浅析锅水碱度对PH值的影响及相应举措

摘 要：工业锅炉在我国应用极广泛，但其使用中一直存在着结垢与腐蚀的严重问题，问题源自于锅炉的水质，而PH值是控制锅炉水质的核心指标之一，碱度与PH值又密切相关。阐述碱度与PH值的概念与工业锅炉炉水PH值要求，分析锅水的PH值与其碱度之间的关系及相应举措。

关键词：锅水 PH值 碱度 防止举措

中图分类号：TK227 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-046-02

1 PH值与碱度的概念

PH值又叫氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度，是溶液酸碱程度的衡量标准。碱度是指水吸收质子的能力，即水中能与强酸发生中和作用的物质的总量。它实质指水中含有可能接收氢离子的物质的量，包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐等，如氢氧根、碳酸盐、重碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、亚硫酸盐和氮等。碱度指标常用于评价水体的缓冲能力及金属在其中的溶解性和毒性；是对水和废水处理过程控制的判断性指标。

工业锅炉锅水的碱度主要由OH-与CO32- 组成（在用磷酸盐处理时有PO43-）。

2 工业锅炉炉水PH值与碱度之间的关系及相应举措

为防锅炉腐蚀，锅水PH值一般不能低于10，也不能高于12。在工业锅炉工作时，必须控制好锅水的碱度与PH值这两个重要指标。

2.1 锅水PH值偏低的原因与危害

2.1.1 原因与危害

锅炉用水一般来自城市供水系统，我国规定城市供水系统的水的PH值为6.5-8.5，偏酸性。而城市供水水质在处理与传送中受PH值的影响较大，地表水的PH值因受季节与环境污染影响也在变化。空气中的CO2极易溶于水，在天然水（尤其是地下水）中，CO2含量不少。水在软化、降碱过程中，常会产生游离的CO2，其含量大于20mg/l。中高压之上的锅炉，为防止腐蚀，PH值常大于8.0，而最佳的PH值范围是9.0-9.2。水处理工艺是连续的且工序之间相互有联系，设计者再考虑投资成本，它不会满足所有用水设备的要求。因而，在锅炉补充水经软化处理后，进入锅内的补给水的PH值不会变化，碱度也不会变化，仍偏酸性。

在锅水PH值小于7，其碱度也随之低时，去极化剂——游离的CO2就会同与CO2接触的金属发生电化学腐蚀：

Fe + H2O + CO2→Fe（HCO3）2 + H2↑

反应形成的Fe（HCO3）2是重碳酸亚铁，极易溶于水，不会在金属表面生成保护膜，因此CO2引起的腐蚀是均匀的，锅炉的金属表面是结构性减薄。

在锅炉给水中含各种碳酸化合物，其阴离子一般是CO32-与H CO3-，这些碳酸化合物在锅炉内受热分解出许多CO2，与蒸汽一同流向用汽、凝汽设备，在蒸汽凝结时，CO2溶解到凝结水中，降低了凝结水的PH值与碱度，使其呈酸性，继之腐蚀回水管路系统：

2NaHCO3→CO2↑+ H2O + Na2CO3

Na2CO3 + H2O→CO2↑+2NaOH

CO2 + H2O→H+ +HCO3-

当锅水中同时溶有O2与CO2，两种气体产生的两种腐蚀交叉影响，加速腐蚀，后果更严重。

2.1.2 防止举措

（1）除掉锅炉给水中的CO2。锅炉给水中的CO2多来自锅炉补充水。工业锅炉多采用软化系统、大型蒸汽锅炉多采用氢—钠系统处理补充水，除盐不被使用在工业锅炉的补充水处理中。氢-钠系统处理的补充水含CO2很少了，低于5mg/L。钠软化系统处理的补充水含CO2多，高于20 mg/L。这含CO2高的水经除氧器除氧后，CO2基本没有了。

（2）降低锅炉内碳酸盐类因受热分解的CO2。其主要方法是控制锅水的碱度，即降低NaHCO3的含量。GB1576-2001《工业锅炉水质》明确规定了锅水的碱度：锅炉额定压力≦1.0MPa，锅水总碱度在6-26mmol/L；1.0Mpa﹤锅炉额定压力≦1.6Mpa，锅水总碱度在无过热器时为6-24mmol/L，有过热器时≦14 mmol/L；1.6Mpa﹤锅炉额定压力≦2.5Mpa，锅水总碱度在无过热器时为6-16mmol/L，有过热器时≦12 mmol/L。

