这种污染较难复苏。3、增加了交换器的运行阻力，增加了动力消耗，也造成出力下降。锅炉给水预处理的目的就是将泥沙、悬浮物、胶体物在进入交换器前预以除去，以保证交换器的正常运行。3.3.2水的预处理工艺流程及选择水的预处理多采用混凝、沉淀、澄清、过滤和软化。澄清、过滤两种工艺。当原水浊度在100～150mg/l时，可以只单独采用混凝、沉淀或澄清，或者采用接触过滤的处理工艺。如果原水浊度较大，在200～300mg/l时，最好采用混凝、沉淀或澄清过滤的处理工艺。总之不论采用何种工艺，我们希望原水在进交换器前水的浊度不超过10mg/l（对流动床、移动床、浮动床不宜超过5mg/l）。在地下水和城市自来水中，悬浮物的含量一般不超过10mg/l，采用这样的水做为交换器的原水。为了更好使用交换器，也最好采用过滤的办法进行预处理，使浊度不超过5mg/l。随着科学的发展这是很有必要的。3.3.3水的过滤处理目前过滤方法分为两大类。一类是快速过滤。它包括无阀滤池和虹吸滤池的处理；另一类是接触式过滤。它包括接触式双层滤池和机械过滤器。目前工业锅炉自备水源时，较多地仍然采用机械过滤器。过滤设备的工作原理。一般地认为，是由机械阻滤、薄膜过滤、渗透过滤三种过滤方式所组成。当水自上而下地通过过滤层时，滤料首先起表面吸附和机械阻留作用，经过一段时间，杂质的重迭和架桥作用滤层表面好像形成了一层附加滤膜，在滤膜形成后，过滤主要由滤膜完成。但是，起过滤作用的不仅仅是滤层的表面，水在通过滤层中间孔道时，杂质被截留，即渗透过滤。可以作为水的过滤的滤料有：石英砂、无烟煤、大理石、焙烧过的白云石，还有磺化煤，以及其它可做交换剂的材料。选作过滤介质的材料应符合：1、对过滤的水要有足够的化学稳定性；2、要有足够的机械强度；3、滤料大小要适宜，颗粒均匀。颗粒太大易透过悬浮物等杂质。颗粒太小使过滤阻力太大，颗粒不均匀易使微小颗粒在反洗过程中聚集在过滤器的表面，形成密集的压实层，影响水的正常流动，使过滤运行情况恶化。影响过滤效果的因素是：1、过滤速度；2、水流均匀性；3、承托层及滤料的选择；4、反洗效果。3.4压力式机械过滤器及其运行3.4.1压力式机械过滤器的分类和基本构造压力式机械过滤器分为单流式和双流式两种。双流式机械过滤器与单流式机械过滤器不同之处在于，双流式机械过滤器是上、下两头均进水，过滤后的水由过滤器中部引出，而单流式是上进下出。压力式机械过滤器的基本结构分本体、进水系统、排水系统、压缩空气系统、过滤层和承托层。本体是由钢板卷制而成的，上下有封头，其内部有喇叭形，上配水装置，支管式或水帽式下配水装置。双流式机械过滤器还装有中间排水装置。压缩空气起搅拌滤料之用，也可与配水装置并用。内装料径为0.6～1.0mm滤料1.2～2.2mm。3.4.2单流式机械过滤器的运行单流式机械过滤器构造示意图1—1（a，b）。当单流式机械过滤器进出口的压差超过49～58.8KPa或出口浊度超过5mg/l时,应停运冲洗，其操作过程包括：反冲洗、正洗和投运。1、反冲洗：开启反洗进口阀，然后缓慢开启反洗出口阀，反洗强度为15升/秒·米2，冲洗时间为10～30分钟。如果使用压缩空气辅助，则先送入压力为1个表压左右的压缩空气，吹搅3～5分钟后，6在继续供给空气的情况下，向过滤器内送入反洗水，使滤层膨胀10～15%。2～3分钟后停止送空气，继续用水反洗1～2分钟。此时的反洗强度应使滤层的膨胀率达到25%，即不冲出滤材料为止。2、正洗：关闭反洗进出口阀，开启正洗进出口阀，调节正洗流速为10米/小时左右，正洗出水浊度合格后，投入运行。3.4.3双流式机械过滤器的运行：双流式机械过滤器具有应用率高，出水量多出水水质较差等特点。其过滤速度单向应比单流式机械过滤器略低，这是因为整个过滤层分为两层，相当于两个过滤器并联运行，而上部过滤层较薄。其构造图如图1—2（a，b）。双流式机械过滤器的操作过程包括小反洗、大反洗、运行冲洗和投运。1、小反洗：当出水浊度不合格时，停运过滤器，开启压缩空气进气阀，送入1～2个表压的空气，稳压搅拌5～10分