详解蒸汽冷凝水中铁离子的产生机理

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  冷凝水是蒸汽冷凝后的产品,一般状况下,冷凝水近乎是软化纯水且含有许多的热能,具有很高的回用价值,一般状况是回用做锅炉补水,一是能够低软化水的需求量,减少软化费用;二是可最大极限的冷凝水回收装置中的包含的热能,节约燃料。 由于大都蒸汽管路及冷凝水运送管路均选用碳钢原料的无缝钢管,跟着管路的老化,会对冷凝水构成必定污染,首要体现在冷凝水中铁含量超标。
1.国家炉水给水规范:
2. 铁离子的危害:
  冷凝水中铁离子浓度的超标,会同二价金属钙镁相同在锅炉中堆积成垢,构成的氧化铁水垢,会引起垢下腐蚀发生,垢层的传热功率与炉管的传热功率相差很大,会引起爆管危险。
 
3、铁离子的发生机理:
   3.1氧腐蚀
   蒸汽冷凝水回收设备冷凝水中氧的来历有二个,一是蒸汽中含有必定量的氧,即锅炉给水除氧设备工作效果不志向,或工作办理不善会含有必定的氧,含有氧的给水进入锅炉后,会跟着水的蒸发进入蒸汽中;二是在其运送进程中溶入空气中的氧,有些工况的冷凝水回收系统为简易开式系统,冷凝水箱有一呼吸孔直通大气,当水箱液位上升时,水箱内的气体排入大气,当水箱液位下降时,水箱外的的气体进入水箱内,由于水箱内的气体中氧的浓度与水箱外空气中氧的浓度存在浓度差,跟着冷凝水箱的呼吸,大气中氧气不断融入冷凝水中。 
冷凝水的运送管道一般是钢制管材,其腐蚀产品是铁的氧化物,其反应方程式如下:
阳极反应:Fe    →  Fe2+ + 2e                           
阴极反应:O2 + 2H2O + 4e → 4OH-                      
以上反应的产品Fe2+在水中会与相关物质进一步进行反应,其进程:
Fe2+ + 2OH-  → Fe(OH)2                           
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3                     
Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 → Fe3O4 + 4H2O                  
冷凝水中铁的化学组成实际上并不像其化学式那么简略,常常是各种含水氧化铁的混合物,受污染的冷凝水的色彩是红褐色,且腐蚀越严峻,色彩越深 。
 
 3.1.1氧腐蚀的特征
  冷凝水的氧腐蚀归于溃疡腐蚀,腐蚀发生后在金属的表面构成一个个鼓包,直径从1mm~30mm不等,鼓包的表面是黄褐色到砖赤色,由上述的各种氧腐蚀产品组成,去除这些腐蚀产品后,金属的表面是一个个腐蚀坑。冷凝水氧腐蚀一旦构成,就很难阻挠腐蚀进程的持续。
3.1.2氧腐蚀的影响要素
   氧腐蚀的影响要素许多,影响冷凝水氧腐蚀的要素首要有:PH值、溶解氧浓度、水流速、温度等:
   PH值:PH值越小,腐蚀速度越快。 
  氧浓度:冷凝水中O2的浓度越大,氧腐蚀的速度越大。但当PH>7,金属的表面会构成一层致密的保护膜,阻挠氧腐蚀的持续。
  温度:温度越高,氧腐蚀的速度越快。当温度升高时氧的涣散速度快,氧腐蚀的速度也快。 
  流速:水流速度越大,水中各物质的涣散速度加大,氧气涣散到金属表面的速度添加,然后加速氧腐蚀。
 
3.2冷凝水的酸腐蚀
    在低压锅炉中,锅炉给水选用的是软化水,软化技能是通过树脂的效果,将水中的钙镁离子用钠离子取代。但水中的碳酸氢盐(HCO3-)没有去除。当温度升高时,水中的HCO3-分解成CO2 ,CO2气体随水蒸汽在冷凝回收管线中再次溶解在水中,导致冷凝水的PH值下降,呈酸性,而酸性冷凝水是导致冷凝回水铁离子超标的首要要素。严峻的状况下,冷凝水发红乃至呈酱油色。
冷凝水中的酸性物质H2CO3,H2CO3分解为H+和HCO3-。
CO2 + H2O = H2CO3                                               
H2CO3 = H+ + HCO3-                                                
  3.2.1 CO2的来历
   冷凝水中的CO2首要来历于蒸汽,蒸汽中的CO2气体的首要来历是蒸汽锅炉补给水中游离CO2和碳酸盐类在炉内受热分解。碳酸盐炉内分解的反应方程式为:
2NaHCO3  → Na2CO3 + CO2 + H2O                                 
 3.2.2酸腐蚀的机理
    CO2腐蚀的腐蚀产品是易溶的,不会沉积在金属表面,所以CO2腐蚀是均匀腐蚀,不会构成保护膜。
    CO2不仅对铁发生腐蚀,一同对金属铜也会发生腐蚀,当只需CO2时,会对铜管发生脱锌腐蚀;当CO2和O2一同存在时,对铜管中的金属铜也会发生腐蚀,其腐蚀产品是易溶的Cu2+。由于铜的热阻小,换热器的换热管制一般选用铜管,CO2对铜管的腐蚀首要发生在蒸汽冷凝水(疏水)液面上方的铜管表面, 实验标明: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CO2的含量为500~600mg/L。
    CO2进入冷凝水后构成碳酸(H2CO3)。H2CO3是一种弱酸,在水中电离的H+不多。但冷凝水是比较纯洁的水,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。当纯水中CO2为1mg/L时,纯水的PH值由7.0降至5.5。一同跟着H+在腐蚀中不断消耗式(2-7)的电离平衡被打破,反应向右进行,不断电离出H+供腐蚀反应运用,直至H2CO3消耗结束。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                                 
阴极反应:2H+ + 2e  →  H2     
   冷凝水的酸性,一般选用化学药剂法对其进行处理。化学药剂通过在锅炉蒸汽出口投加皮膜胺或炉前投加挥发性氨的方法在回水管线内成防腐膜或前进回水的PH值,来阻挠腐蚀的发生,确保冷凝水铁离子浓度到达回用规范。但这种方法只适用于蒸汽用途单一,管道不长的管路系统,关于蒸汽用途杂乱的工厂或食物,药品等现场,这种处理常常达不到意料的处理效果。其他,在有些食物和烟草生产中蒸汽是直接与物料触摸的,不允许在蒸汽中加入药剂。所以说,用药剂改进回水系统的腐蚀是有局限性的。
因而,冷凝水在回用进程中应守时检测水质状况,如冷凝水中铁含量超标,则应采纳方法去除铁后再作为锅炉补水。                             

 
 

2019年4月10日 11:03
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