成膜胺类药剂在燃气锅炉尾部节能装置的缓蚀效果研究

毛丽燕 张文华

(新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 乌鲁木齐 830011)

成膜胺类药剂在燃气锅炉尾部节能装置的缓蚀效果研究

毛丽燕 张文华

(新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 乌鲁木齐 830011)

将经过配方筛选的成膜胺类缓蚀药剂，采用自动喷涂设备注入节能器内，在锅炉尾部高温烟气的不断冲刷下，均匀弥漫在节能器内部，在金属表面形成致密、连续、稳定、有韧性的良好保护膜，阻止了尾部高温烟气在节能器中冷却后产生的酸性凝结水对其内部金属的酸性腐蚀。

成膜胺类缓蚀药剂 配方筛选 节能器 酸性凝结水 喷涂 保护膜 缓蚀效果

随着环保、节能要求的不断加强,各地区改进力度也在不断提升,乌鲁木齐90%以上工业锅炉完成了能源替代,以天然气替代燃煤。

由于燃气锅炉的全面普及,尤其是从节能角度考虑在尾部烟道加装换热设备已经是一项不可或缺的节能措施,在今年的节能计划中,要求加装二次换热设备将排烟温度降至40℃以下,节能效果显著。但新的问题又出现了,在锅炉定期检验和对使用单位现场调查中,发现使用燃气做为能源后,尽管解决了燃料对环境污染问题,但是锅炉尾部烟道节能器内部金属却产生了严重的酸性腐蚀。随着机组服役时间的增长,设备腐蚀带来的穿孔和渗漏现象越来越严重,有部分设备已经不能正常运行,达到必须维修更换的程度,严重影响了热力设备的安全、经济运行。

1 酸性介质的来源

燃气锅炉的燃料为城市天然气,其主要成份为甲烷(CH4),甲烷燃烧后发生化学反应如下[1]:

燃气锅炉的尾部烟道在燃烧过程中产生大量的高温烟气,其在节能器中冷却后产生了烟气凝结水,此凝结水中含有一定量的CO2酸性物质,使烟气凝结水呈酸性。经分析,该烟气凝结水的pH值在2～4范围,这些酸性凝结水在节能设备中存在,酸性腐蚀是不可避免的。

2 探讨节能设备的腐蚀原因

腐蚀是金属受环境的作用而发生的破坏,不同的金属,其耐蚀性不同,低碳钢的耐蚀性较差。[2]在燃气锅炉尾部及节能器金属内表面,由于有大量的弱酸性介质CO2的存在,冷却后,产生了酸性烟气凝结水,节能器内部金属主要发生的是游离二氧化碳的酸性腐蚀。

2.1 酸性腐蚀机理

当水中含有游离CO2时,水呈酸性反应,

结果使水中H+含量增加,进而在阴极起去极化作用。因此,游离CO2腐蚀实质上就是酸性物质引起的H+去极化腐蚀,其腐蚀电池的反应为:

阳极反应: Fe→Fe2++2e

阴极反应: 2H++2e→H2

2.2 其他腐蚀因素

影响电化学腐蚀过程速率的许多外因中,如介质的氢离子浓度是重要的因素之一,通常用pH值来表示氢离子的浓度。pH值对金属腐蚀有两方面的影响,一是随着溶液氢离子浓度增加(即pH值的降低),氢电极电位变得更正,使氢离子更易放电,促进了阴极上氢的去极化过程,从而加速金属的腐蚀。二是由于pH值的改变,影响到金属表面膜的溶解度和保护膜的生成,因而影响腐蚀速率的变化[3]。再者介质的浓度、温度、流速和压力都是影响电化学腐蚀的因素。

燃气锅炉的尾部烟道及节能设备内部金属所处的环境,具备了以上所述的影响因素,营造了电化学腐蚀这样一个环境,因而加剧了尾部烟道和节能设备金属的酸性腐蚀。

3 探讨解决方法

锅炉水质处理依据GB/T 1576—2008、GB/T 123145—2016[4]标准,有诸多的方法可保障锅内金属防垢、防腐、保证蒸汽品质的良好;而燃气锅炉尾部烟道节能设备中产生的酸性凝结水给节能设备内部金属带来的酸性腐蚀的防护,经查新目前在国内还未有相关报道和应用研究。

