Brad Buecker，高级技术人员和蒂姆休斯，高级技术人员顾问
本文最初发表在PPCHEM上®杂志;PPCHEM®2020,22（6），252-259;https://journal.ppchem.com/
摘要
高压蒸汽发生器电力生产需要高纯度化妆和给水并控制锅炉水化学降至最低腐蚀和规模锅炉、过热器/再热器回路和涡轮机中的形成。PPCHEM上有很多文章®杂志在过去二十年里概述了这些化学物质及其演变。
然而，虽然许多重工业具有高压蒸汽发生器，但这些植物和许多其他较小的设施也具有低压锅炉，产生工艺蒸汽。这些蒸汽发生器中的较低的热量和压力有点缓解高压装置所需的严格处理要求，但在选择最佳处理方法方面提供更复杂。
本文概述了保护低压蒸汽发生器免受通常不会扰乱其高压对应物的因素的现代方法。
介绍
用于发电的高压蒸汽发生器需要高纯度的补给水和给水，并控制锅炉水化学，以最大限度地减少锅炉、过热器/再热器回路和涡轮机中的腐蚀和水垢形成。然而，尽管许多重工业都有高压蒸汽发生器来满足热电联产的需求，但这些工厂和许多其他较小的设施也有低压锅炉(低于4.14MPa (600psig)的锅炉)来产生过程蒸汽。这些蒸汽发生器较低的热流和压力在一定程度上减轻了高压机组所必需的严格处理要求，但在选择最佳处理方法方面提供了更多的复杂性。潜在的问题，如污染的冷凝水回流和补给水处理系统故障，可能会增加蒸汽产生水/蒸汽处理的复杂性。
本文概述了保护低压蒸汽发生器免受通常不会扰乱其高压对应物的因素的现代方法。
化妆，冷凝物回报和给水化学的复杂性
在公用事业系统中，蒸汽在汽轮机中完成工作后凝结并返回锅炉。完整的水/蒸汽循环几乎是一个闭环，约0.5-2%的失水和相应的补充添加。成熟的技术，例如反渗透(RO)和离子交换可生产高纯度化妆品(≤2μg∙L1≤10μg∙L1时，≤0.1μS∙cm1特定的电导率)。在没有凝汽管泄漏或补给系统不经常发生故障的情况下，给水在通往和通过蒸汽发生器和汽轮机的路径上保持高度纯净，并将一小部分用于蒸汽降温。
现在考虑低压蒸汽产生的领域，在那里锅炉不需要脱盐补妆。几十年来，甚至今天，钠沸石软化一直是工业锅炉化妆品的一种常见的主要处理方法。在这个过程中，化妆品通过一个离子交换树脂层，用钙和镁的硬度离子交换钠离子。软化后的流，含有包括碳酸氢盐碱度(HCO)在内的剩余杂质3.- - - - - -)、氯(Cl- - - - - -)、硫酸(42 -)、石英(SiO2）和其他人，然后喂养锅炉。一些软化化妆系统包括裂隙脱碱化器，或者可能是强制脱氧剂，以去除大部分碱度。这可能是有益的，如将概述。
基本软化提供了两个优点和缺点。与完全脱矿质化相比，软化节省设备和运营成本的植物资金。用盐水再生软化树脂是简单的，不需要储存和处理危险的酸和苛性酸。软化的主要困难是，在到达蒸汽发生器时，该过程未被除去的离子会产生问题。碱度是一个主要例子。如果没有从化妆中取出，碱度将至少部分地转化为二氧化碳（CO2）在锅炉中，携带蒸汽。蒸汽冷凝，合作社2可以降低pH值，导致碳钢管道的潜在冷凝水腐蚀问题。
在锅炉中引入其他水杂质会导致更高的导电性，增加水的一般腐蚀电位，特别是由于在汽包锅炉中产生蒸汽时，离子“循环上升”。虽然这些杂质的一些积聚是可以容忍的，但在许多情况下，工厂人员不会跟踪锅炉中的沉积积聚，特别是从其他地方运输的氧化铁腐蚀产品，如冷凝液回流系统。锅炉水中的杂质在这些沉积物下的浓度比在大水中的浓度要高得多，并且会诱发沉积物下的腐蚀。
重型沉积物还限制传热，并且在高热通量的区域中可能导致管过热和机械故障，如图1所示，其中冷凝物返回的氧化铁产生厚厚的沉积物，然后通过过热而产生的鱼茅斯开口[1]。
