同一锅炉系统蒸汽管线腐蚀腐蚀正常蒸汽冷凝回水管道腐蚀严重的原因解析及8种解决措施

同一锅炉系统蒸汽管线腐蚀正常蒸汽冷凝回水管道腐蚀严重的原因解析及8种解决措施某单位新厂锅炉安装使用50个月后，输送蒸汽管线在正常的腐蚀范围内，4年多未出现过因腐蚀而穿孔泄漏，为什么收集蒸汽冷凝回水管道腐蚀严重，频繁出现因腐蚀而穿孔泄漏的问题，难道是蒸汽变成冷凝水会对管道有更强的腐蚀作用？关键词：蒸汽冷凝回水管道腐蚀；冷凝水管线腐蚀；蒸汽冷凝回水铁超标；蒸汽冷凝回水颜色发红；蒸汽冷凝回水管网腐蚀；蒸汽冷凝水管道泄漏在实际工况中，蒸汽换热变成冷凝水后会对管道有更强的腐蚀作用。锅炉蒸汽及冷凝水系统设备和管道的腐蚀主要来源是蒸汽或者冷凝水中的氧和二氧化碳等腐蚀性杂质。高温蒸汽中氧和二氧化碳等腐蚀性杂质溶解度低，主要呈气态，等质量的蒸汽与冷凝水相比，蒸汽体积远超冷凝水体积，直接接触蒸汽系统设备及管道内壁的氧和二氧化碳等腐蚀性杂质相对冷凝水就少，相当于减少了腐蚀反应物浓度，间接抑制了腐蚀速度。▲图1蒸汽冷凝水管道腐蚀穿孔泄漏一、蒸汽或者冷凝水中的氧的来源1、锅炉给水携带的氧经过除氧器，由于除氧器除氧效率有限，仍有部分氧在锅内受热随蒸汽进入蒸汽和冷凝水系统，对蒸汽和冷凝水系统的设备及管网产生氧腐蚀。2、在开式蒸汽冷凝水回收系统中，空气中氧气溶解进入蒸汽冷凝回水中，对蒸汽冷凝水系统设备和管网产生氧腐蚀。二、蒸汽或者冷凝水中二氧化碳的来源1、锅炉给水携带的碳酸氢根、碳酸根在锅内受热分解成二氧化碳随蒸汽进入蒸汽和冷凝水系统，CO₂溶解于水时形成碳酸H₂CO₃，虽然碳酸H₂CO₃是一种弱酸，但在凝水这种比较纯净、缓冲差的水质中，少量的CO₂就可以对溶液的pH值造成显著影响，有实验表明，1L纯水中溶解进1毫克CO₂，水的pH值从7直降至5.5左右。当系统里凝水pH值较低时，管道的腐蚀速率加快。注意：一般锅炉用户容易忽略的是二氧化碳引起pH值偏低的酸性蒸汽冷凝水的腐蚀速率。虽然盐酸属强酸，酸性强于碳酸，盐酸H⁺浓度恒定，但是反应速率稳定；碳酸溶液与同等pH值的盐酸溶液相比，碳酸溶液中未离解的分子比例更高，H⁺浓度随反应动态变化（腐蚀过程中持续电离补充H⁺），导致二氧化碳腐蚀速率更高，故必须高度重视由二氧化碳引起的蒸汽冷凝水pH值偏低呈酸性的腐蚀问题。2、在开式蒸汽冷凝水回收系统中，空气中CO₂溶解进入蒸汽冷凝回水中，对蒸汽冷凝水系统设备和管网产生低pH值的酸性腐蚀。▲图2蒸汽冷凝水管道腐蚀穿孔泄漏不停工带压抢修堵漏三、开式蒸汽冷凝回水管道比闭式蒸汽冷凝回水管道腐蚀严重开式蒸汽冷凝回水管道比闭式蒸汽冷凝回水管道腐蚀严重。开式蒸汽冷凝水回收系统中，空气中O₂和CO₂等腐蚀性气体杂质溶解进入蒸汽冷凝回水中，额外增加对蒸汽冷凝水系统设备和管网的低pH值酸性腐蚀及氧腐蚀。▲图3蒸汽管道腐蚀穿孔，泄漏高温高压蒸汽喷出四、温度对输送蒸汽管线氧腐蚀与蒸汽冷凝回水管道氧腐蚀的影响通常钢铁的氧腐蚀速率规律遵循Arrhenius方程，钢铁的氧腐蚀速率随水温的升高而成比例地增加。1、通常情况下，水温升高氧扩散系数增大，使得溶解氧更容易达到阴极表面发生去极化作用；2、水的电导率增加，腐蚀电流增大；3、水的粘度降低有利于阴极和阳极反应的去极化作用，但在开放的系统中，高温会降低氧气溶解度，减少腐蚀反应物浓度，随温度升高腐蚀反应急剧下降。有实验数据表明，80℃水中氧扩散速率和反应活性的综合效果最显著，在80℃左右达到腐蚀速率最大值，碳钢等金属在80℃纯水中的腐蚀失重量最大，这是两种相反效应的平衡点。工业蒸汽温度通常在134℃‌以上，处于氧腐蚀速率较低区间；蒸汽冷凝回水温度通常在100℃‌以下，处于氧腐蚀速率较高区间。