毛麗燕 張文華

(新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院 烏魯木齊 830011)

成膜胺類藥劑在燃氣鍋爐尾部節(jié)能裝置的緩蝕效果研究

毛麗燕 張文華

(新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院 烏魯木齊 830011)

將經(jīng)過配方篩選的成膜胺類緩蝕藥劑，采用自動噴涂設(shè)備注入節(jié)能器內(nèi)，在鍋爐尾部高溫煙氣的不斷沖刷下，均勻彌漫在節(jié)能器內(nèi)部，在金屬表面形成致密、連續(xù)、穩(wěn)定、有韌性的良好保護膜，阻止了尾部高溫煙氣在節(jié)能器中冷卻后產(chǎn)生的酸性凝結(jié)水對其內(nèi)部金屬的酸性腐蝕。

成膜胺類緩蝕藥劑 配方篩選 節(jié)能器 酸性凝結(jié)水 噴涂 保護膜 緩蝕效果

隨著環(huán)保、節(jié)能要求的不斷加強,各地區(qū)改進力度也在不斷提升,烏魯木齊90%以上工業(yè)鍋爐完成了能源替代,以天然氣替代燃煤。

由于燃氣鍋爐的全面普及,尤其是從節(jié)能角度考慮在尾部煙道加裝換熱設(shè)備已經(jīng)是一項不可或缺的節(jié)能措施,在今年的節(jié)能計劃中,要求加裝二次換熱設(shè)備將排煙溫度降至40℃以下,節(jié)能效果顯著。但新的問題又出現(xiàn)了,在鍋爐定期檢驗和對使用單位現(xiàn)場調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)使用燃氣做為能源后,盡管解決了燃料對環(huán)境污染問題,但是鍋爐尾部煙道節(jié)能器內(nèi)部金屬卻產(chǎn)生了嚴重的酸性腐蝕。隨著機組服役時間的增長,設(shè)備腐蝕帶來的穿孔和滲漏現(xiàn)象越來越嚴重,有部分設(shè)備已經(jīng)不能正常運行,達到必須維修更換的程度,嚴重影響了熱力設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行。

1 酸性介質(zhì)的來源

燃氣鍋爐的燃料為城市天然氣,其主要成份為甲烷(CH4),甲烷燃燒后發(fā)生化學反應如下[1]:

燃氣鍋爐的尾部煙道在燃燒過程中產(chǎn)生大量的高溫煙氣,其在節(jié)能器中冷卻后產(chǎn)生了煙氣凝結(jié)水,此凝結(jié)水中含有一定量的CO2酸性物質(zhì),使煙氣凝結(jié)水呈酸性。經(jīng)分析,該煙氣凝結(jié)水的pH值在2～4范圍,這些酸性凝結(jié)水在節(jié)能設(shè)備中存在,酸性腐蝕是不可避免的。

2 探討節(jié)能設(shè)備的腐蝕原因

腐蝕是金屬受環(huán)境的作用而發(fā)生的破壞,不同的金屬,其耐蝕性不同,低碳鋼的耐蝕性較差。[2]在燃氣鍋爐尾部及節(jié)能器金屬內(nèi)表面,由于有大量的弱酸性介質(zhì)CO2的存在,冷卻后,產(chǎn)生了酸性煙氣凝結(jié)水,節(jié)能器內(nèi)部金屬主要發(fā)生的是游離二氧化碳的酸性腐蝕。

2.1 酸性腐蝕機理

當水中含有游離CO2時,水呈酸性反應,

結(jié)果使水中H+含量增加,進而在陰極起去極化作用。因此,游離CO2腐蝕實質(zhì)上就是酸性物質(zhì)引起的H+去極化腐蝕,其腐蝕電池的反應為:

