由布拉德•Buecker Chem万搏manbext手机版Treat, inc .)和肯•Kuruc哈希

本文最初发表在PPCHEM^®杂志;PPCHEM^®2020年,22 (4),142 - 150;https://journal.ppchem.com/

文摘

尽管成千上万的低压蒸汽发生器存在在世界各地的工厂,这样的化学单位没有得到同样的关注,高压的单位。这些蒸汽发生器的条件通常不像在严酷的公用事业单位,然而水/蒸汽化学控制仍然是非常重要的对于植物的蒸汽/冷凝系统。本文讨论的许多最重要的采样点和参数工业蒸汽发生器,它说明了适当的化学控制的好处保持设备可靠性和可用性。

介绍

在最近的二十年里PPCHEM^®杂志提供了翔实的文章从世界级的高压蒸汽形成化学专家。提供的知识已经大有好处很多电厂化学家和技术人员。然而,这篇文章的作者认识到成千上万的低压蒸汽发生器存在在世界各地的工厂。即使条件这些蒸汽发生器通常不像在严酷的公用事业单位,水/蒸汽化学控制仍然是非常重要的。然而,作者经常观察到一些工厂老板,运营商和技术人员专注于过程工程和化学的忽视,而核电站的蒸汽/冷凝系统。本文概述了许多最重要的工业蒸汽发生器和参数采样点,它说明了适当的化学控制的好处保持设备可靠性和可用性。

工业蒸汽产生电路

下面的图1说明了常见的一般原理工业蒸发/冷凝返回系统。显然,任何数量的替代品或可能存在细微差别,这种安排的性质取决于产品生成和蒸汽的必需条件。然而,这个讨论的原理提供了一个良好的基础。在本文中,作者将主要考虑蒸汽发生器小于4.14 mpa (600 psig)压力。

以下文字进展通过编号的样本点,一些评论的进化化学处理提供改善前的技术进步。图中一个很重要的问题需要注意,在下面的讨论中,连续采样推荐几家的位置。连续水/蒸汽化学监测,当然,重要的高压/温度发电单元,但即使在这些低压系统一些冷门会在短期内造成严重伤害无法及时发现和抓住抽样。

为了获得相关的和有价值的信息样本,必须确定样本获得的代表物种内的循环。这是真的拿样品和在线监测。尤其关注的是流体的速度的要求进入样本喷嘴端口是一模一样的速度流取样,否则称为等速采样。国际协会的水和蒸汽的性质(IAPWS)生成技术指导文件(TGD)地址的挑战使这些测量[1]。

妆系统污水质量# 1

相当常见的化妆品在许多植物系统设计,至少在美国,已经依赖于进口植物水、钠的软化的来源往往是市政饮用水。这些化妆用品一般无悬浮物(除了那些被一些腐蚀碳钢管道),主要包含溶解离子从原始来源。通常,很大一部分的硬度已经删除通过石灰软化水装置。然而,即使这些水域,虽然适合喝酒,需要进一步治疗除硬度。Eq。(1)下面列出了最常见的结垢机制,可以发生在蒸汽发生器除非硬度降低。

Ca^{2 +}+ 2 hco₃^{- - - - - -}+热→CaCO₃↓+有限公司₂+ H₂O (1)

碳酸钙(CaCO₃)溶性与温度成反比,因此包含钙和碳酸氢盐碱度的解决方案,这可能是好的在环境条件下,可能会导致重大比例manx手机版在热水系统中,锅炉和其他热交换器(见图2)。

作者曾受雇于之一化学工厂传入的化妆是分成两个流,有软化钠治疗的制造过程和其他的一部分吗反渗透(RO)其次是阳离子和阴离子交换抛光为高纯度的需求。确保可靠的输出软化剂安装,工厂人员连续监测钙柔软剂废水,其检出限是1μg·L¹。

即使软化剂,仍然允许维护和运营中的其他离子组成达到锅炉,这些可能导致的困难。

例如,碳酸氢盐碱度,到达锅炉,在很大程度上转化为有限公司₂通过下列反应方程式。(2)和(3)):

2 hco₃^{- - - - - -}+→热有限公司₃^{2 -}+有限公司₂↑+ H₂O (2)
有限公司₃^{2 -}+→热有限公司₂↑+哦^{- - - - - -}(3)

