楊林（大慶油田有限責(zé)任公司儲運銷售分公司）

鍋爐水質(zhì)的好壞對鍋爐安全運行、能源消耗及鍋爐使用壽命等方面均有很大影響，改善鍋爐水處理對鍋爐的安全狀況具有十分重要的意義。然而，現(xiàn)行的鍋爐水處理存在諸多問題，使鍋爐水達不到GD1576—2001 工業(yè)鍋爐水質(zhì)的要求，造成鍋爐腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，易產(chǎn)生工傷事故并浪費了大量能源[1]。

大慶油田各油庫低壓蒸汽鍋爐凝結(jié)水水質(zhì)普遍不達標(biāo)，大部分蒸汽凝結(jié)水直接外排，能源浪費嚴(yán)重。其中南一油庫情況最為嚴(yán)重，所以將其作為重點調(diào)查和研究對象。南一油庫現(xiàn)有6 t/h 蒸汽鍋爐4臺，負(fù)責(zé)生產(chǎn)區(qū)工藝用氣、生產(chǎn)區(qū)采暖及生活區(qū)采暖。蒸汽冷凝水呈明顯鐵銹色，內(nèi)有懸浮雜質(zhì)，蒸汽伴熱回水對采暖管網(wǎng)存在嚴(yán)重腐蝕，蒸汽鍋爐運行1～2年就需要化學(xué)清洗，蒸汽伴熱管網(wǎng)一般使用壽命為4年。

1 蒸汽冷凝水水質(zhì)較差的原因

針對蒸汽冷凝水呈酸性的問題，廣泛查找相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)這是一個普遍存在的現(xiàn)象，很多工廠、車間的蒸汽冷凝水均因水質(zhì)不合格而無法回收利用。通過深入分析研究，了解到冷凝水呈酸性是因為溶入了微量CO2，呈磚紅色是蒸汽回水管線內(nèi)部發(fā)生了酸腐蝕和氧腐蝕，產(chǎn)生大量鐵的氧化物所致。

由于低壓鍋爐用水沒有進行降堿處理，鍋爐補給水中含有碳酸氫鹽，碳酸氫根進入鍋爐后將分解成CO2氣體，隨著蒸汽一起進入蒸汽管網(wǎng)：

CO2氣體溶解到蒸汽冷凝水中就形成碳酸，使蒸汽冷凝水的pH 值在5.5～6.5，呈弱酸性。

CO2+ H2O→HCO3-+ H+

水中CO2雖然只顯弱酸性，但由于蒸汽一般都比較純凈，冷凝成水后少量的CO2就會使其pH 值顯著降低。當(dāng)每升純水中溶有1 mg CO2時，其pH 值便可由7.0 降至5.5 左右（表1）。

表1 CO2對純水pH 值的影響

由于低于10 t/h 的蒸汽鍋爐用水一般不進行除氧處理，給水中的溶解氧進入鍋爐，隨著蒸汽一起帶出，熱量釋放后溶解到蒸汽冷凝水中；如果蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)不密閉，空氣中的溶解氧也會溶解到冷凝水中，進一步增加蒸汽冷凝水中溶解氧的含量。蒸汽冷凝水中含有CO2氣體和溶解氧，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，對冷凝回水系統(tǒng)的設(shè)備、管道和閥門造成腐蝕。

2 CO2+2 H2O +Fe→Fe(HCO3)2+H2↑

Fe(HCO3)2→Fe(OH)2+2 CO2↑

4Fe(OH)2+ 2O2+2 H2O→4Fe(OH)3

2Fe(OH)3→Fe2O3↓+3H2O

通過上述反應(yīng)，生成了一定量的鐵離子和鐵的氧化物，并混入蒸汽冷凝水中，使冷凝水的顏色偏紅色，嚴(yán)重時呈現(xiàn)磚紅色。

在采暖期內(nèi)，蒸汽伴熱管網(wǎng)與冷凝水接觸，浸泡在酸性溶液內(nèi)，發(fā)生酸腐蝕；采暖期結(jié)束后，管網(wǎng)內(nèi)殘留了少許冷凝水，其余部分充滿空氣，處于酸腐蝕和氧腐蝕雙重作用下，造成許多蒸汽伴熱管網(wǎng)腐蝕情況嚴(yán)重。

2 探索適合低壓蒸汽系統(tǒng)的水處理藥劑配方并開展相關(guān)試驗

通過對目前國內(nèi)外鍋爐水處理技術(shù)以及常用的水處理藥劑進行文獻調(diào)研，并結(jié)合南一油庫低壓蒸汽鍋爐回水化驗結(jié)果，制定了水處理藥劑實驗方案，并以水合肼和丙酮肟為主要成分，最終研制出一種適合鍋爐用水的多功能保護劑。

2.1 水合肼和丙酮肟的作用原理

水合肼為一種強還原劑，可以與水中具有氧化性能的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。對南一油庫蒸汽鍋爐水進行分析，其中起作用的主要是水中的溶解氧和鐵的氧化物。向鍋爐給水加入水合肼，不但能脫氧，還能防止鍋爐內(nèi)鐵垢的生成，起到緩蝕的雙重作用。具體反應(yīng)原理如下：

