化工廠蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏及換熱器腐蝕穿孔問題一招解決

摘要：本文針對(duì)某化工廠蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏及換熱器腐蝕穿孔問題，從蒸汽及冷凝水系統(tǒng)設(shè)備和管道在工業(yè)過程中的工作環(huán)境，介紹了蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕的機(jī)理，分析了化工廠蒸汽冷凝水系統(tǒng)腐蝕形成的表象和原因，并附錄了針對(duì)性的采用BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法徹底解決蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏及換熱器腐蝕穿孔問題過程和方法以供參考。

關(guān)鍵詞：凝水管道穿孔；換熱器泄漏； 腐蝕機(jī)理； 凝水管道腐蝕；換熱器腐蝕；凝水鐵超標(biāo)；蒸汽冷凝水管道漏點(diǎn)

蒸汽冷凝水非常純凈、幾乎無硬度，潛熱高，直接回用鍋爐，不僅能提升鍋水濃縮倍率，降低鍋爐排污量，改善鍋爐工況，節(jié)省大量水資源和燃料能源，還能提升整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。然而，工業(yè)蒸汽在輸送使用過程中通常含有較多的氧、二氧化碳等腐蝕氣體雜質(zhì)，導(dǎo)致蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕。蒸汽及冷凝水中氧、二氧化碳等腐蝕氣體雜質(zhì)有的來自鍋爐給水?dāng)y帶，或者源自除氧器除氧效率波動(dòng)及設(shè)備管理水平，亦或者在輸送使用過程中溶入蒸汽或冷凝水中。蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，還成為威脅整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備安全生產(chǎn)運(yùn)行的隱患。

一、概況

某化工廠生產(chǎn)裝置換熱器材質(zhì)主要為碳鋼，部分為不銹鋼，凝水在不同裝置區(qū)回收過程中PH值偏低，大多呈弱酸性，少部分呈中性，匯到總管后凝水呈弱酸性PH值6.19，凝水顏色外觀為鐵紅色總鐵含量3.374mg/L。在設(shè)備檢修過程中發(fā)現(xiàn)換熱器的氣相空間出現(xiàn)了不少黃褐色的鼓包腐蝕點(diǎn)，剝開黃褐色腐蝕點(diǎn)鼓包，下面出現(xiàn)深淺不一的腐蝕坑，較深的腐蝕坑有穿孔泄漏的隱患。

▲圖1 主蒸汽管道腐蝕穿孔泄漏高溫高壓蒸汽噴出

2022年化工廠蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道泄漏次數(shù)為170次，其中換熱器腐蝕穿孔9次，2023年化工廠采取加氨來調(diào)整蒸汽及凝水的PH值措施，只起到一定的緩解腐蝕減少蒸汽冷凝水鐵離子含量的效果，2023年化工廠蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道泄漏次數(shù)下降為144次，其中換熱器腐蝕穿孔5次，但是蒸汽冷凝水鐵離子指標(biāo)還是沒有達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，凝水還是不能回用鍋爐只能排掉，白白損失了大量的熱能和優(yōu)質(zhì)的蒸汽冷凝水。加氨解決蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕泄漏問題效果不佳。

▲圖2 主蒸汽管道腐蝕穿孔泄漏焊接搶修

由于長(zhǎng)期高劑量添加氨水對(duì)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行不利，氨會(huì)與系統(tǒng)中銅質(zhì)換熱管以及閥門閥芯等銅質(zhì)部件反應(yīng)生成可溶性銅氨絡(luò)合物（如[Cu(NH?)?]2?），尤其在有氧存在下的高溫高壓環(huán)境熱力系統(tǒng)中，氨會(huì)加速銅質(zhì)換熱管以及閥門閥芯等系統(tǒng)中銅質(zhì)部件的腐蝕。2024年初化工廠停止采取加氨來調(diào)整蒸汽及凝水的PH值措施，改為逐步更換系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重泄漏頻繁的管道及設(shè)備，采用更耐腐蝕不銹鋼材質(zhì)的管道及設(shè)備，2024年化工廠蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道泄漏次數(shù)為137次，其中換熱器腐蝕穿孔2次，蒸汽冷凝水顏色外觀還是發(fā)紅，凝水全鐵離子指標(biāo)還是超標(biāo)，高溫凝水還是排掉了。采用更耐腐蝕不銹鋼材質(zhì)的管道及設(shè)備解決腐蝕泄漏問題效果亦不理想。