的总转化率有限公司₂从合并后的反应可能会达到90%。有限公司₂闪光的蒸汽,当有限公司₂re-dissolves凝析油可以增加酸度的冷凝。

有限公司₂+ H₂O⇔H₂有限公司₃⇔H⁺+ HCO₃^{- - - - - -}(4)

虽然这个反应生成的酸性相对温和的下限(pH值最小上图5),它是足以造成严重的腐蚀碳钢的凝结水回收系统。如果存在溶解氧腐蚀可以极大地放大了。

其他杂质进入蒸汽发电系统与钠离子软化作为唯一的化妆品治疗包括氯化物和硫酸盐盐,和二氧化硅。这些化合物可以影响腐蚀和蒸汽纯度。由于可靠的膜基技术的发展,RO提供了一个坚实的替代和升级到软化,连最基本的系统可以将99%的离子从水。分析仪器RO单位通常是包含在系统如图3所示。

仪器输出可以连接到本地和分布式控制系统(DCS)网络监视和操作的目的。警报,如有必要,自动单元关闭可能的条件。一些最重要的包括[2]:

• 低入口压力
• 高/低pH值
• 高温
• 高渗透压力
• 高渗透电导率
• 低集中流

另一个测量可以是有益的RO装置的上游是氧化还原电位(ORP)保护的膜从一次短途旅行氧化抗微生物剂,这可能引起严重的伤害。

化妆的除气器(# 2和# 3)

只抓样分析显示这些采样点,因为在正常情况下产生的化学不应该改变,补充水处理系统。然而,偶尔化妆储罐已成为污染的不寻常的情况。图1还显示了一个从锅炉排污热交换器来恢复能量。这些设备并不总是存在。如果一个换热器泄漏发展,锅炉排污质量比化妆,会污染给水。

冷凝液返回(# 4)

以下讨论的样本点4(也通过# 10 # 6),表1是一个很好的指南。轮廓数据提取[4],长期以来指导水质限制工业锅炉在美国。

考虑到巨大的各种各样的产品,来自化工厂,炼油厂,钢厂、酸生产设施等,多个杂质从热交换器泄漏或血管可以出现在冷凝回流反应。经典案例的历史来自有机化工厂的一个作者和一位前同事参观了几年前。四个3.79 mpa的过热器(550 psig)包锅炉必须取代每1.5到2年由于过度沉积和过热。一个初始的时候显示泡沫退出饱和蒸汽样品线的每个锅炉。水化学数据的审核由外部供应商提供表示总有机碳(TOC)含量凝析油返回高达200毫克·L¹。对比这个值0.05 mg·L¹表1中给水控制建议。高有机物造成了严重的泡沫在蒸汽锅炉鼓和延滞的化合物。与布局如图1所示,冷凝液返回没有在线仪表和没有自动转储系统抛弃凝析油污染。

根据潜在杂质进入冷凝回报,许多不同的工具可能适合监测冷凝的回报。特定的电导率和离子电导率(现在通常指定为电导率在阳离子交换(CACE))快来,因为他们可以提供一个通用的指示污染,与CACE帮助占氨的影响或中和胺利用调整pH值(包括额外的pH监测和控制的讨论)。对于上面提到的病历,TOC分析可能是有益的。额外的应用程序,TOC分析仪可以是有价值的在蒸汽/冷凝系统在液化天然气(LNG)进口和出口设施。另一个可能非常有用的分析测量在炼油厂、石化工厂,这就是水乳[5]。许多石油资源或碳氢化合物进入冷凝(冷却水)是可能的在这些设施。

除氧器入口蒸汽(# 5)

样本点击这条线允许定期检查蒸汽纯度的除氧器。然而,蒸汽提供除氧器将从主蒸汽中提取,在本文后面列出的建议分析。插装到位,抽样的# 5不应通常是必需的。

锅炉给水(# 6 # 9)

