蒸汽冷凝水铁离子的危害与防治

锅炉蒸汽冷凝水铁离子的危害，正常的蒸汽冷凝水接近于蒸馏水，应该是没有腐蚀性的。当检测到铁离子含量高时，说明在锅炉用汽系统和冷凝水回收系统的设备或管网中有腐蚀发生，这对蒸汽冷凝水回收有很大影响。铁离子既是污染物，同时还是腐蚀的促进物，特别是三价铁，因其氧化性强，会加重腐蚀。 由于绝大多数蒸汽锅炉用汽系统及冷凝水输送管网大多采用碳钢材质，随着管网的老化及氧和弱碳酸的腐蚀，会对冷凝水造成一定程度的污染，其主要表现在冷凝水中铁离子含量超标。

蒸汽冷凝水铁离子的危害：

蒸汽冷凝水中铁离子浓度的超标，铁离子进入锅炉后，会在炉管上生成氧化铁水垢和磷酸盐水垢，而给锅炉的安全运行带来危害。氧化铁水垢的导热性能很差，平均导热系数只有0.1～0.2kcal/(m·h·)，仅为钢材的1.67‰～5‰；即使与锅炉内常见的钙镁水垢相比，平均导热数也要低很多，约为钙镁水垢平均导热系数的1.67%～40%。而资料显示，锅炉受热面上附着1mm厚的水垢时，其燃料的消耗将增加1.5～3.0%，由此可见，在锅炉炉管上生成的氧化铁水垢将大大降低锅炉的经济性。
      锅炉给水的铁含量超标，不仅会引起氧化铁垢下腐蚀发生，还会导致锅炉中磷酸盐水垢的快速生成，氧化铁水垢层的传热效率与炉管的传热效率相差很大，严重阻碍传热，会造成传热面局部温度过高，以至金属强度下降，危及锅炉的安全，造成炉管变形引起爆管危险。

蒸汽冷凝水铁离子与各种不同水垢的特性和平均导热系数比较表

蒸汽冷凝水铁离子的产生机理：

蒸汽冷凝水中氧的来源有二处，其一是：蒸汽中含有一定量的氧，即锅炉给水除氧设备运行效率不高，或运行管理不善会含有一定的氧，含有氧的给水进入锅炉后，氧随着水的蒸发进入蒸汽中。

      其二是：蒸汽冷凝水在其输送过程中溶入空气中的氧，空气中含有约21％的氧气和约4％的二氧化碳，有些工况的冷凝水回收系统为简易开式系统，冷凝水箱有呼吸孔直通大气，当水箱液位上升时，水箱内的气体排入大气，当水箱液位下降时，水箱外的气体进入水箱内，由于水箱内的气体中氧的浓度与水箱外空气中氧的浓度存在浓度差，随着冷凝水箱的呼吸，大气中氧气不断融入冷凝水中。

 锅炉用汽系统和冷凝水回收系统的设备或管网的氧腐蚀

　　 锅炉用汽系统和冷凝水回收系统的设备或管网一般是碳钢材质，它的腐蚀产物是铁的氧化物，其反应方程式如下：

　　阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e
　　阴极反应：O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
　　以上反应的产物Fe2+在水中会与相关物质进一步进行反应，其过程反应方程式如下：
　　铁离子在水中反应一  Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2
　　铁离子在水中反应二  4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3
　　铁离子在水中反应三  Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 → Fe3O4 + 4H2O
　　蒸汽冷凝水中铁的化学组成实际上并不像其化学式那么简单，通常是各种含水氧化铁的混合物，冷凝水受污染的冷凝水的颜色是红褐色，且腐蚀越严重，颜色越深 。一般蒸汽冷凝水中铁离子含量在700ug/L以下时，目测蒸汽冷凝水并不显色，一旦蒸汽冷凝水进入锅炉，受热氧化成三价铁时，就开始显色，不严重的炉水开始发混，严重一些颜色开始发黄甚至发红。

 锅炉用汽系统和冷凝水回收系统的设备或管网的氧腐蚀的特征

锅炉用汽系统和冷凝水回收系统的设备或管网的氧腐蚀属于溃疡腐蚀，腐蚀发生后在金属的表面形成一个个鼓包，直径从1mm～30mm不等，鼓包的表面是黄褐色到砖红色，由上述的各种氧腐蚀产物组成，去除这些腐蚀产物后，金属的表面是一个个腐蚀坑。冷凝水氧腐蚀一旦形成，就很难阻止腐蚀过程的继续。

