蒸汽冷凝水系统腐蚀问题之分析

冷凝水系统腐蚀原因分析 生产实践中 最常见的用蒸汽设备及其冷凝水回收系统工艺流程如图 一 图 一 传统蒸汽用汽及冷凝水回收系统图 一般来说 开式蒸汽冷凝水系统碳钢管道的使用寿命只有 4 5 年 即使是比较耐腐 蚀的铜质设备 实际使用寿命也难以达到设计要求 蒸汽冷凝水化验结果表明 水中铁离子含量为 0 5 1 5mg L 铜离子含量为 0 05 0 5mg L 冷凝水的 pH 值一般为 4 6 左右 上述现象及水质参数说明蒸汽冷凝水系统中腐蚀问题较为严重 造成系统腐蚀的原因 如下 1 1 氧腐蚀 氧腐蚀 凝水排放口和大气直接相通 故冷凝水可以吸收大气中的氧气 冷凝水中氧腐蚀的形式是氧去极化腐蚀 其腐蚀产物随着载体材质的不同而不同 冷 凝水的输送管道一般是钢制管材 其腐蚀产物是铁的氧化物 其反应方程式如下 阳极反应 Fe Fe2 2e 1 1 阴极反应 O2 2H2O 4e 4OH 1 2 以上反应的产物 Fe2 在水中会与相关物质进一步进行反应 其过程 Fe2 2OH Fe OH 2 1 3 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 1 4 Fe OH 2 2Fe OH 3 Fe3O4 4H2O 1 5 以上腐蚀产物中 Fe OH 2在有氧的条件下是不稳定的 可以转变为 FeOOH FeOOH 或 Fe3O4 FeOOH 的颜色是黄色的 FeOOH 的颜色是橙色的 Fe3O4的颜色是黑 色的 F e OH 3是表示三价铁的氢氧化物 化学组成实际上并不像其化学式那么简单 常 常是各种含水氧化铁的混合物 可以写成 Fe2O3 nH2O 或 Fe2O3 Fe2O3又有 Fe2O3和 Fe2O3之分 Fe2O3的颜色是砖红至黑色 Fe2O3的颜色是褐色 受污染的冷凝 水的颜色是红褐色 且腐蚀越严重 颜色越深 就是因为冷凝水中含有以上腐蚀产物 冷凝水系统中铜质材料 在有溶解氧的存在下 产生以下氧化反应过程 2Cu O2 2CuO 1 6 一般情况下 铜氧化产生的氧化铜 CuO 为致密氧化膜 可以阻止氧化反应的进一 步进行 但在酸性环境中 氧化膜溶解脱落 CuO 2H Cu2 H2O 1 7 铜的氧化反应和酸性溶解作用同时存在 最终造成铜质材料被腐蚀 所以 同时存在碳钢和铜的蒸汽系统中 碳钢表面出现的溃疡腐蚀 点蚀 铜表面 为均匀腐蚀 2 2 冷凝水的酸腐蚀 冷凝水的酸腐蚀 冷凝水中的酸性物质主要是溶入冷凝水中的 CO2形成弱电解质 H2CO3 H2CO3分解为 H 和 HCO3 CO2 H2O H2CO3 2 1 H2CO3 H HCO3 2 2 2 12 1 COCO2 2的来源的来源 低压锅炉一般使用经钠型阳离子树脂交换处理产出的软化水作为给水 软化水中的碱 度 碳酸根离子 碳酸氢根离子 依然存在 碳酸根离子和碳酸氢根离子在蒸汽锅炉内发 生变化 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O 2 3 2 22 2 酸腐蚀的机理酸腐蚀的机理 CO2进入蒸汽系统 当蒸汽被冷凝液化后 CO2溶入水后形成碳酸 H2CO3 H2CO3是一种弱酸 在水中电离的 H 不多 但冷凝水是比较纯净的水 含盐量小 缓冲 性差 即使像 H2CO3这样的弱酸也会使 PH 值有较大的下降 见表一 同时随着 H 在腐蚀 中不断消耗式 2 2 的电离平衡被打破 反应向右进行 不断电离出 H 供腐蚀反应使用 直 至 H2CO3消耗完毕 表一 蒸汽冷凝水中 CO2含量对 pH 值的影响 CO2含量 ppm 或 mg L 冷凝水的 pH 值 07 00 15 49 25 34 55 14 104 99 204 84 CO2腐蚀的阳极反应和阴极反应方程式如下 阳极反应 Fe Fe2 2e 2 4 阴极反应 2H 2e H2 2 5 CO2腐蚀的腐蚀产物是易溶的 不会沉积在金属表面 所以 CO2腐蚀是均匀腐蚀 不会 形成保护膜 CO2不仅对铁产生腐蚀 同时对金属铜也会产生腐蚀 当只有 CO2时 会对铜管产生脱 锌腐蚀 当 CO2和 O2同时存在时 对铜管中的金属铜也会产生腐蚀 腐蚀机理参见式 1 6 和 1 7 其腐蚀产物是易溶的 Cu2 CO2对铜管的腐蚀主要发生在蒸汽冷凝水 疏水 液面上方的铜管表面 换热过程中 铜管内冷凝水液面上方管壁会形成一层过冷的水膜 这层水膜的水温比冷凝水的温度要低 大量的 CO2溶入这层水膜中 实验表明 当热交换器中进汽中的 CO2浓度为 8mg L 时 疏 水上方的铜管水膜中