很多文章PPCHEM出现^®杂志和其他在过去几十年对高压蒸汽发生器给水化学和需要最小化flow-accelerated腐蚀(FAC) [6]。对于那些单位,没有任何铜合金冷凝/给水系统,治疗化学发展要么all-volatile氧化(AVT (O))或含氧治疗(OT)的存在需要一些氧气生成正确的碳钢表面氧化层。然而,AVT (O),特别是不需要高纯度妆水(CACE < 0.2μs·厘米¹AVT (O)和< 0.15μs·厘米¹OT),否则严重的氧腐蚀的结果。这是一个豪华不常见的许多工业设施。因此,良好的除气器操作给水网络是一个关键组成部分。与效用是常见的蒸汽发生器,图1显示了连续分析省煤器入口# 8。当然,这些测量溶解氧(做)。正确操作除气器应减少溶解氧浓度7μg·L¹。补充化学氧拾荒者/减少代理可能会利用低浓度进一步。在采样点使用的便携式计# 6和# 7可以帮助确认在线阅读,或者排除空气在锅炉给水泵入口。连续做示例# 8还建议分析。

注:样本点比# 8 # 9是一个更好的位置,但是在作者的经验这个样本点,省煤器出口,通常不是可用的。

然而,可以理由提出的一个问题是,“可以FAC也发生在工业给水系统,尤其是溶解氧减少到非常低的水平?“答案是肯定的,但在许多情况下AVT (O)或不不接受由于higher-than-allowed溶解固体(这些项目),通常出现在工业锅炉化妆和给水。研究和操作效用单位已经表明,pH值对FAC有很强的影响,所以FAC控制在很大程度上可以找到在这方面。

电力科学研究院开发的指导方针(EPRI),国际协会水和蒸汽的性质(IAPWS)和其他推荐给水pH值9.0以上,通常至少在mid-9范围,为电厂单位。钢筋腐蚀是在这些碱度水平大大降低。虽然表1表明pH范围为8.3 - -10.0为工业锅炉、下限可以提高,最好向范围建议电力单位和指示性数据如图4所示。

在电力行业中,常见的给水pH-conditioning化学是氨,将会提升反应pH值通过情商所示。(5):

NH₃+ H₂O⇔NH₄+哦^{- - - - - -}(5)

氨除了水是可逆反应,因此pH值增加是有限的。但氨很容易挥发,在和化合物明显分区与低压蒸汽锅炉。工业单位,中和胺是一种常见的替代氨给水调节pH值。

发展最好的项目全面系统的保护有时与这些化合物很困难,因为每个都有不同的碱度和分配比例(见表2)。许多工业蒸发/冷凝液返回系统是相当复杂的,需要有合适的pH值控制在整个网络,但在一个单一的化合物是不够的。作者的同事开发了混合胺产品,可以提供广泛的报道。然而,全面系统的分析设计、冶金、当前化学、温度和操作是一个先决条件选择合适的项目。

另一个问题,pH值监控出现问题。在高纯度水pH值测量是很困难的(一般理解电导率值< 2μs·厘米¹),高压蒸汽发生器算法开发了计算基于特定的电导率和CACE测量pH值。这些都是准确的典型推荐给水的pH值范围内。但与纯度低,工业锅炉给水,直接pH值测量更可靠。因此,pH值是一个在线测量推荐样本点# 8 # 9,如果可用。

铁监测采样点# 6 # 7 # 8或9 #强烈建议跟踪给水腐蚀和化学治疗方案的性能进行评估。同样,普通铁监测冷凝返回(# 4)应考虑,在很大程度上确保化学处理程序是保护往往非常大的碳钢管道网络。

注意:铜合金往往是热交换器管的主要材料。空间限制防止这些材料的化学处理方法的讨论,但周期随机采集的样品分析铜是推荐系统,铜合金,确保治疗项目正常执行。

正如前面作者报道[7,8],简单的实验室比色方法传统上被用于监控溶解铁污染。常见的比色法溶解铁是基于极其敏感ferrozine亚铁复杂的描述
由Stookey [9]。与二价铁溶解Ferrozine复合物形成紫色非常复杂。亚铁溶解浓度可能决定通过测量吸光度的复杂。这种传统方法的修改现在允许测定溶解铁和铁氧化物颗粒在非常低的浓度。

铁氧化物的还原溶解通过thiol-containing化合物已经被韦特彻底调查et al。巯基乙酸(TGA)已成功用于溶解和减少各种铁氧化物。虽然磁铁矿溶解相对容易通过矫正性大动脉转位,赤铁矿已被证明是更耐这种方法(10、11)。然而,TGA兼容敏感ferrozine试剂和商用作为试剂相结合。这种组合digestion-reduction-detection试剂为简化分析和减少污染尤其有用。

