有机添加剂与水汽TOC 标准的讨论
何辉纯
西安热工研究院有限公司（西安 710032）
[摘 要] 近年来，电厂水汽中TOC 的影响，越来越引人关注。国外一些机构，提出了水汽中TOC 的控制标
准。但有些问题有待澄清。本文针对有关意见，，分别对水汽中TOC，在什么情况下会引起热力设备腐蚀；水汽中TOC 对化学监督有什么影响；EPRI 和VGB 对锅炉给水中的TOC 标准是如何规定的，要求如何实现；如何确定TOC 中是否含有有害成分以及在火电厂是否可采用有机添加剂等问题进行了讨论。
[关键词] 腐蚀 化学监督 添加剂
Abstract: Recently，the effect of TOC in water and steam of power plant become more and more concerned by plant
staffs..Some organizations abroad have issued the TOC control standard，but there are still some problems needed to be
clarified. This paper discusses the following topics: Under what condition the TOC in water and steam will cause the
corrosion of generating equipment； What influence will give to the chemistry surveillance of power plant by the TOC
in water and steam ，How EPRI and VGB set their TOC standards and how to implement，How to determine the harmful
component in TOC and Is it possible to use the organic additives in power plants.
1 开始注意水汽中TOC 的影响
70 年代前，人们对电厂水汽中的有机物，是不关心的。1974 年，VGB 杂志报道了德国一台锅炉，由于给水含有含氯的有机物，引起了锅炉严重腐蚀的情况。开始认识到水汽中有机物的重要性。1978 年，BBC 的Bodmer 发表了“汽轮机酸腐蚀”一文，介绍了蒸汽中酸性物质会引起汽轮机酸腐蚀的情况.，后他又来华讲课。对我国开展水汽中有机酸的研究，起了促进的作用。1979 年，吉林等电厂发生了严重的汽轮机酸腐蚀问题，国内一些单位据此开展了大量蒸汽中有机酸的测定工作，作者也在1981 年国际水会议上报道了这些研究情况，尽管后来热工院和美国EPRI 均下结论，这么严重的汽轮机酸腐蚀，并非单纯由有机酸所为。
但通过这些活动，关于电厂水汽中有机物的影响，已开始引起世人关注。在1982~1983 年，POWER 杂志相继发表了一些水汽中有机物的文章，就是证明。
国外在70 年代后期，就已开发出灵敏度达到50ppb 的TOC 测定仪器。同时也开发了离子色谱仪，这些条件，为国外研究电厂水汽系统中有机物含量的变化行为和影响提供了有效的手段。德国当时就报道了一篇有关水汽系统各种水汽TOC 变化的测定结果的文章。国内当时虽然没有高灵敏度的TOC 测定仪，但也用离子色谱仪开展了大量蒸汽中有机酸的测试工作。下表1 列出了热工院当时的部分测试结果。
表1 过热蒸汽中乙酸含量测定结果
电厂名称                         单位                               乙酸含量（平均值）
吉林                                     μg/L                                             22
阜新                                     μg/L                                             34
户县                                     μg/L                                             9
成都                                     μg/L                                             7
西固                                     μg/L                                             13
金山                                     μg/L                                              116.7
高桥                                     μg/L                                             50
从上表看到，国内电厂水汽中普遍存在有机物，而且随着水源，水处理方式的不同，水汽中的有机酸含量差别很大。