N2H4+O2→N2+H2O

N2H4+Fe2O3→N2+Fe3O4+H2O

N2H4+ Fe3O4→N2+FeO+H2O

N2H4+ FeO→N2+Fe+H2O

丙酮肟具有較強的還原性，很容易與給水中的氧反應(yīng)，降低給水中的溶解氧含量，反應(yīng)式如下：

2C3H7NO + O2→2C3H6CO + N2O + H2O

4(CH3)2C=N-OH + O2→4(CH3)2C=O + 2N2+ H2O

同時，丙酮肟也同金屬發(fā)生鈍化反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

2C3H7NO + 6Fe2O3→2C3H6CO + N2O + 4Fe3O4+H2O

在充分收集兩種化學(xué)藥品的相關(guān)資料后，開展試驗，期待它能夠從根本上解決幾座油庫蒸汽伴熱回水水質(zhì)較差、腐蝕管網(wǎng)的問題。

2.2 保護劑的配備及實驗過程

首先稱取一定量的水合肼和丙酮肟，在室溫下溶解到一定量的水中，然后向其中加入適量的融合劑和調(diào)和劑，配制成不同濃度的水溶液。其中，復(fù)配劑1 水合肼與丙酮肟的摩爾比為7∶3，復(fù)配劑2水合肼與丙酮肟的摩爾比為1∶1，復(fù)配劑3 水合肼與丙酮肟的摩爾比為3∶7，其他條件均不變。在處理溫度25 ℃、處理體系pH 值8.0、除鹽水、處理時間30 min 的條件下，考察了不同處理劑濃度對鍋爐水處理效果的影響。

實驗得出，當(dāng)5 種保護劑隨加藥量增加、水中溶解氧減少時，其中純水合肼及丙酮肟的處理效果不如復(fù)配劑的處理效果。3 種復(fù)配劑的除氧效果比較接近，但復(fù)配劑1 的處理效果最佳；當(dāng)加藥量為理論加藥量的0.8 倍時，除氧率可達90%以上。

除了以上針對保護劑的配比濃度進行實驗外，還針對保護劑處理時間、處理溫度逐項進行實驗。結(jié)果顯示，當(dāng)處理時間達到30 min、處理溫度達到30 ℃時，復(fù)配劑1 使水中的溶解氧含量下降了理論值的90%，起到了良好的消耗氧效果。

通過對5 種水處理保護劑的性能研究發(fā)現(xiàn)，單一的水合肼和丙酮肟對蒸汽鍋爐水進行處理，效果不是很理想，然而將二者按一定比例進行復(fù)配，通過調(diào)和劑和融合劑進行混合均勻后，對蒸汽鍋爐水的處理效果比較理想，并且處理條件比較溫和，可操作性也較強。

2.3 開展先期試驗驗證藥劑防腐蝕效果

為了保證設(shè)備安全運行，確保蒸汽管網(wǎng)加藥試驗結(jié)果有效，藥劑濃度選定后，沒有立即投入使用，而是先針對藥劑的防腐蝕效果做了一個實驗。取3 個容量瓶，分別裝入等量自來水、蒸汽冷凝水、保護劑水溶液，標(biāo)號分別為①、②、③。再將鋼管截成3 段，縱向剖開，分別裝入上述盛有不同溶液的容器中，封閉瓶口，觀察瓶內(nèi)管段的腐蝕情況。10 個月后，對比實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)自來水、冷凝水瓶內(nèi)的管段腐蝕較嚴(yán)重，表面布滿腐蝕產(chǎn)物，尤其冷凝水容器底部出現(xiàn)磚紅色沉淀。撥動冷凝水樣中的管段時，表面的腐蝕物成塊脫落。而保護劑水溶液中的管段表面僅有少量磚紅色斑點腐蝕，瓶底部出現(xiàn)少量絮狀沉淀（圖1～圖3），表明保護劑對減緩鋼管腐蝕起到了積極作用。

3 應(yīng)用效果及前景

該成果已在大慶油田南一油庫、南三油庫、北油庫、西油庫等15 座低壓蒸汽鍋爐上進行了應(yīng)用。成果應(yīng)用后，冷凝水鐵含量從1.38 mg/L 下降到0.3 mg/L 以下，pH 值從6.0 上升到8.0 以上，水質(zhì)呈無色透明；通過加注水處理藥劑有效減緩了管線腐蝕速率，延長管線使用壽命；回水利用率達到100%，有效提高了鍋爐給水溫度，節(jié)約天然氣14%。通過此項措施4 座油庫年可節(jié)約蒸汽冷凝水15×104t，節(jié)約天然氣用量330×104m3，節(jié)約生產(chǎn)成本350 多萬元。

圖1 溶液封存情況

圖2 水質(zhì)變化情況對比

圖3 管線腐蝕情況對比

蒸汽冷凝水水質(zhì)問題是企業(yè)面臨的一個普遍問題，很多工廠、車間都存在蒸汽冷凝水質(zhì)不合格、不能回收利用的現(xiàn)象，造成能源、資源大量浪費。此蒸汽鍋爐水處理保護劑可廣泛用于油田內(nèi)外蒸汽回水不達標(biāo)的低壓蒸汽鍋爐上，將給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]侯紅霞.淺談鍋爐水質(zhì)處理工作的重要性[J].同煤科技,2006,28(4):38.