工业蒸汽凝结水的腐蚀现状及防治措施

摘 要： 目前中国多数企业中大型工业机械设备的蒸汽供热系统有近50%的凝结水没有完全回收和利用，造成每年数亿吨水资源的损失及热量的白白浪费。造成这一问题的原因很大程度上是工业机械设备蒸汽供热系统的蒸汽在凝结过程中，其中的大量气体杂质溶入本应非常纯净的凝结水中，腐蚀凝结水的载体——换热设备及输送管道，同时腐蚀凝结水。细致分析工业上蒸汽凝结水腐蚀的原因，再提出相应的防治措施，增强工业上蒸汽凝结水的回收利用率，从而降低水资源和热量的损失，还能大大延长工业机械设备的使用寿命。

关键词： 氧腐蚀；酸腐蚀；机理；防治

中图分类号：TG172 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0820120－01

1 凝结水腐蚀原因分析

凝结水腐蚀主要是氧腐蚀和酸腐蚀。

1.1 氧腐蚀。金属表面产生溃疡锈疱，溃疡锈疱表面是一层黄褐色或砖红色硬壳，下面一层是黑色粉末状物，清除这些粉末后会呈现凹坑，这就是氧腐蚀的宏观特征。

发生氧腐蚀的关键是凝结水中有大量O2。凝结水中O2的主要来源一是蒸汽中含有一定量的O2，在凝结过程中溶入凝结水中；二是从凝结水箱进入凝结水的O2。目前我们采用的凝结水回收系统大部分均为开式系统。根据亨利定律水箱内气态中的O2不断溶入凝结水中，直到凝结水中O2的浓度与气态O2的浓度达到平衡为止。

腐蚀机理：氧腐蚀的形式是氧去极化作用，其腐蚀产物随着凝结水载体材质的不同而不同。对不锈钢材质的载体而言，铁和氧形成两个电极，组成腐蚀电池，铁做电池的阳极。在水的极性分子的吸引下，钢材表面的一部分铁原子，开始移入锅水而成为带正电的铁离子，与水中的相关物质进一步反应生成各种含水氧化铁的混合物。混合物的颜色呈红褐色，即产生了腐蚀。

氧腐蚀的速度主要与凝结水中溶解氧浓度的大小，水流速度和凝结水的PH值等因素密切相关。凝结水中的溶解氧具有去极化作用，会使氧腐蚀过程加剧。溶解氧的浓度大小与氧腐蚀的强弱成线性正比关系。水温的升高和水流速度的增大都会使氧气扩散到金属表面的速度增加，从而加快氧腐蚀。此外，凝结水的PH值越小，腐蚀速度越快，反之，则腐蚀速度越慢，PH值在中性点附近，其腐蚀速率曲线是水平的，PH值对其影响不大。

1.2 酸腐蚀。蒸汽供热系统补给水中游离CO2和碳酸盐类在炉内受热分解产生的CO2进入蒸汽，凝结过程后溶入凝结水中，进而形成弱电解质——H2CO3，降低了凝结水的PH值，使其呈酸性。

腐蚀机理：CO2进入凝结水后形成弱酸，不仅对铁产生腐蚀，同时对金属铜也会产生腐蚀。腐蚀反应后释放H2和产生易溶的Cu2+。由于铜的热阻小，换热器的换热管束一般采用铜管，CO2对铜管的腐蚀主要发生在蒸汽凝结水（疏水）液面上方的铜管表面，即二次水进水端，此时二次水的进水温度比较低，在换热管束——铜管的汽侧管壁会形成一层过冷的水膜，这层水膜的水温比疏水的温度要低，大量的CO2溶入这层水膜中，再加上溶入的O2，对铜管产生腐蚀。

