锅炉磷酸盐水处理对碳钢耐蚀性影响的研究

北极星电力网技术频道作者:曹顺安谢学军李善风 2001/12/29 0:00:00

关键词: 高压釜锅炉水处理

摘要：模拟300 MW机组锅炉炉水运行条件，通过高压釜试验、酸性CuSO₄点滴试验，评价了几种炉水磷酸盐处理方式对20 g钢的耐蚀性影响，并结合离子色谱测定结果探讨了磷酸盐在炉水中的作用机理。认为几种炉水磷酸盐处理方式下，汽相片的耐蚀性优于液相片；pH在9.0～10.0的范围内，随着pH的升高，试片的耐蚀性增强，pH＞9时，试片(包括液相片)的耐蚀性一般都较好，pH＜9时，试片的耐蚀性较差，特别是某些液相片的耐蚀性很差。磷酸盐与铁的氧化物反应，在试片表面形成铁的磷酸盐产物，导致试片重量、含量在高压釜试验前后发生变化。

关键词：高压釜锅炉水处理 20 g钢腐蚀
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炉水处理的目的主要是提高热力设备金属表面的耐蚀性。为了研究炉水磷酸盐处理方式对热力设备金属表面耐蚀性的影响，模拟300 MW机组锅炉炉水运行条件，通过高压釜试验、酸性CuSO₄点滴试验，评价了几种炉水磷酸盐处理方式对锅炉设备的主要制造材料20 g钢的耐蚀性的影响，并结合离子色谱测定结果探讨了磷酸盐在炉水中的作用机理。

1 试验方法

1.1 高压釜试验

通过高压釜静态挂片试验，模拟300 MW机组的炉水运行条件，研究几种炉水磷酸盐处理方式下模拟炉水对20 g钢耐蚀性的影响。

高压釜型号为GCF-2，容量为2 L，设计压力19.6 MPa，设计温度400℃。本试验温度控制为360±5℃，恒温2 h。模拟炉水为除盐水加不同浓度的磷酸三钠或磷酸三钠＋氢氧化钠等，并经除氧处理。各模拟炉水体系组成见表1～5。试验前，20 g钢试片用金相砂纸逐级打磨至光亮并清洗、干燥、称重，用ORION710A型pH计测模拟炉水的pH，试验后用离子色谱仪测定模拟炉水的含量并将试片清洗、干燥、称重。

1.2 酸性CuSO₄点滴试验

酸性CuSO₄点滴试验被用来评价炉水处理方式对20 g钢耐蚀性的影响。试验方法是，将一滴酸性CuSO₄溶液滴在金属表面，溶液由蓝变红的时间越长，表明膜的耐腐蚀性越好。

1.3 离子色谱测定

通过离子色谱测定，考察高压釜试验前后模拟炉水中含量的变化。

2 试验结果与讨论。

试验结果均列于文末表1～5。从表1～5看出：

(1) 不同磷酸盐水工况及各种pH下，20 g钢的耐蚀性在汽相中比在液相中好，这是由于汽相片处在除氧的360℃高温条件下，铁与水蒸气直接反应生成了具有保护性的磁性四氧化三铁膜：3Fe＋4H₂O→Fe₃O₄＋4H₂，因而汽相片的耐蚀性一般都很好。

     (2) 不同磷酸盐水工况下，pH对20 g钢耐蚀性的影响显著，随着pH的升高，20 g钢的耐蚀性增加，在低pH时，液相20 g钢的耐蚀性很差；试验后，含量减少很多，汽相20 g钢的重量增加较多，而液相20 g钢的重量在高pH时增加，但增加不多，在低pH时却减少。这是由于对汽相片来说，在除氧的360℃高温条件下，铁与水蒸气直接反应生成了具有保护性的磁性四氧化三铁膜，因而在高压釜试验后汽相片的重量均增加且耐蚀性一般都很好。而对液相片，试片表面至少经过2个过程的变化，且都牵涉到试片重量的变化。这2个过程，一是，升温过程中，铁与水反应，生成的产物一部分会溶解在水中，pH＜9时，溶解在水中的产物增加；另一部分则附着在试片表面，附着得不牢固，甚至可擦除掉，这样,试片的重量将减轻。二是，升温及恒温过程中，磷酸盐与铁的氧化物反应，在试片表面形成铁的磷酸盐产物，试片的重量将增加，试液中的含量减少。因此，液相片的重量在高压釜试验后有可能增加，也有可能减少，因而液相片的耐蚀性有的很差，尤其是在pH较低时。


    实际炉水pH的控制范围为9.0～10.0，这是兼顾热力系统用材(钢铁、铜)的防腐蚀特性而制订的标准。结合高压釜模拟试验结果，认为pH在9.0～10.0的范围内，适当提高炉水pH ，有利于增强试片的耐蚀性。

     炉水中加入磷酸盐，最初目的是防止炉内结钙、镁水垢。但随着机组参数的提高，炉外水处理技术的发展、完善，对于300 MW及以上机组，锅炉补给水都是除盐水，且有凝结水精处理装置，因此炉水中钙、镁离子的含量很低，炉内结钙、镁水垢的可能性不大。于是炉水中加入磷酸盐的目的转化为主要用来调节炉水的pH和防腐。在炉水磷酸盐处理中,不可避免地出现磷酸盐“隐藏”现象。磷酸盐“隐藏”现象的发生与磷酸盐含量的高低、负荷波动及炉水的Na^＋/比值有关，炉水的磷酸盐含量低、Na^＋/比值大于一定值(有关文献报道为3.5)时，不容易发生磷酸盐“隐藏”现象。既然这样，炉水中磷酸盐的含量可控制得低些，并可通过调整加药(如加入适量的氢氧化钠)来适当提高炉水的Na^＋/比值。用离子色谱法测得，高压釜试验后，模拟炉水中的含量减少，且含量减少的多少与模拟炉水pH的高低及含量的多少有关。模拟炉水的pH高、含量低，则试验后的含量减少，此时试片的耐蚀性也好；模拟炉水的pH低、含量高，则试验后的含量减少多，此时试片的耐蚀性也差。这表明将炉水的含量控制得低些、pH控制得高些(使Na^＋/比值超过一定值)，既有利于防腐，也有利于减少磷酸盐“隐藏”现象的发生。