RO技术提供了一种可靠的选择，用于生产溶解固体含量非常低的补充水。在许多电厂，RO作为主要的脱矿步骤，混合床离子交换或连续电去离子化(CEDI)抛光作为最后阶段，但RO作为一个单独的过程可以满足许多低压锅炉。该工艺可以去除大量杂质(通常为99%以上)，包括二氧化硅，这可以提高锅炉水循环的浓度，从而通过减少补充和排污来节省成本。
足够的预处理在反渗透膜前去除悬浮固体，以及设计良好的化学处理程序以减少水垢的形成，对于成功的反渗透装置操作非常重要。仔细的反渗透给水分析是正确的预处理设备和化学选择的关键。同时，RO产生一个近稳态废水必须被处理的流。植物的冷却塔，塔盆地可以作为一个很好的存储库。否则，可能需要替代处理方法。
有很多例子，在补水系统颠覆，工厂人员操作系统在故障模式，有时甚至绕过故障系统，并给锅炉原水。在这些情况下，“水就是水”的心态似乎占上风。这样的假设可能会导致灾难性的后果，众所周知，锅炉管在做出这样的决定后几天甚至几小时内就会失效。
给水和冷凝水回流问题
除了任何用于补充水生产的方法，大量的杂质可以通过从工厂工艺返回的冷凝水进入蒸汽发生器。根据工厂的设计和运行情况，冷凝液回流的百分比可能从很小到很大不等。在一位作者多年前观察到的污染冷凝水的典型例子中，由于内部沉积和过热故障，有机化工工厂的四个蒸汽锅炉每1.5-2年就需要更换过热器管束。其根本原因是有机物质过多地进入冷凝水回流区，导致锅炉汽包内产生泡沫，并将固体带入过热器。没有系统到位，既没有抛光凝结物，也没有在杂质外移期间倾倒它。
根据工厂的化学过程和杂质进入冷凝液的能力，各种各样的污染物可能会进入锅炉。应该有一个程序来检测热交换器、反应堆或其他容器的化学泄漏，并在需要时进行维修。测试冷凝液的pH值、硬度和比电导率是很常见的。并且，在特定情况下，检查回凝液是否有有机物可能是谨慎的。通过这种监测，如果测量值超过预定的限制，如50μS∙cm，可将凝结水分流至排水1连续在线电导率。应该为可能影响锅炉给水质量的所有现场特定参数确定倾倒或回用冷凝液的设定值。考虑到生产补充水和加热水产生蒸汽的成本，倾倒冷凝水可能是昂贵的;然而，工厂人员可能过于依赖锅炉水处理程序来缓解问题。过多的污染会使任何处理程序超负荷。
与高压蒸汽发生器一样，建立和维持中等碱性pH范围（一般来说，pH 9-10）是低压单元中给水和冷凝水回收系统的重要问题，以防止一般碳钢腐蚀。在电力行业中，常见的pH调节剂是氨，通过以下反应升高给药pH：
这是一个可逆反应，因此碱度的增加是有限的，这通常可以最大限度地减少化学原料加料时钢的过度腐蚀。(高浓度的氨，特别是在氧气存在的情况下，对铜合金是非常有害的。)低压锅炉的工况往往不同。如果补给水仅仅是钠软化的，那么可以有足够的碱度来维持基本的pH值。有时可以使用一点苛性饲料来提高补给水的pH值，尽管在使用这种强化学物质时必须小心。
然而，工业系统的外卡是冷凝物返回，其中通过二氧化碳携带可能会显着抑制pH。因此，通常采用中和以冷凝物返回的胺注射，以最小化碳钢管道网络中的腐蚀。
通常的注入点是除氧器的储存段或直接注入到蒸汽集箱，这样可能更好。化学或化学混合物不仅保护冷凝物，而且通过系统。表1详细介绍了几种最常见的中和胺。
表1:常用中和胺清单。
胺均具有比氨更高的分子量，因此不会容易地闪烁，尽管各自具有其自身的分配比（其余在水中的量与蒸汽留下的量），其性质是温度和压力的函数。该产品还具有不同的碱性，在治疗方案选择方面提供灵活性。必须仔细评估冷凝水回路系统的操作和设计条件是选择最合适的胺或胺混合物。
如果蒸汽能直接接触食物或其他消耗品，某些化合物是不允许的。
如前一期PPCHEM所讨论的®期刊，强烈建议监测冷凝水中的总铁浓度，以评估给水化学效果[2]。我们将在本文稍后再次返回此想法。
溶解氧控制
