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减少腐蚀从控制水汽开始改善水和蒸汽运行状态的各种方法

发布时间：2011/3/7 阅读次数：1853 字体大小: 【小】【中】【大】

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正如图2的标题所述，在典型情况下，高纯度凝结水和给水内的pH值是氨浓度的函数。正是这种处于还原环境下的低氨浓度所带来的较低的pH值对四氧化三铁层的溶解起到了主要作用。这就解释了为什么在NH3浓度为0.1 ppm的条件下腐蚀比任何其它条件下都严重得多。氨气并不会直接破坏四氧化三铁层。这样，在由于氧气清除剂（金属钝化剂）加药所建立的还原环境下，渐进式的四氧化三铁层溶解导致了突然的、也许会致命的、流动加速腐蚀（FAC）作用下的低碳钢被破坏的现象。FAC会在流动扰动和方向改变时形成，例如在给水和省煤器弯管、异径管和三通管位置，并发生在强还原环境下。这种环境会导致连续性的铁离子（Fe2+）从管壁上的剥离，这样会导致管壁结构的弱化，并从实际上将管道强度降低至会突然发生破坏的水平。图3所示就是一个FAC的示例。

FAC一直是热量回收锅炉（HRSG）内水冷壁管道中的一个问题，因为此处管道存在许多弯径很小的弯管。HRSG的低压管路经常运行具有最高腐蚀可能性的温度下（如图2所示），从而会进一步恶化这个问题。HRSG的一种特有困难在于它的2个或3个半独立式水冷壁回路导致化学控制相当难以实现。在HRSG控制民FAC的一种解决方案是，尽管会花一些成本，在设计阶段指定管子的材料，至少在弯管处，为1.25%的铬钢。这种材料能够耐受破坏。

以下一节概括了用于解决FAC化学技巧，并同时防止了给水系统内的其它腐蚀问题。

加氧处理（OT）

加氧处理（OT）是一种已开发了30年以上的适用于公用事业行业的给水处理技术。在加氧处理（OT）方案中，需将氧气引入凝结水和供水系统内。加氧处理方案中有两种最为通行变型方案。第一种是，O2的单独注入，该方案不需添加任何用于pH值调节的化学药品。这种方案被称为中性水处理（NWT）。更为经常的是，氨气也会注入以用于pH值控制。这种方案被称为联合水处理（CWT）。

中性水处理（NWT）和联合水处理（CWT）均要求实现氧气受控注入到凝结水和给水系统内。在正确应用后，加氧处理（OT）能够形成一种表面层，部分由铁氧水合物（FeOOH）构成，这种化合物比四氧化三铁更稳定。典型的注入点位于紧靠凝结水精处理装置之后，再有就是在除气器出口处。图4为CWT方案，这种方案在美国最为流行，氧气加入的目标是维持30~150 ppb的剩余浓度。加入氨水的目的是将pH值提升到8.0~8.5的范围内。在典型情况下，20~70 ppb的氨气会将水化学特性控制在这个pH值范围内。

加氧处理方案的关键在于受控氧气加注以及高纯度凝结水，其中的阳离子导电率要可以维持在≤0.15 microSiemens/cm (μS/cm)。OT对于低压工业锅炉来说可能过于精细了，但它已经应用于一些动力锅炉装置以及HRSG上。OT不能用于包含铜合金给水加热器管的系统内，因为会导致更严重的铜腐蚀现象。

适用于混合金属系统的AVT(R)技术

对于混合金属系统来说，正确的方案就是加入一种氧气清除剂，但要在低浓度下加入，以最大程度减少FAC。在依赖标准的溶解氧和氧气清除分析时，化学控制会遇到相当大的困难。氧化还原电位（ORP）监测技术正在混合金属凝结水/给水化学过程中推广应用。简而言之，在线ORP监测仪能够测量出与标准电极对比的溶液电位值，最为常见的是Ag/AgCl、饱和KCl。有一项经验法则是，应加入氧气清除剂来维持ORP处于-350~-300 mV的范围内。这个范围对应于标准氧气电极（SHE）的值，即-150~-100 mV。但是，化学家们已经发现，这项指导原则不应以绝对性对待。更好的方案是采用综合性的测试，包括溶解铁和铜分析法，并让最优ORP范围与控制在最低含量的铜和铁浓度协调起来。

锅炉水问题

在典型情况下，来自湖泊或河流的补充原水或热交换器冷却水含有数百计ppm的阳离子和阴离子，最值得注意的是钙、钠、镁、钾、重碳酸盐、氯化物、硅和硫，以及其它物质，包括悬浮固体。在这些杂质进入锅炉后，会导致一系列由温度诱发的反应。两种常见的反应如下所示。

Ca+2+2HCO3-1→CaCO3↓+CO2↑+H2O (6)

Ca+2(或Mg+2)+SiO3-2→CaSiO3↓(或MgSiO3↓) (7)

公式(6)和(7)均为典型的结垢反应。即使相对较薄的沉积层也将会大幅减少热传导，锅炉必须更猛烈地燃烧以达到相同水平的蒸汽产量。这样会随后导致锅炉管子的过热现象，从而缩短管子的使用寿命。
更为麻烦的是，特别是在至少为1000 psig以上的高压锅炉内，冷却水泄漏进入系统导致快速和可能的灾难性腐蚀现象。如下所示的反应就是一个主要示例。

MgCl2+2H2O→Mg(OH)2↓+2HCl (8)

从以上公式，我们可以清楚地了解到，这种反应的产物为盐酸。盐酸（HCl）本身会导致一般性的腐蚀，但盐酸与铁发生反应会生成氢气，氢气随后会导致管子发生氢蚀。在这套反应机制内，非常小的氢气分子能够渗透到金属壁内，并与钢材内的碳原子发生反应，生成甲烷：

2H2+Fe3C→3Fe+CH4↑ (9)

气态甲烷的生成以及氢气分子会导致钢材出现裂缝，大大削弱钢材的强度。氢蚀（图5）是一种非常难于处理的问题，因为这种现象无法很容易地检测出来。在氢蚀发生后，工厂方面只能更换管子，但仍会发现其它管子继续发生破裂。

凝结水回水会携带不定量的杂质，包括第一个例子中所提到的有机化合物。有机物会在管子表面上会被烤硬，而且还会导致锅炉汽包内出现泡沫，而泡沫随后导致将杂质带入到蒸汽内。例子中所提到过的加热器故障只是一种可能发生的现象，但是如果系统用于配合汽机发电，则这些杂质就会沉积在汽机叶片上并导致更多的腐蚀现象。

现代技术提供了在凝结水回水内控制有机结垢现象的技术手段。由于篇幅所限，不能对本文内的各项技术进行深入探讨，但现在已经有一些文章概述介绍用于控制有机物的现代化系统。这类系统采用了吸附滤芯和生物反应器来去除有机物，甚至可以用于炼油厂的凝结水回水水流内，据报告称，经净化的水含有低ppb浓度的碳基化合物。此类设备的成功运行肯定能减少例子1中厂方人员所遇到的麻烦。

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