大型工业蒸汽锅炉应采用氢-钠系统控制锅水的碱度，且可减少锅炉排污率，节省资源。

上面两个举措实质是降低锅水的酸度，提高锅水的碱度，从而提高锅水的PH值以防垢防腐。

2.2锅水PH值偏高的原因与危害

2.2.1 原因与危害

原水的碱度以暂硬Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2与钠碱NaHCO3的方式存在。钠离子交换软化水的过程中，暂硬碱度转变成了钠碱度，而且锅水的碱度以me/L计算与原水的一样，但以mg/L计算增加了些，原因是钙的当量（20）与镁的当量（12）都小于钠的当量（23）。

若原水与软化水的碱度不太高，对锅炉防垢防腐极有利。但原水与软化水的碱度过高时，NaHCO3在受热与压力下，化学分解为Na2CO3，Na2CO3在锅水中有部分一定会发生水解反应生成NaOH：

NaHCO3→Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + H2O→NaOH + CO2↑

因蒸发浓缩，锅水的碱度、相对碱度升高，会产生汽水共腾、碱性腐蚀等严重恶果，降低了蒸汽质量，也会导致锅炉安全事故发生。而Na2CO3的水解程度取决于锅炉的温度，锅炉温度的高低又取决于锅炉的压力，因此，Na2CO3的水解程度取决于锅炉的压力。锅炉压力越大，Na2CO3的水解率越高，游离的NaOH越多，锅水的碱度与PH值也越大，锅水的汽泡越多，越易产生汽水共腾，碱性腐蚀产生概率增大。

通常，锅水的PH值在10-12，金属的表面会形成氧化保护膜，锅炉不发生腐蚀。但随着Na2CO3，水解率的增加，PH﹥13时，NaOH的浓度达到5%，即使温度只310℃，保护膜也会遭破坏，被溶解成铁盐：

Fe3O4 + 4NaOH→2NaFeO2 + Na2FeO2 + 2 H2O

而且，保护膜被溶解后，金属因直接暴露在高温锅水中而与NaOH发生反应：

Fe + 2NaOH→Na2FeO2 + H2↑

Na2FeO2在高PH值的锅水中是可溶解的，所以在PH﹥13的锅水中，碱性腐蚀会更严重。

用磷酸盐处理高PH值的锅水时会发生磷酸盐暂时消失的现象，消失的变成磷酸氢盐附着在炉管壁上，另导致产生游离的NaOH，不仅影响受热面传热，而且增加锅水的碱度，从而增加锅水的PH值，引起锅炉的碱性腐蚀。用一般的Na3PO4处理过高PH值的锅水，锅水中会产生游离的NaOH，使碱性腐蚀继续：

Na3PO4 + H2O→Na2HPO4↓+ NaOH

2.2.2 防止举措

通常采用锅炉排污法来降低锅水过高的碱度，从而达到降低锅水过高的PH值。

针对Na3PO4处理锅水中过高的PH值的不足，可同时加适量的Na2HPO4，Na2HPO4能与游离的NaOH发生反应，以防止碱性腐蚀：

Na2HPO4 + NaOH→Na3PO4 + H2O

但要控制Na3PO4与Na2HPO4的用量，可通过控制钠离子与磷酸根离子的摩尔比值R（R=Na/PO4）确定，R在2.85-2.2范围内，锅水因之PH值低也不会产生碱性腐蚀，此时游离的NaOH几乎绝迹。

3 结语

锅水PH值的控制对锅炉的防垢防腐影响至关重要，而锅水的PH值与其碱度在正常情况下成正比关系，我们可通过控制锅水的碱度来达到控制锅水的PH值在10-12之间，以防止锅炉发生安全事故，提高锅炉的运行效益与使用寿命。

参考文献：

[1] 郑书忠，李冰，杨麟.浅谈工业锅炉水质标准中的PH值指标[OL].

[2] 庞梅俊.影响锅炉炉水PH值的因素及对锅炉的危害[J].内蒙古科技与经济，2008（5）.

[3] 中华人民共和国标准《工业锅炉水质》（GB1576—2001）[S].

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