▲圖3 蒸汽冷凝水管道腐蝕穿孔泄漏

故無論是防止鍋爐蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕，排除安全生產(chǎn)隱患，保障鍋爐設(shè)備安全生產(chǎn)運(yùn)行角度；還是從回收凝水潛熱，節(jié)省水資源，降低鍋爐排污量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效的角度，都必須盡快解決化工廠蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏及換熱器腐蝕穿孔問題。

▲圖4 蒸汽冷凝水管道腐蝕穿孔泄漏不停工帶壓搶修補(bǔ)漏

二、蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕的機(jī)理及腐蝕形成的表象原因分析

鍋爐蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕比較常見的有二氧化碳腐蝕、溶解氧腐蝕、垢下腐蝕及多相流腐蝕四種，其中主要是二氧化碳腐蝕和溶解氧腐蝕，下面就講講二氧化碳和溶解氧造成化工廠蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕的機(jī)理及腐蝕形成的表象。

1、蒸汽冷凝水PH低偏酸性的原因。鍋爐給水中碳酸氫根在爐內(nèi)受熱分解二氧化碳隨蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)，或者凝水開放式回收系統(tǒng)溶解進(jìn)入凝水，由于蒸汽及冷凝水非常純凈，接近蒸餾水，幾乎和純水相近，故緩沖性很差，很少的二氧化碳溶解進(jìn)入，蒸汽冷凝水的PH便會(huì)大幅下降。有實(shí)驗(yàn)表明，1升蒸汽冷凝水中溶解進(jìn)1毫克二氧化碳，蒸汽冷凝水的PH值從7直降到5.5，這就是本系統(tǒng)蒸汽冷凝水PH值為6.19偏酸性的原因。

2、二氧化碳腐蝕導(dǎo)致蒸汽冷凝水中鐵離子超標(biāo)的原因。偏酸性的蒸汽冷凝水中的二氧化碳，來源于鍋爐給水中的碳酸氫根，CO2溶于水時(shí)可以形成碳酸H2CO3，CO2對(duì)管道的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，CO2腐蝕的基本形式為均勻腐蝕，主要表現(xiàn)為管道內(nèi)壁表面均勻減薄，雖然碳酸H2CO3是一種弱酸，但在凝水這種比較純凈緩沖差的水質(zhì)中，少量的CO2就可以對(duì)溶液的pH值造成顯著影響。當(dāng)系統(tǒng)里凝水pH值較低時(shí)，管道的腐蝕速率加快。查取廠內(nèi)某催化裂化裝置內(nèi)的記錄，當(dāng)蒸汽冷凝水pH值為6.72時(shí)，管道腐蝕速率較快，管道整體壁厚減薄，在某些應(yīng)力集中的區(qū)域，例如換熱器管板焊接處，閥門及彎頭處，大多會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕，也有部分出現(xiàn)沖刷形成深淺長(zhǎng)短不一的溝槽。二氧化碳腐蝕最終產(chǎn)物會(huì)形成碳酸亞鐵，受CO2分壓、系統(tǒng)內(nèi)凝水的流速與水質(zhì)的影響，碳酸亞鐵會(huì)溶解導(dǎo)致蒸汽冷凝水中鐵離子超標(biāo)。

特別指出：鍋爐用戶一般容易忽略的是二氧化碳引起PH值偏低的酸性凝水的腐蝕速率。雖然鹽酸屬?gòu)?qiáng)酸，H?濃度恒定，反應(yīng)速率穩(wěn)定，酸性強(qiáng)于碳酸；但是同等PH值的碳酸溶液和鹽酸溶液相比，碳酸溶液中未離解的分子比例更高，H?濃度隨反應(yīng)動(dòng)態(tài)變化（腐蝕過程中持續(xù)電離補(bǔ)充H?），導(dǎo)致二氧化碳腐蝕速率更高，故必須高度重視由二氧化碳引起的凝水PH值低偏酸性的腐蝕性問題。