所以同一锅炉系统中，氧对蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀相较于对蒸汽系统设备及管线的腐蚀严重。五、温度对蒸汽管线二氧化碳腐蚀与蒸汽冷凝回水管道二氧化碳腐蚀的影响根据温度对CO₂腐蚀的影响，钢铁的二氧化碳腐蚀可分为4种情况:1、t<60℃时，腐蚀产物膜为FeCO₃，软而无附着力，金属表面光滑，主要发生均匀腐蚀；2、t为60～110℃时，钢铁表面可生成具有一定保护性的腐蚀产物膜，局部腐蚀较突出；3、t为110℃时，均匀腐蚀速度较高，局部腐蚀严重（一般为坑蚀或孔蚀），腐蚀产物为厚而松的FeCO₃粗结晶；4、t为150℃以上时，生成细致、紧密、附着力强的FeCO₃和Fe₃O₄膜，腐蚀速率较低。工业蒸汽温度通常在134℃‌以上，处于CO₂腐蚀速率较低区间；蒸汽冷凝回水温度通常在50℃-100℃，处于CO₂腐蚀速率较高区间。故同一锅炉系统中，二氧化碳对蒸汽冷凝回水系统设备及管道的腐蚀相较于对蒸汽系统设备及管道的腐蚀更严重。各位同行，各位同学，你们单位蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀严重吗？锅炉排污率及锅炉能耗大不大？关于锅炉腐蚀结垢爆管、换热器腐蚀结垢判断、蒸汽冷凝水铁超标、锅水发红、蒸汽凝结水颜色发黄、锅炉结垢不停炉不停工在线除垢技术、凝汽器结垢不停机不停车在线清洗除垢技术等问题，北京化工大学颜辉I86OO475З86随时欢迎各位同仁分享锅炉设备管理使用经验，随时欢迎各位同仁讨论问题交流经验心得，就解决锅炉各种实际问题相互学习，分享解决问题实践案例。锅炉输送蒸汽管线腐蚀正常，蒸汽冷凝回水管道腐蚀严重的原因解析及8种解决措施六、结论在锅炉蒸汽冷凝回水系统设备及管道中，氧腐蚀和二氧化碳引起的低pH值酸性腐蚀性，均强于蒸汽系统设备及管线。所以经常能看到，同一时间安装投用的蒸汽锅炉，输送蒸汽管线因腐蚀出现穿孔泄漏问题的时间，通常晚于蒸汽冷凝回水管道因腐蚀出现穿孔泄漏的情况。这就是同一锅炉设备，输送蒸汽系统设备及管线在正常的腐蚀范围内，蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀严重的原因。七、解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的8种常见措施上次讨论如何解决蒸汽和冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题，各位同学提出十几种解决思路，结合当前用户工况实践，总的归类后8种常见措施：解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的措施1有同学讲，投加氨水，提高蒸汽冷凝水pH值。投加氨水可以解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道因二氧化碳引起的低pH值酸性腐蚀。但是，投加氨水只能解决因二氧化碳引起的低pH值酸性腐蚀，不能解决系统氧腐蚀；投加氨水还需注意3个问题，其一，长时间投加氨水，对系统阀门阀芯铜质合金部件有不利影响；其二，氨水易挥发，气液两相分配比例不佳，汽相多液相少，使用量大浪费大；其三，氨水存放有危险性。解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的措施2有同学讲，将蒸汽冷凝水开式回收系统改为闭式回收系统。