在上世纪中叶，关于锅炉给水中的溶解氧(DO)的共识是一致的:因为氧具有很强的腐蚀性，所以应该消除氧。但是欧洲和俄罗斯的研究人员在60年代末和70年代初发现了一些溶解氧(浓度高达300μg·L)1)正常运行时引入高纯水，在碳钢管道上形成致密的α-赤铁矿氧化物层。相应的颗粒和溶解的给水铁浓度可以被驱动到非常低的值1μg·L1甚至更少。该项目后来被称为氧合处理(OT)，在欧洲被广泛应用于一次性超临界机组，最终在美国和其他地方得到应用。OT需要特别高纯度的给水(≤0.15μg·L)1阳离子电导率);否则会造成氧腐蚀。图2说明了这个概念。
图2:氧腐蚀速率作为溶解固体含量的函数。[3]
滚筒单元继续使用锚定的给水化学，以通过机械脱气和还原剂（也称为氧气清除剂）治疗溶解氧去除，直到20世纪80年代开始出现来自流量加速腐蚀（FAC）的故障。许多这些失败在未来三十年内引起了电厂的伤害和死亡。FAC化学在PPCHEM中已经充分了解®杂志[4]和其他出版物，但关键点是它导致表弟对氧化条件（AVT（O））下的鼓式单位发出了名为All-volatile治疗的欧特，这也依赖于小浓度溶解氧在给水中。AVT（O）还需要高纯度给水（≤0.2μg·L.1阳离子电导率）以在最小化氧腐蚀的同时在碳钢上进行适当的氧化物层。
本文对OT和AVT(O)的简要讨论的结果是，工业锅炉通常使用低于高纯的补液，并且经常回收含有一些杂质的冷凝液，因此，由于碳钢组件可能发生严重的氧腐蚀，AVT(O)和OT都不能使用。工业给水系统大多配置机械除氧器，在正常运行时，应将DO浓度降至7-10μg·L-1。工业低压蒸汽产生的常见布局如图3所示。
通常还会使用化学还原剂来进一步降低DO水平。对于压力为4.14MPa (600psi)或以下的蒸汽发生器，非催化或催化亚硫酸钠(Na2所以3.）是一种流行的还原剂。这种非挥发性氧气清除剂向进料水中增加了一些无机溶解固体。
一个常见的注入点是除氧器储罐。
但是，正如已经在电力工业中多次观察到的那样，完全去除DO会导致促进FAC的条件。这就提出了一个重要的问题，“如果DO浓度降低到非常低的值，工业给水系统中是否会发生FAC ?”答案是肯定的，参考文献[5]概述了美国一个热电联产设施的轻度FAC病例。总而言之，最近的无损检测表明，在几台锅炉给水泵的吸、排出侧以及一个喷嘴和一个焊缝的弯头处都有壁损。它们都不需要立即修复，但它们促使工厂人员计划进行额外的测试，以确保其他地点没有受到严重破坏。毫无疑问，根据近50年前Sturla[6]提供的数据(图4)，工厂人员努力将给水pH值保持在中上9范围内，这是导致轻度FAC的一个缓解因素。
图4：温度和pH对碳钢铁溶解的影响[5]。温度方面是为什么FAC在许多传统蒸汽发生器的供给水系统和节能器中最为明显的原因，以及多压热回收蒸汽发生器（HRSG）的LP蒸发器。
值得注意的一点是，对于大多数含铜合金的体系来说，pH值升高的幅度太高了，为了控制铁铜复合腐蚀，需要将pH值降低到9以下。在这种情况下，像腐蚀产物取样这样的分析技术是非常有价值的，可以评估两种金属的溶液浓度。对于全铁系统，直接铁监测技术是可能的，参考[1]概述了几个这些技术。国际水和蒸汽特性协会(IAPWS)已经生成了一份技术指导文件(TGD)[7]，其中讨论了可用于这些测试的各种分析方法。在参考文献[5]中强调的设施,人员抽查的冷凝和给水铁浓度通过著名的微孔测试方法,在一个已知的样品是经过非常狭小孔隙的体积(0.45μm)白色的滤纸,其颜色与标准样品干燥后。密理波程序在很大程度上是多年前由锅炉制造商Babcock & Wilcox公司首创并推广的，用于在设备初创公司[8]中快速计算给水铁浓度。在电站锅炉中，几乎所有的微粒都是氧化铁，但在具有复杂的蒸汽和冷凝水回流网络的工业蒸汽发生器中，可能存在掩盖结果的其他杂质。