　　锅炉用汽系统和冷凝水回收系统的设备或管网的氧腐蚀的影响因素

　　影响氧腐蚀速度的因素有很多，影响冷凝水氧腐蚀的主要因素有：PH值、溶解氧浓度、水流速、温度等等：

　　PH值：PH值越小，腐蚀速度越快。

　　氧浓度：冷凝水中O2的浓度越大，氧腐蚀的速度越大。

　　温度：温度越高，氧腐蚀的速度越快。当温度升高时氧的扩散速度快，氧腐蚀的速度也快。

　　流速：水流速度越大，水中各物质的扩散速度加大，氧气扩散到金属表面的速度增加，从而加快氧腐蚀。

　　锅炉用汽系统和冷凝水回收系统的设备或管网的酸腐蚀

　　在低压锅炉中，锅炉给水采用的是软化水，软化技术是通过树脂的作用，将水中的钙镁离子用钠离子取代。但水中的碳酸氢盐(HCO3-)没有去除。当温度升高时，水中的HCO3-分解成CO2 ，CO2气体随水蒸汽在冷凝回收管线中再次溶解在水中，导致冷凝水的PH值下降，呈酸性，而酸性冷凝水是导致冷凝回水铁离子超标的最主要因素。严重的情况下，冷凝水发红甚至呈酱油色。

冷凝水中的酸性物质H2CO3，H2CO3分解为H+和HCO3-。

其反应方程式如下：

　　CO2 + H2O = H2CO3

　　H2CO3 = H+ + HCO3-

　  锅炉蒸汽冷凝水中 CO2的来源

　　锅炉蒸汽冷凝水中的CO2主要来源于蒸汽，蒸汽中的CO2气体的主要来源是蒸汽锅炉补给水中游离CO2和碳酸盐类在炉内受热分解；加上在有些工况的冷凝水回收系统为简易开式系统，空气中含有约4％的二氧化碳会通过冷凝水箱呼吸孔从大气直接溶解在蒸汽冷凝水中。碳酸盐炉内分解的反应方程式为：

　　2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

　　锅炉蒸汽冷凝水酸腐蚀的机理

　　CO2进入冷凝水后形成碳酸(H2CO3)。H2CO3是一种弱酸，在水中电离的H+不多。但冷凝水是比较纯净的水，含盐量小，缓冲性差，即使像H2CO3这样的弱酸也会使PH值有较大的下降。当纯水中CO2为1mg/L时，纯水的PH值由7.0降至5.5。同时随着H+在腐蚀中不断消耗式(2-7)的电离平衡被打破，反应向右进行，不断电离出H+供腐蚀反应使用，直至H2CO3消耗完毕。CO2腐蚀的阳极反应和阴极反应方程式如下：

　　阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e

　　阴极反应：2H+ + 2e → H2

　　CO2腐蚀的腐蚀产物是易溶的，不会沉积在金属表面，所以CO2腐蚀是均匀腐蚀，不会形成保护膜。

CO2不仅对铁产生腐蚀，同时对金属铜也会产生腐蚀，当只有CO2时，会对铜管产生脱锌腐蚀;当CO2和O2同时存在时，对铜管中的金属铜也会产生腐蚀，其腐蚀产物是易溶的Cu2+。由于铜的热阻小，换热器的换热管束一般采用铜管，CO2对铜管的腐蚀主要发生在蒸汽冷凝水(疏水)液面上方的铜管表面， 实验表明：当热交换器中进汽中的CO2浓度为8mg/L时，疏水上方的铜管水膜中CO2的含量为500～600mg/L。

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蒸汽冷凝水铁离子的危害与防治办法

在高温环境下，锅炉用汽系统和冷凝水回收系统的设备和管网金属氧腐蚀快速产生，冷凝水因为比较纯净而缓冲性差，加上二氧化碳的存在使冷凝水的PH降低，二氧化碳溶于水成为弱碳酸加速了氧化腐蚀。之所以在开式蒸汽冷凝水系统，碳钢管道的使用寿命只有4－5年，即每隔4－5年就需要更换冷凝水管线，就是这个原因。

冷凝水的酸性，一般采用化学药剂法对其进行处理。化学药剂通过在锅炉蒸汽出口投加皮膜胺或炉前投加挥发性氨的方法在回水管线内成防腐膜或提高回水的PH值，通常采用BF-31T凝结水系统保护技术，投加北京化工大学专利产品BF-31T凝结水系统保护剂来阻止腐蚀的发生，BF-31T凝结水系统保护剂为市场应用成熟产品，BF-31T凝结水系统保护剂主要成分：成膜胺、中和胺等，BF-31T凝结水系统保护剂中的中和胺为碱性，既可以中和蒸汽凝结水中碳酸又为在线监测水中药剂浓度提供依据。BF-31T凝结水系统保护剂2007年获国家发明二等奖。