3、氧腐蝕導(dǎo)致蒸汽冷凝水中鐵離子超標(biāo)的原因。由于除氧器的除氧效率有高低，除氧器設(shè)備管理水平有波動(dòng)，蒸汽和凝水系統(tǒng)設(shè)備及管網(wǎng)氧腐蝕情況是客觀存在的，例如，開放式蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)中的溶解氧濃度可達(dá)8mg/L，在相同濃度下，氧的腐蝕性大于二氧化碳，有腐蝕實(shí)驗(yàn)表明，溶解氧質(zhì)量濃度很低(小于1 mg/L)的情況下，就能造成碳鋼嚴(yán)重腐蝕。凝水的氧腐蝕屬于潰瘍腐蝕，系統(tǒng)設(shè)備及管道中被腐蝕的金屬在表面會(huì)形成鼓包，顏色多為磚紅色或者黃褐色，剝開鼓包，下面金屬表面則是深淺不一大小不同的腐蝕坑；當(dāng)腐蝕點(diǎn)開始形成后，腐蝕產(chǎn)物會(huì)阻礙氧在水中和腐蝕物下面擴(kuò)散，在腐蝕點(diǎn)周圍及腐蝕物邊緣的氧濃度高于中心區(qū)，缺氧區(qū)成為陽極，發(fā)生金屬溶解反應(yīng)（Fe→Fe2?+2e?），富氧區(qū)則為陰極（O?+2H?O+4e?→4OH?），蒸汽冷凝水中的溶解氧與管壁鐵元素反應(yīng)生成溶解性較差的氫氧化亞鐵，再經(jīng)過氧化水解等反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化為成分復(fù)雜的鐵銹，由此產(chǎn)生的電位差驅(qū)動(dòng)電化學(xué)腐蝕進(jìn)程，新一輪的腐蝕便會(huì)圍繞最初的腐蝕點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行，蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道中溶解氧腐蝕一旦形成，便很難阻止腐蝕進(jìn)程，腐蝕坑隨著時(shí)間延長(zhǎng)不斷加大加深，系統(tǒng)腐蝕處穿孔泄漏只是時(shí)間早晚的問題。

三、需要解決的問題

1、蒸汽冷凝水pH值過低引起的酸性腐蝕和氧腐蝕是導(dǎo)致蒸汽和冷凝水回用系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕的主要原因，針對(duì)pH值過低引起的酸性腐蝕和氧腐蝕兩種腐蝕機(jī)理，需要在短時(shí)間內(nèi)盡快對(duì)蒸汽和冷凝水回用系統(tǒng)設(shè)備及管道進(jìn)行防腐處理，解決蒸汽及凝水系統(tǒng)腐蝕問題，保障設(shè)備安全生產(chǎn)運(yùn)行，防止蒸汽及凝水系統(tǒng)設(shè)備及管網(wǎng)穿孔泄漏安全事故。

2、解決蒸汽冷凝水鐵離子超標(biāo)問題，切斷蒸汽冷凝水鐵離子來源的源頭，讓凝水達(dá)標(biāo)回用鍋爐，改善鍋爐運(yùn)行工況，降低鍋爐排污量，節(jié)省燃?xì)饽茉春退Y源，降低鍋爐運(yùn)行成本。

