張柏鴻，李紅，孫輝，李俊峰，王坤鵬，張沖，陳奇，陳麗鵬，褚運(yùn)偉

（1.鞍鋼貝克吉利尼水處理有限公司，遼寧 鞍山 114041；2.鞍鋼股份有限公司，遼寧 鞍山 114041）

中和胺pH值調(diào)節(jié)能力的分析比較

張柏鴻1，2，李紅1，孫輝1，李俊峰1，王坤鵬1，張沖1，陳奇1，陳麗鵬1，褚運(yùn)偉1

（1.鞍鋼貝克吉利尼水處理有限公司，遼寧 鞍山 114041；2.鞍鋼股份有限公司，遼寧 鞍山 114041）

為了防止鍋爐腐蝕，pH值的調(diào)節(jié)至關(guān)重要。就影響鍋爐水系統(tǒng)中和胺pH值的調(diào)節(jié)能力的因素進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，氨、環(huán)己胺、嗎啉和二乙基氨基乙醇等常用pH值調(diào)節(jié)劑的pH值調(diào)節(jié)能力受分配系數(shù)、相對(duì)分子質(zhì)量和對(duì)純水的pH值調(diào)節(jié)能力等因素的影響。在選擇中和胺pH值調(diào)節(jié)劑時(shí)應(yīng)綜合考慮各影響因素，同時(shí)還要考慮現(xiàn)場(chǎng)工況，即鍋爐的壓力和冷凝過程。

鍋爐；中和胺；分配系數(shù)；相對(duì)分子質(zhì)量；pH值調(diào)節(jié)劑

鍋爐在運(yùn)行過程中，經(jīng)常存在非正常腐蝕問題。鍋爐非正常腐蝕不僅影響鍋爐的使用壽命，還給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重隱患。造成鍋爐腐蝕的常見因素是水體中含有的O2和CO2。對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的鍋爐系統(tǒng)，只要運(yùn)行正常和冷凝水回收管網(wǎng)設(shè)計(jì)合理，漏入空氣的可能性很小，冷凝水作為部分鍋爐補(bǔ)給水回用時(shí)帶入的氧很少，那么造成鍋爐腐蝕的主要因素是水中含有的 CO2［1］。據(jù)測(cè)算，在 20℃以下，0.2 mg/L的CO2就可以使純水pH值從7.0下降至5.9，從而導(dǎo)致金屬腐蝕速率增加［2］。

為了防止鍋爐腐蝕，pH值的調(diào)節(jié)至關(guān)重要。向鍋爐給水系統(tǒng)中加入pH值調(diào)節(jié)劑（中和胺），中和胺可以與回流冷凝水、鍋爐補(bǔ)給水中的碳酸發(fā)生反應(yīng)，生成不易分解的產(chǎn)物，以提高給水和冷凝水的pH值。影響中和胺調(diào)節(jié)pH值能力的因素包括分配系數(shù)、中和能力及中和胺在純水中的調(diào)節(jié)能力，本文就目前應(yīng)用比較多的中和胺（氨（NH3）、環(huán)己胺（CYCLO）、嗎啉（MORPH）和二乙基氨基乙醇（DEAE））進(jìn)行影響因素分析比較，為中和胺pH值調(diào)節(jié)劑的工程應(yīng)用提供參考。

1 影響中和胺pH值調(diào)節(jié)效果的因素

1.1 分配系數(shù)

分配系數(shù)是選擇中和胺時(shí)要考慮的首要因素。分配系數(shù)是表示在冷凝水和蒸汽共存的條件下，中和胺在蒸汽中的濃度和在與此蒸汽接觸的水中的濃度的比值。中和胺在冷凝水中才能起到中和作用，在蒸汽中是起不到中和作用的。如果中和胺的分配系數(shù)大于1.0，表示該中和胺更多地存在于蒸汽中；如果中和胺的分配系數(shù)小于1.0，則表示該中和胺更多地存在于冷凝水中。