在许多复杂的工业蒸汽产生/凝结水回流系统中，希望在整个网络中有适当的pH控制，但单一化合物可能不足以实现这种控制。作者的同事已经开发出了覆盖范围广泛的混合胺产品。全面分析系统设计、冶金学、当前化学和操作温度是正确选择方案的先决条件。
成膜化学腐蚀保护
成膜胺(FFA)是水处理行业在几十年前引入的一种物质，近年来，成膜物质(特别是十八胺或C18H39n）用于腐蚀保护。每个分子上的胺基连接到金属基材上，分子的长链有机部分延伸到水中并用作屏障。然而，对整体化学的控制差和缺乏详细知识往往导致了问题，包括形成蒸汽发生器[9]的“垃圾球”的形成。化学合成技术的进步和分析仪器导致了新的成膜物质，胺和其他化合物的开发，在保护金属表面方面更有效。这包括Chemtrate的Titan360的FFA产品万搏manbext手机版™系列。图5显示了受保护的金属表面（在离线条件下）。注意水珠的方式而不是润湿表面。
图5:FFA保护的金属表面。
如果使用正确，成膜器可以在正常操作和机组停机时保护金属表面。然而，必须指出的是，实施FFA计划需要适当的系统监督和控制。不太了解情况的供应商建议，这些化学品可以注入到单元，然后腐蚀问题会神奇地消失。结果却是严重的问题。在引入FFA化学后，需要对系统运行和过去/现在的化学进行仔细的分析，因为在IAPWS TGD11-19[9]第8节中明确描述和推荐了FFA化学。
锅炉水处理
在20世纪30年代，随着发电单元的数量和尺寸增加，磷酸三钠（NA3.阿宝4，也被称为TSP)成为一种流行的锅炉水处理化学品的鼓式锅炉。当时，磷酸盐处理有两个主要功能。第一种方法是在锅炉中建立中等碱性条件，以最大限度地减少碳钢锅炉管、桶和集箱的总体腐蚀。
今天这个功能仍然非常关键。
磷酸盐的第二个作用是，在许多情况下仍然是工业锅炉的重要作用，在硬度进入的地方控制水垢。下面的公式(4)概括了这些最常见的结垢反应，自人类开始为个人和工业用水加热以来，这些反应可能已经被观察到。
碳酸钙(CaCO3.）沉积，通常伴有其他矿物质，当化妆系统发生故障时仍然困扰许多工业蒸汽发生器，但仍被绕过。
通过其与水反应产生的磷酸盐和碱度将与硬度离子反应，形成软污泥，而不是难度。然而，在动力装置的早期操作中，一些锅炉通过沉积的腐蚀性腐蚀而被测量控制所需的沉积沉积的腐蚀性腐蚀。这导致开发协调和一致的磷酸盐治疗程序，该方法利用三种，二，甚至少量磷酸少量的少量磷酸盐。随后的研究表明，这些化学物质可以在高压蒸汽发生器中产生酸性磷酸盐沉积物。公用事业锅炉治疗程序已恢复到TSP（或在某些情况下，腐蚀性处理），尽管在低剂量中可能不大于2mg·L-1。这是可能的，因为现代化妆处理系统是非常可靠的，使得硬度漏气非常罕见。因此，仅使用磷酸盐处理仅用于pH控制。
对于工业锅炉，磷酸盐处理仍然是一个强有力的选择，特别是因为硬度进入许多工业单位的潜力是更大的。较低的热流在这些蒸汽发生器允许更高的磷酸盐剂量比在公用事业单位。有时可以使用混合磷酸盐，而不是单独使用TSP，以获得更大的pH控制灵活性。污泥调理剂由水溶性聚合物组成，通过分散、晶体改性和隔离的组合，帮助保持固体悬浮，通常推荐与磷酸盐处理一起使用。来自冷凝水回流系统的铁微粒可能会产生腐蚀问题，但污泥调节器有助于保持微粒悬浮在随后的排放中。这些聚合物有时可以作为一种独立的处理方法，特别是在硬度不影响的情况下。
在过去，有时在工业鼓组中使用螯合剂。这些化学物质直接与金属结合，使金属悬浮。乙二胺四乙酸(EDTA)是最广为人知的螯合剂，在工业内外都有广泛的应用。但是，螯合剂使用不当会导致锅炉部件局部腐蚀。螯合剂程序现在非常少见，只能在除氧良好的给水、良好的预处理控制和较低的给水铁浓度下使用。
结果是几个可能性,即磷酸/聚合物,聚合物,,很少,螯合剂,存在锅炉水处理,但是正确的选择取决于多种因素,包括锅炉设计和压力,妆水处理复杂和可靠性,以及潜在的杂质进入,从凝结水回收氧化铁结转。对于每个病例，必须仔细评估这些因素。“一刀切”的治疗选择方法可能会导致问题。