四、解決措施

二氧化碳引起蒸汽和冷凝水pH值過低導(dǎo)致酸性腐蝕和氧腐蝕是某化工廠蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道腐蝕泄漏的主要原因。針對(duì)pH值過低導(dǎo)致酸性腐蝕和氧腐蝕這兩種腐蝕機(jī)理，選擇相適應(yīng)的防腐蝕措施。通過對(duì)防腐市場(chǎng)調(diào)研及業(yè)內(nèi)交流，某化工廠選擇使用BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法對(duì)蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道進(jìn)行防腐試驗(yàn)。即在鍋爐給水中加入揮發(fā)性的堿性BF凝水除鐵緩蝕劑，BF凝水除鐵緩蝕劑不僅會(huì)提高給水、鍋水、凝水的PH值，還會(huì)在包括鍋爐及蒸汽與凝水在內(nèi)的全系統(tǒng)設(shè)備和管網(wǎng)覆上一層保護(hù)膜，BF凝水除鐵緩蝕劑形成的保護(hù)膜可以隔絕氧腐蝕和二氧化碳引起的弱酸性腐蝕，徹底截?cái)嗔髓F離子的來源，標(biāo)本兼治從根本上解決蒸汽冷凝水因腐蝕產(chǎn)生的鐵超標(biāo)問題。

BF凝水除鐵緩蝕劑是北京化工大學(xué)研發(fā)的專利技術(shù)產(chǎn)品，有良好的氣液分配比，藥劑隨給水進(jìn)入鍋爐，受熱汽化隨蒸汽進(jìn)入換熱系統(tǒng)，再隨蒸汽冷凝水又回到鍋爐，藥劑一直在系統(tǒng)內(nèi)隨著蒸汽與凝水來回循環(huán)不停，在包括鍋爐及蒸汽與凝水在內(nèi)的全系統(tǒng)設(shè)備和管網(wǎng)金屬內(nèi)表面形成具有吸附及憎水作用的單分子層保護(hù)膜。該膜的分子間隙比二氧化碳和氧分子的截面小，從而能防止系統(tǒng)氧腐蝕和弱碳酸腐蝕的發(fā)生。

各位同學(xué)，各位同行，你們單位鍋爐及蒸汽冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管網(wǎng)有無發(fā)生過腐蝕穿孔泄漏的情況？又是如何解決蒸汽冷凝水系統(tǒng)腐蝕問題的及解決效果怎樣？鍋水或鍋爐排污水及蒸汽冷凝水顏色外觀是泛黃發(fā)紅還是純凈通透？鍋爐結(jié)垢是停爐清洗還是運(yùn)行中清洗，清洗效果如何？鍋爐排污率及鍋爐能耗大不大？關(guān)于鍋爐腐蝕結(jié)垢爆管、蒸汽冷凝水鐵超標(biāo)、鍋水發(fā)紅、鍋水發(fā)黑、蒸汽凝結(jié)水顏色發(fā)黃、凝水紅褐色、鍋爐結(jié)垢不停爐不停工在線除垢技術(shù)、凝汽器結(jié)垢不停機(jī)不停工不停車在線清洗除垢技術(shù)等問題，北京化工大學(xué)顏輝I86OO475З86隨時(shí)歡迎各位同仁分享鍋爐設(shè)備管理使用經(jīng)驗(yàn)，隨時(shí)歡迎各位同仁討論問題交流經(jīng)驗(yàn)心得，就解決鍋爐各種實(shí)際問題相互學(xué)習(xí)?；S蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏及換熱器腐蝕穿孔問題一招解決

五、解決問題過程

2024年9月4日10點(diǎn)，某化工廠使用BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法對(duì)蒸汽和冷凝水系統(tǒng)設(shè)備及管道進(jìn)行防腐試驗(yàn)開始。從某化工廠蒸汽冷凝水總管處、精餾分場(chǎng)HE-24014處分別取凝結(jié)水水樣存檔。精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽凝結(jié)水樣顏色外觀紅褐色，靜置后少量紅褐色沉淀顆粒（見下圖5左1）；總管蒸汽凝結(jié)水樣顏色外觀深紅褐色，靜置后瓶底有一些紅色微細(xì)顆粒（見下圖6左1）。用磁鐵從外面接近兩水樣瓶底紅色微細(xì)顆粒，兩水樣瓶底紅色顆粒均未呈現(xiàn)磁性特征。經(jīng)檢測(cè)，精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽冷凝水PH值6.27，總鐵含量2.775mg/L；化工廠總管蒸汽冷凝水PH值6.19，總鐵含量3.374mg/L。