将蒸汽冷凝水开式回收系统改为闭式回收系统，能减缓蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀，延长蒸汽冷凝回水系统设备及管道因腐蚀而泄漏的周期，但这只能解决部分问题。解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的措施3有同学讲，投加除氧剂，解决氧腐蚀问题。投加除氧剂，能解决蒸汽冷凝水闭式回收系统的氧腐蚀问题，不能解决蒸汽冷凝水系统因二氧化碳引起的低pH值酸性腐蚀问题，也不能解决蒸汽冷凝水开式回收系统的氧腐蚀问题。解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的措施4有同学讲，将蒸汽冷凝回水系统设备及管道的碳钢更换为不锈钢等耐腐蚀材质。不锈钢等耐腐蚀材质能延缓腐蚀，并不是不腐蚀，能减缓蒸汽冷凝回水系统设备及管道的腐蚀，延长蒸汽冷凝回水系统设备及管道发生腐蚀泄漏的时间；然而将蒸汽冷凝回水系统设备及管道的碳钢更换为不锈钢等耐腐蚀材质，造价不菲，需要工期，不能彻底解决腐蚀问题。解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的措施5有同学讲，提高除氧器设备的除氧效率。锅炉除氧器设备投用后，除氧器除氧效率便大致固定，除氧器设备管理水平波动不足以改善蒸汽冷凝回水系统设备及管道氧腐蚀的问题。提高除氧器设备除氧效率，只能改善闭式蒸汽冷凝水回收系统的氧腐蚀，不能解决蒸汽冷凝水系统因二氧化碳导致的低pH值酸性腐蚀问题，也不能解决蒸汽冷凝水开式回收系统的氧腐蚀问题。▲图4主蒸汽管道腐蚀穿孔泄漏焊接堵漏抢修解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的措施6有同学讲，锅炉给水采用氢—钠除盐系统替代单用普通工业钠离子交换树脂软化系统，改善锅炉给水品质。只能解决给水中游离CO₂，不能解决锅水中碳酸根和碳酸氢根受热分解产生的CO₂，不能解决开式蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀问题，作用聊胜于无。锅炉给水采用氢—钠除盐系统，系统中的除碳器会除去大部分的CO₂，给水CO₂含量小于5mg/L；给水处理采用普通工业盐钠离子树脂交换软化系统，补给水的CO₂含量比较高，一般大于20mg/L；补给水的游离CO₂随锅炉给水进入除氧器内，若采用热力除氧器即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，完全多此一举。解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的措施7有同学讲，控制好锅水碱度，降低锅水中碳酸根和碳酸氢根受热分解产生CO₂的量。只能解决锅水中碳酸根和碳酸氢根受热分解产生的CO₂，不能解决开式蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀问题，作用不大。控制好锅炉炉水碱度主要要控制好补给水碱度和锅炉排污率，在锅炉房补给水系统设计时应根据原水碱度、炉水控制碱度、锅炉排污率和补给水率经计算确定补给水的处理方式，一旦选用给水处理采用普通工业盐钠离子树脂交换软化系统，补给水的碱度就是原水的碱度，在锅炉运行中无法控制，只能通过控制锅炉排污率来控制炉水碱度，加大排污量控制碱度会造成水资源和能源的消耗和浪费。解决蒸汽冷凝回水系统设备及管道腐蚀泄漏问题的措施8有同学讲，投加北京化工大学的专利技术产品BF除铁缓蚀剂。投加北京化工大学的专利技术产品BF除铁缓蚀