陽極反應: Fe→Fe2++2e

陰極反應: 2H++2e→H2

2.2 其他腐蝕因素

影響電化學腐蝕過程速率的許多外因中,如介質(zhì)的氫離子濃度是重要的因素之一,通常用pH值來表示氫離子的濃度。pH值對金屬腐蝕有兩方面的影響,一是隨著溶液氫離子濃度增加(即pH值的降低),氫電極電位變得更正,使氫離子更易放電,促進了陰極上氫的去極化過程,從而加速金屬的腐蝕。二是由于pH值的改變,影響到金屬表面膜的溶解度和保護膜的生成,因而影響腐蝕速率的變化[3]。再者介質(zhì)的濃度、溫度、流速和壓力都是影響電化學腐蝕的因素。

燃氣鍋爐的尾部煙道及節(jié)能設(shè)備內(nèi)部金屬所處的環(huán)境,具備了以上所述的影響因素,營造了電化學腐蝕這樣一個環(huán)境,因而加劇了尾部煙道和節(jié)能設(shè)備金屬的酸性腐蝕。

3 探討解決方法

鍋爐水質(zhì)處理依據(jù)GB/T 1576—2008、GB/T 123145—2016[4]標準,有諸多的方法可保障鍋內(nèi)金屬防垢、防腐、保證蒸汽品質(zhì)的良好;而燃氣鍋爐尾部煙道節(jié)能設(shè)備中產(chǎn)生的酸性凝結(jié)水給節(jié)能設(shè)備內(nèi)部金屬帶來的酸性腐蝕的防護,經(jīng)查新目前在國內(nèi)還未有相關(guān)報道和應用研究。

3.1 方法選擇

通過對鍋內(nèi)緩蝕藥劑的機理分析,首先選擇了成膜胺類緩蝕藥劑,并進行了理論和驗證分析。

成膜胺類藥劑,具有分子擴散速度快、用量小,緩蝕作用強的緩蝕特性,作為水質(zhì)緩蝕劑在文獻中有較為全面的報道和應用成果[5],屬于較先進的防腐原料,其腐蝕機理屬膜處理,一成膜胺類緩蝕劑在水溶液中呈堿性,能中和水中酸性物質(zhì),提高溶液的pH值,使金屬表面鈍化,造成陽極極化,因此金屬腐蝕電流急劇降低,二成膜胺能夠吸附在金屬表面上,形成只有一個單分子層厚的保護膜,此膜隔離了侵蝕性水(含氧或二氧化碳)與金屬表面的接觸,從而起到了防止金屬腐蝕的作用,此外,成膜胺有較強的滲透性,它能夠透過金屬表面上的鐵銹等沉淀物,在基體金屬表面形成保護膜,防止金屬腐蝕。然而應用在燃氣鍋爐的尾部煙道防腐上,這種屬于氣/液雙相界面,介質(zhì)處于不穩(wěn)定流動狀態(tài)特殊環(huán)境的可行性研究也屬國內(nèi)首次,筆者在運行中的不同類型的燃氣鍋爐尾部煙道節(jié)能器中采集煙氣凝結(jié)水樣品進行含鐵量、pH等必要項目分析,并結(jié)合試驗室掛片腐蝕速度試驗分析及現(xiàn)場對運行鍋爐尾部煙道節(jié)能設(shè)備成膜胺噴涂前和噴涂后的比對數(shù)據(jù)分析,獲得了成膜胺在特定環(huán)境中使用的技術(shù)要求、配方選擇、現(xiàn)場控制指標等。

3.2 見證試驗

選擇了兩個鍋爐房,通過對現(xiàn)場運行的2臺WNS10.5-1.25/115/70-YQ熱水鍋爐,和2臺WNS6-1.25-YQ蒸汽鍋爐,在尾部煙道節(jié)能器內(nèi)部噴涂成膜胺緩蝕劑前后的比對試驗分析見表1。

表1 煙氣凝結(jié)水

注1：以上數(shù)據(jù)為現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)。

注2：表1中1#-2為熱水鍋爐煙氣凝結(jié)水，采集于燃氣鍋爐尾部煙道節(jié)能器（材質(zhì)為普通鍋爐用鋼和耐低溫硫酸露點防腐鋼種），未采用成膜胺噴涂緩蝕技術(shù)。