完全解散微粒磁铁矿和赤铁矿可以达到135°C, 30分钟船消化使用240年关闭μl组合试剂和12毫升的样品。消化是在20毫升玻璃小瓶进行加热铝块。样品冷却后,吸光度确定用分光光度计和1。(2.54厘米)细胞(参见图5)。使用这个过程校准范围是1 - 100 -μg·L¹方法检出限(MDL) 0.3μg·L¹。

方法可用于铁在线监测系统,包括基于浊度测定法,但这些都是在工厂经常超出预算。IAPWS生成一个TGD讨论了多种分析方法,可用于铁[12]。

锅炉排污(# 10)

分析仪对锅炉排污的选择可以是一个挑战,因为低压单位各种治疗方案是可能的。在1930年代,随着发电单元的增加在数量和规模,磷酸三(Na₃阿宝₄,也称为TSP)成为一个受欢迎的锅炉pH调节鼓锅炉化学。

Na₃阿宝₄+ H₂O⇔不₂阿宝₄+氢氧化钠(6)

在电力行业,磷化处理程序多的进化经历了从TSP协调一致的计划,只有回到茶匙,尽管在低剂量。工业锅炉、磷酸处理方法仍然是一个强大的选择,但并不总是有限的TSP。较低的温度可能会允许磷酸化学的旧的协调程序,与sodium-to-phosphate比率小于3:1。磷酸的第二个功能,这是特别重要的单位硬度离子可能周期性的入口,是控制结垢。磷酸盐和其与水反应产生的碱度(见Eq。(6)与硬度离子反应,至少在某种程度上,形成软污泥而不是硬垢。

经常推荐与磷酸盐处理污泥调节剂组成的水溶性聚合物,帮助保持悬浮的固体分散、水晶修改,和封存。铁微粒从凝结水回收系统腐蚀问题,在污泥护发素帮助保持粒子悬浮后续排污。这些聚合物有时可以作为一个独立的治疗,特别是如果硬度入口不是问题。聚合物配方通常包括一个碱度builder维持酸碱在温和的基本范围类似于磷酸。

螯合剂化学有时被成功地用于工业鼓单位,化学物质与金属直接绑定的暂停。乙二胺四乙酸(EDTA)是最广为人知的螯合剂。然而,螯合剂的使用不当会导致局部腐蚀锅炉组件。

因此,分析参数对工业鼓单位显然包括pH值和磷酸,如果化学利用。与实用锅炉、具体和阳离子电导率是重要的测量来确定锅炉的总溶解固体的浓度,并相应地调整排污。监测改善了聚合物的浓度对荧光标记产品的开发。

饱和蒸汽(# 11)

一般来说,在低压锅炉蒸汽纯度不是问题,因为结转的风险,相比高压公用事业单位,是减少由于较低的压力和温度。然而,正如历史,介绍了凝析油返回部分概述,延滞问题不容忽视。在这个例子中,有机杂质进行发泡和随后的结转,但其他问题可以诱导结转包括损坏或蒸汽锅炉汽包中的分离组件失败,突然负载波动导致飙升,在锅炉水矿物的含量增加,可怜的滚筒设计,缺乏操作员注意水位,等等。共同抓样分析电力行业是钠,当这个元素可以测量的准确性。在低浓度μg·L¹范围应该是常态。根据表1,总溶解固体(TDS)是另一个分析参数,尽管这些分析需要时间来筛选样本,权衡合成液体和容器,然后干燥完成和re-weigh容器干燥固体。最困难的流体饱和蒸汽在蒸汽发生器样本准确,蒸汽两相条件非常接近,可以引入错误除非严格的抽样技术。这包括使用等速采样装置的蒸汽线。再次,请参考参考资料[1]。

过热蒸汽(12 #)

在电力行业中,过热蒸汽,理想的再热蒸汽,在线分析是最好的选择。再热抽样占所有之前的影响,包括温度调节,可以影响蒸汽,是特别重要的保护复杂而精确加工涡轮下游(s)。这种布局与工业锅炉,一般没有壁和经常不能驱动涡轮机或温度调节。其中的几个场景下面检查。

蒸汽纯度指南只包括一个参数如表1所示,TDS。这不是一个可以在线进行的分析。一些连续在线分析是必要的,以防范下游设备的不适,可能会导致问题。一种可能性是CACE,这是一个一般的盐(主要是氯化物和硫酸盐)结转的蒸汽。钠是另一个可靠的和相对廉价的测量监控机械结转。等情况,概述了在前面的病历,TOC是一个潜在的选择。

