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关于蒸汽冷凝水除铁的必要性

* 来源: * 作者: admin * 发表时间: 2020-06-09 13:45:03 * 浏览: 18

冷凝水是蒸汽释放热能后液化而成,一般情况下,冷凝水含有很高热能的纯净软水,温度至少在80℃以上,回用的价值很高。 对于冷凝水的回用,其很好的使用价值是作为锅炉补水,一可以减少软化水的生产量,减少软化过程对环境的污染和软化费用;二可以有效减低锅炉水的总固形物,减少锅炉的排污量;三可以zui大效率的回用户冷凝水中蕴含的热量,减少热污染和能源消耗。 

       目前,在低压锅炉领域,冷凝水的回用状况并不乐观,大部分都是直接排放了,不但造成浪费,而且污染环境。而冷凝水不能回用的主要问题之一是含有一定量的铁,不能满足锅炉补水的基本要求。

2. 铁离子的危害:
高的铁离子浓度,会同二价金属钙镁一样在锅炉中堆积成垢,形成的氧化铁水垢,会引起垢下腐蚀发生,垢层的传热效率与炉管的传热效率相差很大,会引起爆管危险。

冷凝水铁的来源:
1)冷凝水的氧腐蚀
①冷凝水中氧气的来源
冷凝水中O2的来源有二个,一是蒸汽中含有一定量的O2,即锅炉给水除氧设备运行效果不理想,或运行管理不善会含有一定的O2,含有O2的给水进入锅炉后,O2会随着水的蒸发进入水蒸汽中。冷凝水中O2的另一个来源是在其输送过程中溶入空气中的氧气。确切地说,工厂生产中的冷凝水回收系统大部分为开式系统,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O2的浓度与水箱外空气中O2的浓度存在较大的浓度差,随着冷凝水箱的呼吸,大气中氧气不断进入冷凝水箱。 
②氧腐蚀的机理
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                           
阴极反应:O2 + 2H2O + 4e → 4OH-                      
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                           
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单,常常是各种含水氧化铁的混合物,受污染的冷凝水的颜色是红褐色,且腐蚀越严重,颜色越深 。
③氧腐蚀的特征
冷凝水的氧腐蚀属于溃疡腐蚀,腐蚀发生后在金属的表面形成一个个鼓包,直径从1mm~30mm不等,鼓包的表面是黄褐色到砖红色,由上述的各种氧腐蚀产物组成,去除这些腐蚀产物后,金属的表面是一个个腐蚀坑。冷凝水氧腐蚀一旦形成,就很难阻止腐蚀过程的继续。
④氧腐蚀的影响因素
氧腐蚀的影响因素很多,影响冷凝水氧腐蚀的因素主要有: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,金属的表面会形成一层致密的保护膜,阻碍氧腐蚀的继续。
温度:温度越高,氧腐蚀的速度越快。当温度升高时氧的扩散速度快,氧腐蚀的速度也快。 
水流速度:水流速度越大,水中各物质的扩散速度加大,氧气扩散到金属表面的速度增加,从而加快氧腐蚀。
2)冷凝水的酸腐蚀
在低压锅炉中,锅炉给水采用的是软化水,软化技术是通过树脂的作用,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主要因素。严重的情况下,冷凝水发红甚至呈酱油色。
冷凝水中的酸性物质H2CO3,H2CO3分解为H+和HCO3-。
CO2 + H2O = H2CO3                                               
H2CO3 = H+ + HCO3-                                                
①  CO2的来源
冷凝水中的CO2主要来源于蒸汽,蒸汽中的CO2气体的主要来源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                                 
② 酸腐蚀的机理
CO2进入冷凝水后形成碳酸(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。当纯水中CO2为1mg/L时,纯水的PH值由7.0降至5.5。同时随着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+供腐蚀反应使用,直至H2CO3消耗完毕。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                                  
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,其腐蚀产物是易溶的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冷凝水(疏水)液面上方的铜管表面, 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CO2的含量为500~600mg/L。
        冷凝水的酸性,通常采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提高回水的PH值,来阻止腐蚀的发生,保证冷凝水铁离子浓度达到回用标准。但这种方法只适用于蒸汽用途单一,管道不长的饭店和采暖系统。对于蒸汽用途复杂的工厂或食品,药品等现场,这种处理常常达不到预想的处理效果。另外,在有些食品和烟草生产中蒸汽是直接与物料接触的,不允许在蒸汽中加入药剂。所以说,用药剂改善回水系统的腐蚀是有局限性的。