分配系數(shù)是隨著壓力的變化而變化，不同的中和胺的分配系數(shù)隨壓力的變化趨勢(shì)是不同的，常見幾種中和胺在不同壓力下分配系數(shù)［3-5］如表1所示。

表1 中和胺在不同壓力下的分配系數(shù)Tab.1 Distribution coefficients of neutralizing amine under different pressures

從表1可以看出，NH3的分配系數(shù)隨著壓力的增加逐漸減小；CYCLO、MORPH、DEAE的分配系數(shù)一開始隨著壓力的增加逐漸增大，達(dá)到一定數(shù)值后出現(xiàn)拐點(diǎn)［6］，隨著壓力的繼續(xù)增加，分配系數(shù)開始減小。所以在選擇中和胺的種類時(shí)，應(yīng)考慮鍋爐的壓力和工藝條件。 如壓力在0 MPa時(shí)，4種藥劑中MORPH分配系數(shù)最小；當(dāng)壓力達(dá)到1.38 MPa時(shí)，NH3、MORPH、DEAE分配系數(shù)均比CYCLO小，隨著壓力的增加這種趨勢(shì)更加明顯；當(dāng)壓力達(dá)到6.89 MPa時(shí)，MORPH的分配系數(shù)最小，NH3的分配系數(shù)和DEAE接近，而CYCLO的分配系數(shù)最大。

在表1所示的各種壓力下，MORPH的分配系數(shù)都最小，所以在只考慮分配系數(shù)的條件下，MORPH是理想的pH值調(diào)節(jié)劑。但是MORPH和DEAE價(jià)格高，并不適合在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中使用；對(duì)比NH3和 CYCLO，當(dāng)壓力大于 4.13 MPa時(shí)，NH3就是一個(gè)更好的選擇，但是NH3會(huì)對(duì)銅合金有腐蝕，如果鍋爐系統(tǒng)中有銅合金，使用NH3作為pH值調(diào)節(jié)劑，則應(yīng)注意pH值不能太高，否則會(huì)加劇銅合金的腐蝕。鍋爐的冷卻系統(tǒng)較長(zhǎng)，蒸汽逐級(jí)冷凝，就不能只選擇分配系數(shù)很小的中和胺，這時(shí)應(yīng)該采用多種中和胺復(fù)合的pH值調(diào)節(jié)劑，以保證蒸汽中中和胺的含量，避免中和胺在前級(jí)過快地隨冷凝水析出，導(dǎo)致后面各級(jí)的冷凝水中沒有足夠的中和胺來調(diào)節(jié)pH值。

1.2 中和單位質(zhì)量CO2所需中和胺的質(zhì)量

中和胺中和碳酸的反應(yīng)方程式如下：

RNH2+H2CO3=RNH3++HCO3-（1）

根據(jù)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)，可以看到，相對(duì)分子質(zhì)量越小的中和胺，中和單位質(zhì)量CO2所需的質(zhì)量也越小。中和1 mg的CO2所需不同種類中和胺的質(zhì)量如表2所示。

表2 中和1 mg的CO2所需中和胺的質(zhì)量Tab.2 Amount of required neutralizing amine to neutralize 1 mg CO2

從表2可以看出，中和1 mg CO2所需中和胺質(zhì)量的順序?yàn)镹H3＜MORPH＜CYCLO＜DEAE。中和能力以NH3最強(qiáng)。

1.3 中和胺在純水中的pH值調(diào)節(jié)能力

在相同的4份純水中，分別投加4種不同的中和胺，觀察中和胺在純水中的調(diào)節(jié)能力。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示［3］。

表3 多種中和胺在純水中的pH值調(diào)節(jié)能力Tab.3 pH adjustment ability of various kinds of neutralizing amine in pure water

從表3可以看出，pH值在7～10之間，達(dá)到相同pH值，NH3投加量最小，pH值大于10時(shí)CYCLO投加量最小。

綜合分配系數(shù)、中和能力以及在純水中pH值調(diào)節(jié)能力這3方面的因素可知，NH3在pH值調(diào)節(jié)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)；同時(shí)NH3價(jià)格低廉，也使得NH3和其他3種中和胺相比優(yōu)勢(shì)更強(qiáng)。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例