注3：表1中1#-1為熱水鍋爐煙氣凝結(jié)水，采集于燃氣鍋爐尾部煙道節(jié)能器（材質(zhì)為普通鍋爐用鋼和耐低溫硫酸露點防腐鋼種），采用成膜胺噴涂緩蝕技術(shù)。

注4：表1中2#-2為蒸汽鍋爐煙氣凝結(jié)水，采集于燃氣鍋爐尾部煙道節(jié)能器（材質(zhì)為普通鍋爐用鋼和耐低溫硫酸露點防腐鋼種），未采用成膜胺噴涂緩蝕技術(shù)。

注5：表1中2#-1為蒸汽鍋爐煙氣凝結(jié)水，采集于燃氣鍋爐尾部煙道節(jié)能器（材質(zhì)為普通鍋爐用鋼和耐低溫硫酸露點防腐鋼種），采用成膜胺噴涂緩蝕技術(shù)。

由表1可知,熱水鍋爐,尾部煙道節(jié)能器中采用成膜胺噴涂緩蝕技術(shù)后,煙氣凝結(jié)水中的含鐵量從600mg/L下降至0.02mg/L;

蒸汽鍋爐,煙氣凝結(jié)水中的含鐵量從150mg/L下降至0.02mg/L;

讓燃氣鍋爐尾部節(jié)能設(shè)備噴涂成膜胺緩蝕技術(shù)得到很好的論證;且采用此項技術(shù)后提高了煙氣凝結(jié)水中pH值,硬度、電導率、鐵含量指標均符合GB/T 1576—2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》[6]標準規(guī)定對鍋爐給水的要求范圍。也就是說,通過以上成膜胺噴涂緩蝕技術(shù)不但對燃氣鍋爐尾部煙道的酸性腐蝕得到了很大程度的緩蝕,還可使這部分由天然氣燃燒后產(chǎn)生的煙氣凝結(jié)水用于鍋爐的補給水,一舉兩得!

4 結(jié)束語

目前為止,成膜胺緩蝕技術(shù)在燃氣鍋爐尾部煙道及節(jié)能設(shè)備上的應用技術(shù)已經(jīng)在多臺鍋爐上得到了很好的驗證,有力的保障了鍋爐及附屬設(shè)備安全、經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保運行。

［1］天津大學，華東石油學院．有機化學[M]．湖南：高等教育出版社：20-25．

［2］周英，趙欣剛．鍋爐水處理實用技術(shù)[M]．北京：地震出版社，2002：98-99．

［3］張文輝，劉秀華．工業(yè)鍋爐水處理[M]．中國計量出版社存在，2010：217-218．

［4］GB/T 12145—2016 火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量[S]．

［5］周本?。I(yè)水處理技術(shù)[M]．北京：化學工業(yè)出版社（第二版），2002：484-488．

［6］GB/T 1576—2008 工業(yè)鍋爐水質(zhì)[S]．

Study of Corrosion Inhibition Effect for Film-forming Amines on the Energy Saving Device at Tail of Gas Boiler

Mao Liyan Zhang Wenhua
(Xinjiang Uygur Autonomous Region Inspection Institute of Special Equipment Urumqi 830011)

Inhibitors of fi lm-forming amines were poured into energy-saving device by automatic spraying equipment after the formula screening. Under the constant scouring of the high temperature smoke at the tail of the boiler, it is diffused in the interior of the economizer. A dense, continuous, stable and tough protective fi lm is formed on the metal surface, which prevents the acid corrosion of the acid condensate from the tail high temperature fl ue gas after the cooling of the economizer.

Inhibitors of fi lm-forming amines Formula screening Energy-saving device Acid condensate Spray Resist fi lm Corrosion inhibition effect

X933.2

B

1673-257X(2017)11-0048-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.11.012

毛麗燕（1960～)，女，本科，主任工程師，高級工程師，從事鍋爐水（介）質(zhì)處理檢測技術(shù)管理工作。

毛麗燕，E-mail： 2920235341@qq．com。

2017-08-25）