情况变得更加复杂,如果一些蒸汽驱动涡轮机。上面提到的仪表肯定是为了,和高压锅炉等可能会发现在一个热电联产装置可能包括二氧化硅。硅(SiO₂)是一个空想的结转产品,延滞效应和越来越大的压力明显增加。二氧化硅沉淀在涡轮叶片,不腐蚀可以产生负面影响涡轮的气动效率。

关于温度调节线如图1所示,蒸汽温度调节时才应该使用高纯度水(钠、氯化物和硫酸盐的浓度小于2μg·L¹温度调节喷雾)是可用的。引入impurity-laden水直接蒸汽很快就会导致严重的问题。在动力单元,温度调节水通常是来自锅炉给水泵流量,提供足够的压力来克服蒸汽。因此,给水也提供数据分析纯度的温度调节喷雾。如果另一个来源是利用,那么温度调节水应该有自己的一套连续的分析器,是钠和CACE总理候选人。

引用

[1]技术指导文件:程序延滞的锅炉水变成蒸汽的测量,2008年。国际水和蒸汽的性质,协会IAPWS TGD1-08。可以从http://www.iapws.org。

[2]伯恩,W。反渗透,工业用户的实用指南,2002年。高大的橡树出版公司,利特尔顿有限公司美国,第二版。

[3]二,P。”,氧化和沉积现象在强制循环锅炉给水处理”,1973年在第五届全国给水会议(布拉格,捷克斯洛伐克社会主义共和国)。

[4]共识的控制操作实践在现代工业锅炉给水和炉水化学,1994年。美国机械工程师协会,纽约,纽约,美国CRTD 34。

[5]监测换热器的泄漏,1995年。特纳设计烃仪器,弗雷斯诺、钙、美国。

[6]杜利,B。李斯特,D。“蒸汽发电厂Flow-Accelerated腐蚀”,动力装置化学2018年,20 (4),194。

[7]Kuruc, K。约翰逊,L。”,进一步发展在监控低铁蒸汽循环”,动力装置化学2015年,17 (2),94。

[8]Buecker B。Kuruc, K。约翰逊,L。铁的整体效益监测蒸汽形成化学控制,2019年。可以从https://www.power-eng.com。

[9]Stookey, L . L。,“Ferrozine——一个新的光谱光度测量的
铁试剂”,分析化学1970年,42 (7),779。

[10]韦特,t D。Torikov,。史密斯,j . D。”Photoassisted
胶体铁氧化物的溶解Thiol-Containing化合物:我。
解散赤铁矿(α-Fe2O3)”,胶体与界面科学杂志》上1986,112 (2),412。

[11],E。Blesa, m。Maroto, a·j·G。”,磁铁矿的溶解动力学巯基乙酸的解决方案”,manx手机版杂志
化学学会,道尔顿的事务1982年,1649年。

[12]技术指导文档:腐蚀产品抽样和分析化石和联合循环电厂,2014年。国际水和蒸汽的性质,协会IAPWS TGD6-13 (2014)。可以从http://www.iapws.org。

作者

布拉德Buecker(学士、化学、爱荷华州立大学,艾姆斯,美国IA)是一个高级技术与ChemTreat公关。万搏manbext手机版他有许多年的经验或隶属于电力行业,大部分的蒸汽形成化学、水处理、空气质量控制、工程位置和结果与城市水、光和力量(美国斯普林菲尔德,IL)和堪萨斯城电力与照明公司(现在的炉体)的天鹅,KS,美国、发电站。最近他是一个技术专家与Kiewit工程集团。他是美国化学协会的一员,美国化学工程师协会,美国机械工程师协会,协会的钢铁技术,腐蚀工程师协会电力化学车间规划委员会,Power-Gen国际规划委员会。Buecker先生撰写了许多文章和三本书电厂的话题。

肯Kuruc(学士、化学、约翰•卡罗尔大学哦,克利夫兰美国)活跃在电力行业已经超过25年了。在他目前的角色,肯提供技术支持的方方面面化石发电的水质监测站点在美国。他合著的文章出现在各种电力行业出版物和提出了大量的实用和水化学会议,包括国际水会议,他被授予2019年保罗·科恩奖。

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