以鞍鋼鲅魚圈廠區(qū)75 t煤氣鍋爐為例，該鍋爐壓力為5.30 MPa，蒸汽經(jīng)過換熱設(shè)備后形成高溫冷凝水，為減輕CO2腐蝕，該鍋爐運(yùn)行初期通過加藥泵加入pH值調(diào)節(jié)劑（主要成分為CYCLO）。一段時(shí)間后，鍋爐水系統(tǒng)pH值突然降低至8以下，加大pH調(diào)節(jié)劑的投加量，pH值提升效果也不明顯，極易造成鍋爐腐蝕，影響正常生產(chǎn)。分析認(rèn)為，出現(xiàn)該種情況的原因是由于投加的pH值調(diào)節(jié)劑CYCLO在5.30 MPa下的分配系數(shù)較高（為6.8左右），鍋爐水中所含中和胺含量較低，pH值調(diào)節(jié)能力有限，不能很好地起到中和作用，導(dǎo)致pH值降低。而NH3在5.30 MPa下的分配系數(shù)為3.6，在該工況條件下，有良好的pH值調(diào)節(jié)能力；同時(shí)NH3價(jià)格相對(duì)便宜，故此更換以NH3為主要成分的pH值調(diào)節(jié)劑。鞍鋼鲅魚圈廠區(qū)75t煤氣鍋爐更換pH值調(diào)節(jié)劑后，鍋爐水系統(tǒng)pH值恢復(fù)正常。該鍋爐爐水pH值變化如表4所示。技術(shù)上要求爐水pH值為9～ 11，于5月6日開始更換為以NH3為主要成分的pH值調(diào)節(jié)劑，pH值穩(wěn)步提高。

表4 鍋爐爐水pH值變化情況Tab.4 Boiler water pH value changes

3 結(jié)語

影響中和胺調(diào)節(jié)pH值能力的因素包括分配系數(shù)、相對(duì)分子質(zhì)量和對(duì)純水pH值的調(diào)節(jié)能力，同時(shí)還要考慮現(xiàn)場(chǎng)工況即鍋爐的壓力和冷凝過程長(zhǎng)度。分配系數(shù)是最重要的影響因素，它決定了鍋爐水的中和胺含量，足夠的中和胺才能充分調(diào)節(jié)鍋爐水的pH值，減緩腐蝕，因此應(yīng)根據(jù)鍋爐的壓力，選擇在此壓力下分配系數(shù)小的中和胺來作為pH值調(diào)節(jié)劑。如果鍋爐蒸汽的冷凝過程較長(zhǎng)，一般都會(huì)選擇復(fù)合中和胺來作為pH值調(diào)節(jié)劑。同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)成本。

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Analysis and comparison of neutralizing amine pH adjustment ability

ZHANG Bai-hong1，2，LI Hong1，SUN Hui1，LI Jun-feng1，WANG Kun-peng1，ZHANG Chong1，CHEN Qi1，CHEN Li-peng1，CHU Yun-wei1
（1.Angang BK Giulini Water Treatment Co.，Ltd.，Anshan 114041，China；2.Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114041，China）

pH value adjustment plays a very important role in protecting boiler from corrosion.The factors influencing the neutralizing amine pH adjustment ability of boiler water system were analyzed.The results showed that，the pH adjustment ability of ammonia，cyclohexylamine，morpholine，diethylamino ethanol and other commonly used pH regulators were affected by distribution coefficient，relative molecular mass and the pH adjustment ability in pure water.It was pointed out that，various influencing factors and site conditions of boiler pressure and condensation process should be considered when choosing neutralizing amine pH regulator.

boiler；neutralizing amine；a distribution coefficient；relative molecular mass；pH regulator

TQ085

A

%1009-2455（2016）05-0040-03

張柏鴻（1974-），男，遼寧鞍山人，工程師，碩士，從事工業(yè)水處理技術(shù)研究工作，（電子信箱）zbh@angangbkg.com。

2016-06-16（修回稿）