2024年9月4日10點(diǎn)30分，某化工廠開始向鍋爐給水加藥開始對(duì)系統(tǒng)覆膜防腐除鐵。

2024年9月5日10點(diǎn)，從某化工廠蒸汽冷凝水總管處、精餾分場(chǎng)HE-24014處取蒸汽冷凝水樣存檔。2瓶水樣外觀濁度相比前一天水樣都有下降（分別見圖5左2，圖6左2）。經(jīng)檢測(cè)，精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽冷凝水PH值9.21，總鐵含量1.782mg/L；化工廠總管蒸汽冷凝水PH值8.89，總鐵含量1.917mg/L。

▲圖5 精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽凝結(jié)水水樣

2024年9月6日10點(diǎn)，從某化工廠蒸汽冷凝水總管處、精餾分場(chǎng)HE-24014處取蒸汽冷凝水樣存檔。2瓶水樣外觀濁度相比前一天水樣大幅下降，精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽冷凝水外觀顏色變成微微泛紅（見圖5左3），化工廠總管蒸汽冷凝水外觀顏色變成淺紅色（見圖6左3）。經(jīng)檢測(cè)，精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽冷凝水PH值9.45，總鐵含量0.644mg/L；化工廠總管蒸汽冷凝水PH值9.07，總鐵含量1.161mg/L。

▲圖6 化工廠蒸汽冷凝水總管水樣

2024年9月7日10點(diǎn)，從某化工廠蒸汽冷凝水總管處、精餾分場(chǎng)HE-24014處取蒸汽冷凝水樣存檔。2瓶水樣外觀濁度相比前一天水樣持續(xù)下降，精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽冷凝水外觀顏色變成純凈通透，瓶底無沉淀顆粒（見圖5左4），化工廠總管蒸汽冷凝水外觀顏色輕微泛紅（見圖6左4）。經(jīng)檢測(cè)，精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽冷凝水PH值9.52，總鐵含量0.061mg/L，精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽冷凝水全鐵指標(biāo)已達(dá)到直接回用標(biāo)準(zhǔn)（工業(yè)鍋爐給水鐵離子國(guó)標(biāo)＜0.3mg/L）；化工廠總管蒸汽冷凝水PH值9.26，總鐵含量0.711mg/L。

2024年9月8日10點(diǎn)，從某化工廠蒸汽冷凝水總管處、精餾分場(chǎng)HE-24014處取蒸汽冷凝水樣存檔。2瓶水樣外觀濁度顏色變成純凈通透，瓶底無沉淀顆粒（分別見圖5左5，圖6左5）。經(jīng)檢測(cè)，精餾分場(chǎng)HE-24014處蒸汽冷凝水PH值9.37，總鐵含量0.012mg/L；化工廠總管蒸汽冷凝水PH值9.12，總鐵含量0.016mg/L。兩處汽冷凝水全鐵指標(biāo)都已達(dá)到直接回用標(biāo)準(zhǔn)。

▲圖7 解決化工廠蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏問題蒸汽冷凝水水樣檢測(cè)

▲圖7 解決化工廠蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏問題蒸汽冷凝水水樣檢測(cè)數(shù)據(jù)

2024年9月8日14點(diǎn)，歷時(shí)五天，某化工廠正式回收蒸汽冷凝水。

六、總結(jié)

某化工廠使用BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法工藝不僅徹底解決了蒸汽冷凝水顏色發(fā)紅問題、蒸汽冷凝水鐵離子超標(biāo)問題，讓高溫蒸汽冷凝水直接回到鍋爐安全使用，還能大幅減少鍋爐排污量，節(jié)省大量水資源和能源，降低鍋爐設(shè)備運(yùn)行成本，還能解決鍋爐及蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏及換熱器腐蝕穿孔問題，清除了安全隱患，保障了鍋爐設(shè)備安全生產(chǎn)運(yùn)行。

化工廠蒸汽冷凝水管道腐蝕泄漏及換熱器腐蝕穿孔問題一招解決（顏輝）