3.1 方法选择

通过对锅内缓蚀药剂的机理分析,首先选择了成膜胺类缓蚀药剂,并进行了理论和验证分析。

成膜胺类药剂,具有分子扩散速度快、用量小,缓蚀作用强的缓蚀特性,作为水质缓蚀剂在文献中有较为全面的报道和应用成果[5],属于较先进的防腐原料,其腐蚀机理属膜处理,一成膜胺类缓蚀剂在水溶液中呈碱性,能中和水中酸性物质,提高溶液的pH值,使金属表面钝化,造成阳极极化,因此金属腐蚀电流急剧降低,二成膜胺能够吸附在金属表面上,形成只有一个单分子层厚的保护膜,此膜隔离了侵蚀性水(含氧或二氧化碳)与金属表面的接触,从而起到了防止金属腐蚀的作用,此外,成膜胺有较强的渗透性,它能够透过金属表面上的铁锈等沉淀物,在基体金属表面形成保护膜,防止金属腐蚀。然而应用在燃气锅炉的尾部烟道防腐上,这种属于气/液双相界面,介质处于不稳定流动状态特殊环境的可行性研究也属国内首次,笔者在运行中的不同类型的燃气锅炉尾部烟道节能器中采集烟气凝结水样品进行含铁量、pH等必要项目分析,并结合试验室挂片腐蚀速度试验分析及现场对运行锅炉尾部烟道节能设备成膜胺喷涂前和喷涂后的比对数据分析,获得了成膜胺在特定环境中使用的技术要求、配方选择、现场控制指标等。

3.2 见证试验

选择了两个锅炉房,通过对现场运行的2台WNS10.5-1.25/115/70-YQ热水锅炉,和2台WNS6-1.25-YQ蒸汽锅炉,在尾部烟道节能器内部喷涂成膜胺缓蚀剂前后的比对试验分析见表1。

表1 烟气凝结水

注1：以上数据为现场试验数据。

注2：表1中1#-2为热水锅炉烟气凝结水，采集于燃气锅炉尾部烟道节能器（材质为普通锅炉用钢和耐低温硫酸露点防腐钢种），未采用成膜胺喷涂缓蚀技术。

注3：表1中1#-1为热水锅炉烟气凝结水，采集于燃气锅炉尾部烟道节能器（材质为普通锅炉用钢和耐低温硫酸露点防腐钢种），采用成膜胺喷涂缓蚀技术。

注4：表1中2#-2为蒸汽锅炉烟气凝结水，采集于燃气锅炉尾部烟道节能器（材质为普通锅炉用钢和耐低温硫酸露点防腐钢种），未采用成膜胺喷涂缓蚀技术。

注5：表1中2#-1为蒸汽锅炉烟气凝结水，采集于燃气锅炉尾部烟道节能器（材质为普通锅炉用钢和耐低温硫酸露点防腐钢种），采用成膜胺喷涂缓蚀技术。

由表1可知,热水锅炉,尾部烟道节能器中采用成膜胺喷涂缓蚀技术后,烟气凝结水中的含铁量从600mg/L下降至0.02mg/L;

蒸汽锅炉,烟气凝结水中的含铁量从150mg/L下降至0.02mg/L;

让燃气锅炉尾部节能设备喷涂成膜胺缓蚀技术得到很好的论证;且采用此项技术后提高了烟气凝结水中pH值,硬度、电导率、铁含量指标均符合GB/T 1576—2008《工业锅炉水质》[6]标准规定对锅炉给水的要求范围。也就是说,通过以上成膜胺喷涂缓蚀技术不但对燃气锅炉尾部烟道的酸性腐蚀得到了很大程度的缓蚀,还可使这部分由天然气燃烧后产生的烟气凝结水用于锅炉的补给水,一举两得!

4 结束语

目前为止,成膜胺缓蚀技术在燃气锅炉尾部烟道及节能设备上的应用技术已经在多台锅炉上得到了很好的验证,有力的保障了锅炉及附属设备安全、经济、节能、环保运行。

［1］天津大学，华东石油学院．有机化学[M]．湖南：高等教育出版社：20-25．

［2］周英，赵欣刚．锅炉水处理实用技术[M]．北京：地震出版社，2002：98-99．

［3］张文辉，刘秀华．工业锅炉水处理[M]．中国计量出版社存在，2010：217-218．

［4］GB/T 12145—2016 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量[S]．

［5］周本省．工业水处理技术[M]．北京：化学工业出版社（第二版），2002：484-488．

［6］GB/T 1576—2008 工业锅炉水质[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

毛丽燕（1960～)，女，本科，主任工程师，高级工程师，从事锅炉水（介）质处理检测技术管理工作。

毛丽燕，E-mail： 2920235341@qq．com。

2017-08-25）