80 年代，国内发生了有些电厂的炉水，其pH 值由于水中含有较高有机物而明显降低。影响了正常的化学监督工作。这问题在华东，采用污染地面水为水源的电厂特别突出。这些事件告诉我们，水汽中的有机物会给生产带来麻烦。另外有些令人头疼，但又搞不清原因的现象是：电厂运行中有时发现，除盐水的电导率
会莫名其妙地升高和降低。看来和水源中有机物的变化有关。
上述情况说明，水汽中的有机物，对水汽的化学监督，肯定会有影响。而对设备的腐蚀是否会有影响，是我们值得关注的问题。

2 有待澄清的问题
随着科技的发展，国外对电厂水汽中TOC 的影响，进行了大量的研究工作。近年来相继发表了数拾篇有关的文献。从这些文章中看到，水汽中TOC 问题较为复杂，有些已有阶段性结论，有些还在讨论之中。为了进一步开展TOC 问题的研究，本文针对大家希望澄清的问题，开展讨论。归纳起来，这些问题是：水汽中的TOC，在什么情况下会引起热力设备的腐蚀；水汽中TOC 对化学监督有什么影响；国外电厂水汽中TOC 标准的制订情况，如何确定TOC 是否含有有害成分；火电厂是否可采用有机添加剂处理给水和炉水处理等。
3 水汽中的TOC，在什么情况下会引起热力设备腐蚀
在80-90 年代，曾报道过一些汽轮机叶片损坏的事故，与蒸汽中含有较多有机酸和二氧化碳有关。，当时认为，蒸汽中二氧化碳的增加会引起汽轮机低压级叶片的腐蚀疲劳，而这腐蚀疲劳，是由于二氧化碳明显增加了叶片上初凝液电导率的结果。进一步研究表明，假如这些二氧化碳和有机酸等酸性物质能得到很好中和，这种损坏就不会发生。
为了研究蒸汽中的二氧化碳，除了起降低pH 作用外，是否还会引起汽轮机钢部件应力腐蚀破裂的作用，进行了汽轮机钢在NaCl 溶液中，在含有和不含二氧化碳不同条件下的应力腐蚀试验。结果证明，二氧化碳仅起降低液膜pH 的作用，没有促进钢产生应力腐蚀的作用。
至于不同的有机酸，如乙酸，甲酸，草酸，对金属的应力腐蚀破裂是否有促进作用，经过试验发现，乙酸会促进应力腐蚀的发生，但甲酸和草酸却有抑制应力腐蚀发生的作用。因此，还不能对会促进应力腐蚀作用的下结论。
研究证明，在蒸汽TOC 中，假如不含杂原子（例如，卤素，硫，磷），则即使TOC 含量达到200μg/kg，在足够中和成碱性的条件下，那也是无害的。但有一重要的研究证明：TOC 所产生的破坏，都和TOC 中含有卤素，硫，磷元素有关。因此，TOC 的危害，是发生在TOC 中含有杂原子的条件下的。最有名的，发生在1974 年德国一台锅炉上的腐蚀事故，就是由于水中有机物中含有氯有机物而引起的损坏的。200μg/kg 氯仿就会分解出182μg/kg盐酸。因此说明，只有当TOC 中含有杂原子，以及蒸汽中二氧化碳和有机酸没能得到中和时，TOC 才会引起设备腐蚀。
4 水汽中TOC 对化学监督的影响
水汽中的TOC，由于会分解产生二氧化碳和有机酸，就会引起蒸汽电导率的升高。使蒸汽电导率不能准确反映水汽中含盐量的情况。试验证明，锅炉蒸汽的氢电导率随着补给水TOC 含量的升高而增高的。如下表2：

表2 锅炉蒸汽的氢电导率随着补给水TOC 含量的变化
补给水TOC μg/L                                           蒸汽 TOC μg/L                                     蒸汽氢电导率 μS/cm
40~50                                                                                                                                                                       0.25
120                                                                                               61                                                                         0.62
320                                                                                             250                                                                       1.3
目前电厂化学监督的重要指标是电导率。化学监督的自动化，很主要也是依靠水汽电导率的监控。若水汽中含有较高TOC，则严重影响电导率测定的可靠性。2004 年Bursik 在讨论有关采用有机添加剂处理炉水时，就认为，影响有机添加剂的使用，很重要的原因，是加入有机添加剂后，会增加蒸汽的电导率，影响蒸汽品质的监控。
为了减少水汽中二氧化碳和有机酸对电导率的影响，国外近年开展了许多脱除二氧化碳和有机酸措施的研究，研究认为，采用再沸腾法，气流脱除法或膜分离法，都不能彻底地除去蒸汽样品中的二氧化碳和有机酸。如在二氧化碳含量相同的条件下，再沸腾法只能降低电导率28%，而膜离法能降低~63%。吹气脱除法能降低70%。这说明，目前还没有一种能完全消除二氧化碳影响的方法。消除有机酸的效率更低。这说明，若蒸汽中含有较多的二氧化碳和有机酸，所测得的电导率，就不能反映蒸汽的真实品质。。这可能是国外一些权威机构，为了解决化学监督的准确性，要求严格控制水汽中TOC 和反对采用有机添加剂的一个重要
原因。