解决公用工程中水蒸汽的化学问题避免停工和潜在的人身伤害

  设备故障和由于水/蒸汽问题而导致的减产，每年可能会花费数十万美元或更多的费用。更糟糕的是，有些故障会造成人身伤害或人员死亡。因此，本文我们将讨论

  的几个重要问题。让我们从一个案例开始。几年前，我和一位同事参观了美国中西部一家有机化学品厂，由于内部结垢，这家工厂的四台550 psig机组锅炉中的蒸汽过热器管束，不得不每两年左右进行一次更换。我们第一步察看了一根最近拆卸的管束，其内管表面上有大约¼英寸厚的沉积物。

  杂质会引起腐蚀、结垢等问题。随着锅炉压力和温度的升高，这一些状况变得更严重。幸运的是，电力行业已经吸取了一些直接应用于化工装置的经验教训，特别是那些因工艺需要或发电而产生高压蒸汽的装置。例如，表1和表2总结了电力研究所（Electric Power Research Institute，EPRI）为

  形成的气态甲烷和氢分子会造成钢出现裂纹，这会大大削弱钢的强度（图1）。氢损伤是非常麻烦的问题，因为不容易检测到。发生此类损坏后，工厂可能会更换管道，但会发现其他管线继续破裂。我曾经是一个必须处理1250 psig公用工程锅炉氢损伤问题的团队中的一员。在知道冷凝器泄漏的情况下，运行人员坚持将设备运行了数周。尽管我们团队尽了最大努力保持充足的锅炉水的化学性质，但最终结果是大范围的氢损伤，要求对整台锅炉重新更换管线。

  几十年前，人们一致认为，所有的氧都应该从锅炉给水中去除，否则会导致非常严重的腐蚀。当一台设备停工且空气会进入系统时，的确如此。然而，在正常运行期间，除非冷凝液/给水系统含有铜合金，否则这种想法已被证明是错误的。不管怎样，这种信念催生一个给水调理的化学程序，称之为

  对于给水系统中不含铜合金的设备（如热回收蒸汽发生器），推荐的给水处理已变成氧化性全挥发处理（All-Volatile Treatment Oxidizing，AVT（O））。这一程序允许（正常）通过冷凝器泄漏的少量氧气得以保留，甚至有可能注入一点补充氧气，从而使给水中溶解的氧气浓度保持在5-10 ppb范围内。氨或胺的加入使pH值维持在中间至上限9的范围内。在这些条件下，磁铁层散布其中并被一层水合氧化铁（FeOOH）覆盖。随着还原环境的消除，其保护作用很显著。但该程序仅在阳离子电导率小于0.2 μS/cm的高纯水中有效。否则，会导致氧腐蚀。因此，冷凝液回流可能会产生高电导率升高的装置不应采用AVT（O）。

  关于给水的化学监测，表2中引用的冷凝液泵排放阳离子电导率、pH值和钠的一般限值均适用。这是能够理解的，因为许多现代工业蒸汽发生器和几乎所有的热回收蒸汽发生器都没有给水加热器；因此，在蒸汽发生器的通道中，冷凝液的化学性质变化很小。但是，热回收蒸汽发生器给水的建议溶解氧范围为5–10 ppb。还建议采用总铁监测，最好使用腐蚀产物取样器，以确保程序（无论是AVT（O）或替代程序）充分保护冷凝液和给水管线。在适当的化学条件下，给水中的总铁含量应保持在2 ppb以下。如果出于某一些原因，需要AVT（R），腐蚀产物取样器也会收集铜腐蚀产物，这为铜腐蚀控制提供了关键数据。

  八十年来，蒸汽发生化学专家一直利用磷酸钠化合物对汽包锅炉水冷壁回路进行腐蚀控制并防止固体物沉积。目前，对于高压装置，磷酸三钠（TSP-Na

  碱性在某些特定的程度上会减轻等式2中的影响。三磷酸钠的优点还有通过与硬性离子（钙和镁）反应，形成可被排出的软淤泥。

  三磷酸钠的一个缺点是，当温度超过300︒F时，其溶解度大幅度的降低。因此，在满负荷的高压装置中，大部分磷酸盐沉淀在水冷壁管和其他内件上。这种现象通常被称为“隐藏”。许多装置化学专家现在运行装置的散装水磷酸盐浓度约为1–2 ppm，是因为知道大部分原来的磷酸盐已隐藏，并将在锅炉负荷降低或停工时重新溶解。

  有关汽轮机的更多信息，请参阅：“依靠汽轮机”。）表4详细说明了最重要的指导原则。

  正确的蒸汽发生化学反应至关重要，因需要一直监测和控制化学反应。忽视冷凝液回流、锅炉给水、锅炉水或蒸汽化学反应，从成本和安全角度来看，代价都很大。

  2.“联合循环/热回收蒸汽发生器（HRSG）综合循环化学指南”，出版编号3002001381，美国电力研究协会（EPRI），帕洛阿尔托，加州（2013）。

  3.Buecker，B.和D.McGee，“改进水/蒸汽化学控制和装置可靠性的智能系统”，电力工程（2014年5月）。

  4.Buecker，B.，“微型或超过滤和反渗透：工业水处理的流行组合”，工业水世界（2014年1月/2月）。

  5.“技术指导文件：汽轮机运行用蒸汽纯度”，水和蒸汽特性国际协会，伦敦（2013）。

  6.Mathews，J.，“化石装置的保养规程”，电力（2013年2月）。

  7.Buecker，B.和D.Dixon，“联合循环热回收蒸汽发生器停工、保养和开工化学控制”，电力工程（2012年8月）。

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