结论
工业蒸汽发生器较低的压力和热流使它们比公用事业单位更不容易受到高温腐蚀机制的影响。然而，由于以下几个因素，这些低压装置的化学处理可能更加复杂:
- 复杂蒸汽进料和冷凝物返回系统的杂质进入潜力。
- 不重视补充水处理系统的性能，这会导致硬度等多余的杂质进入锅炉。
- 冷凝水回流系统腐蚀，不仅损坏系统管道和设备，而且将氧化铁腐蚀产物送至锅炉。这些微粒倾向于沉积在高热量的位置，从而减少传热，并由于管壁冷却不足而造成沉积下腐蚀和过热失效。
仔细规划是为整个蒸汽发电系统和冷凝水回报网络建立适当的治疗方案。可以使用各种方法来优化化学。综合监测是必要的，以确保治疗计划按预期执行。
承认
作者非常感谢PPCHEM的Frank Udo Leidich®期刊国际顾问委员会审查这篇文章并提供有价值的信息。
参考文献
工业筒式蒸汽发生器的锅炉管故障。第1部分:给水处理和沉积下腐蚀故障。动力装置化学2001年,3(8),459。
[2] Buecker，B.，Kuruc，K。，“低压工业蒸汽发生器的采样点和参数”，PPCHEM2020,22（4），142。
[3]电厂/工业厂房的给水、锅炉水和蒸汽质量，2011. VGB Powertech Service GmbH，Essen，德国，
vgb t - s - 010 - 00; 2011 - 12. - en。
[4] Dooley，B.，Tilley，R.，“传统化石植物和HRSG中的管故障”，动力装置化学2001年3（12），703。
Buecker, B.， Murphy, F. P.，故障：流动加速在共同蒸汽发生器中的关注吗？可用https://www.power-eng.com。
“强制循环锅炉和给水处理中的氧化和沉积现象”，北京化工大学学报(自然科学版)第五届全国给水大会， 1973年(捷克斯洛伐克社会主义共和国布拉格)。
[7]技术指导文件：化石和联合循环植物的腐蚀产品采样和分析, 2014年。《水和蒸汽性能国际协会》，TGD6-13(2014)。可用http://www.iapws.org.。
[8]膜滤波比较图表 - 程序和测试方法，1964年.Babcock和Wilcox公司，俄勒冈州罗伯顿。
[9]技术指导文件:成膜物质在工业蒸汽发生器中的应用, 2019年。国际水和蒸汽特性协会，IAPWSTGD11-19。可用http://www.iapws.org.。
作者
Brad Buecker（B.S.，Chemistry，爱荷华州立大学，Ames，Ia，USA）是一家高级技术公共专业。万搏manbext手机版他有多年的经验
电力工业的或与电力工业有关的，主要用于蒸汽生成化学、水处理、空气质量控制和结果工程
与城市水，光和电力(Springfield, IL, USA)和堪萨斯城电力和电力公司(现在的Evergy) La Cygne, KS，美国发电站的职位。最近他是Kiewit Engineering Group Inc.的一名技术专家。他是美国化学学会、美国化学工程师学会、美国机械工程师学会、钢铁技术协会、国家腐蚀工程师协会、电力化学车间规划委员会、国际水会议咨询委员会和发电国际规划委员会的成员。Buecker先生写了许多关于发电厂的文章和三本书。
Tim Hughes（B.S.，石油和天然气工程，宾夕法尼亚州立大学，州立大学，帕，美国）是一名高级技术人员顾问。万搏manbext手机版他拥有29年的工业水处理经验和8年的石油和天然气经验。他以前在Betz Laboratories，普遍良好的服务和国家燃气供应公司担任职位。
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