2 凝结水腐蚀的防治

2.1 氧腐蚀的防治措施

1）热力除氧：蒸汽供热系统给水除氧目前在工业锅炉应用的除氧方式比较多，有热力除氧（大气式热力除氧、真空热力除氧）、解吸除氧、海绵铁除氧、树脂除氧等。

解吸除氧在除氧的同时增加给水中CO2的含量；海绵铁除氧会带入Fe2+离子；树脂除氧可能会带入系统的联胺；热力除氧在除去氧气的同时不会带入其他杂质同时还能除去CO2等气体，这是其他除氧方式无法做到的，因此热力除氧是工业蒸汽供热系统既高效经济又稳定安全的除氧方法，但这必须结合炉型和实际情况而定。为了解决蒸汽供热系统给水泵的汽蚀问题，热力除氧器都采用高位布置，安装高度在6.0m以上，这对于大型的集中供热厂来说是没有问题的，但对于吨位不大的蒸汽供热系统是比较困难的，因为其蒸汽供热系统的建筑物的高度有限。目前市场上有一种可以与给水泵布置在同一层的低位置热力除氧器，它很好地解决给水泵汽蚀问题。

2）凝结水的闭式回收。凝结水采用闭式回收系统克服了开式回收系统凝结水与大气接触的缺点，杜绝了空气中的氧气溶入凝结水的可能，从而有效防止凝结水输送过程的氧腐蚀。目前在实际中应用的产品是凝结水回收器，将凝结水储水罐和凝结水泵一体布置，简化系统，节约占地，同时在储水罐内设汽水分离装置和汽蚀消除装置，有效解决凝结水泵低位布置时的汽蚀问题。

2.2 酸腐蚀的防治措施

1）去除蒸汽供热系统给水中的游离CO2。蒸汽供热系统给水中的游离CO2主要来源于锅炉补给水，对于大型工业机械设备，它的蒸汽供热系统的补给水处理会采取氢钠系统，基本上没有应用除盐系统。氢钠系统中的除碳器会除去大部分的CO2，其含量小于5mg/L，补给水的游离CO2随蒸汽供热系统给水进入除氧器内，若采用热力除氧器（大气式热力除氧器或真空热力除氧器）会在除去O2的同时除去CO2气体。所以说补给水的游离CO2在除氧方式合适的前提下是不会带入蒸汽供热系统的。

2）减少炉内碳酸盐类受热分解产生的CO2。减少炉内碳酸盐类受热分解产生的CO2的主要途径是减少炉内的碳酸盐类主要是NaHCO3的量，也就是控制好蒸汽供热系统中炉水碱度。系统炉内碳酸盐类的来源也是补给水，控制好系统炉水碱度主要要控制好补给水碱度和蒸汽系统排污率，在补给水系统的设计时应根据原水碱度、炉水控制碱度、蒸汽系统排污率和补给水率经计算确定补给水的处理方式。对于大型工业蒸汽供热系统的补给水处理尽量采用氢钠软化除碱系统。这种系统不仅能很好控制炉水碱度，还可以减低蒸汽系统排污率，节约资源。

3）在蒸汽中加药消耗CO2。炉内碳酸盐分解产生的CO2只能减少，无法消除。对于蒸汽中的CO2气体可以通过加药的方式来解决，所加的药主要有氨水、中和胺和膜胺。

① 加氨方法。NH4OH（氨水）加入蒸汽中，成为NH3（氨气）和水蒸气，NH3和CO2气体一起随蒸汽的凝结而溶入凝结水中，在凝结水中分别形成NH4OH和H2CO3。两者发生酸碱中和反应，提高凝结水的PH值，防止了酸腐蚀。

② 中和胺方法。其作用原理与氨水是一致的。

③ 膜胺方法。膜胺是在金属管道的表面形成一层厚度只有单分子层厚的保护层，隔离开金属与腐蚀性物质，从而防止腐蚀。

3 结束语

蒸汽锅炉的使用寿命与多种因素有关，如何有效防治凝结水的腐蚀，提高凝结水的水质，加强凝结水的回收率是重要的一环。我们应认清造成氧腐蚀和酸腐蚀的原因，在充分考虑热用户的性质、特点的基础上采取切实可行的防腐蚀措施，从而最大限度的回收凝结水，节约水资源。

参考文献：

[1]施燮钧、王蒙聚、肖作善编，《火力发电厂水处理》（第三版），中国电力出版社，1996年.

[2]编辑委员会编，《金属腐蚀手册》，中国防腐与防护学会，上海科学技术出版社，1987年.

[3]王方编，《锅炉水处理》，中国建筑工业出版社，1993年.

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