锅炉软水的酸碱度对蒸汽的影响

我国现行的《工业锅炉水质》(GB1576—2008)（《低压锅炉水质标准》(GB1576—2001)已于2009年3月1日作废）中对软化水的pH值做了规定：（1）自然循环锅炉，蒸汽压力小于等于2.5MPa的，软化水pH值应为7.0-9.0，蒸汽压力大于2.5MPa，小于3.8MPa的，软化水pH值应为7.5-9.0。（2）贯流锅炉给水pH值应为7.0-9.0，直流锅炉给水pH值应为10.0-12.0， 从实际运行来说，锅水pH值对锅炉和蒸汽品质的影响更大（直流锅炉给水影响大），锅水pH值低会造成锅炉的腐蚀，太高容易产生雾沫夹带，使蒸汽带水、带盐。所以，应通过控制给水pH值和加强排污来综合控制锅水pH值。 减低蒸汽含水量的方法很多，增加旋风分离器、孔板分离器等汽水分离装置，适当降低汽包的运行水位以增加汽水分离空间等都可以起到降低蒸汽含水量的作用，但具体的实施方法还有看实际情况而定。

锅炉是生产蒸汽和热水的设备，锅炉用水的水质对锅炉的安全运行和效率有很大的影响，因此，对锅炉用水的水质及水质管理提出一定的要求，把处理后合格的水用作锅炉给水，使锅炉得以安全经济运行。而pH值就是一个重要的指标，它的变化直接影响到锅炉设备的安全经济运行。�
我国现行的《低压锅炉水质标准(GB1576—2001)》中规定：蒸汽锅炉或热水锅炉采用锅内加药水处理或锅外化学水处理时的水质标准pH(25℃)均为给水大于7，锅水10～12。在锅炉正常运行条件下，由于锅水不断蒸发浓缩和某些盐类的分解，锅水的pH值比给水高，这时在金属表面就能形成一层致密的Fe3O4保护膜，这对锅炉表面的防腐十分有利，因此规定锅水pH值在10～12之间，保证锅炉安全运行。但由于各种因素的影响造成锅炉炉水的pH值偏高或偏低，这给锅炉设备的安全运行造成危害，必须加以防范，避免发生事故。�
锅炉炉水pH值偏低的原因及危害一般锅炉用水使用的是城市管网的供水系统，我国《城市供水水质标准》(CJ/T206—2005)规定pH值为6.5～8.5。城市供水水质在处理和传送过程受pH值的影响较大，同时，地表水的pH值随着季节的变化和外界污染的影响，也在变化。二氧化碳是一种易溶于水的气体，天然水特别是地下水中，通常含有一定量的二氧化碳。在水的软化及降碱过程中，常常会产生游离的二氧化碳，含量一般大于20mg/L。对于中高压以上的锅炉，为防止给水系统腐蚀，应维持给水的pH值在8.0以上，最好在9.0～9.2。由于净水工艺的连续性和相关性，以及考虑投资成本，不可能满足各种用水设备的要求。在进行锅炉补给水的离子交换处理时，水的pH
值不会有变化，进入锅炉内的补给水偏酸性。
另外，离子交换树脂的碎片等有机物，进入锅炉后，在炉内高温高压下分解形成无机强酸和低分子有机酸；某些物质随给水带入锅内，它们在锅内分解、降解或水解也会产生酸性物质，使炉水的pH值下降。当锅水pH值小于7，水中有游离二氧化碳存在时，就会同相接触的金属发生以二氧化碳为去极剂的电化学腐蚀。给水不除氧除气，给水回水管路系统就会产生这种酸腐蚀。其总的反应为：�
Fe+2H2O+2CO2═Fe(HCO3)2+H2↑ �
反应生成物重碳酸亚铁［Fe(HCO3)2］ ，系氢氧化亚铁与二氧化碳化合而成，易溶于水，不易在金属表面形成保护膜，所以二氧化碳引起的酸腐蚀是均匀腐蚀，使金属表面形成结构壁面均匀减薄。�锅炉给水中含有各种碳酸化合物，其阴离子形成为CO32-�和HCO3-，在锅炉内这些碳酸化合物会受热分解，生成大量的二氧化碳气体，混入蒸汽内流向用汽设备及凝气设备。当蒸汽凝结时，这些二氧化碳气体随着溶解到凝结水中，使凝结水的pH值降低，呈酸性，在回水管路系统产生酸腐蚀。反应如下：�
2NaHCO3═CO2+H2O+Na2CO3�
Na2CO3+H2O═CO2↑+2NaOH�
CO2+H2O═H++HCO3-�
当水中同时溶解有氧气和二氧化碳时，由于这两种腐蚀因素互相影响，会使金属腐蚀速度明显增加，腐蚀后果更为严重。给水系统、回水系统及疏水系统都会发生氧气和二氧化碳同时起作用的腐蚀。�
防止措施�
1、去除锅炉给水中的游离CO2。锅炉给水中的游离CO2主要来源于锅炉补给水中，工业锅炉一般采用软化系统，对于大型工业蒸汽锅炉房的补给水处理会采取氢—钠系统，除盐系统在工业锅炉房基本上没有应用。若水处理采用氢—钠系统，系统中的除碳器会除去大部分的CO2，其含量小于5mg/L�；若水处理采用单钠软化系统，补给水的CO2含量比较高，一般大于20mg/L 。补给水的游离CO�2随锅炉给水进入除氧器内，若采用热力除氧器(大气式热力除氧器或真空热力除氧器)会在除去O2的同时除去CO�2气体，所以说补给水的游离CO2在除氧方式合适的前提下是不会带入锅炉的。�
2、减少炉内碳酸盐类受热分解产生的CO2。减少炉内碳酸盐类受热分解产生的CO2主要途径是减少炉内碳酸盐类的NaHCO�3的量，也就是控制好锅炉炉水的碱度。《工业锅炉水质》(GB1576—2001)对锅炉炉水碱度有明确的规定，锅炉额定压力≤1.0MPa时，锅水总碱度在6～26mmol/L；当1.0MPa<锅炉额定压力≤1.6MPa 时，锅水总碱度在无过热器时为6～24mmol/L；有过热器时≤14mmol/L；当1.6MPa< 锅炉额定压力≤2.5MPa 时，锅水总碱度在无过热器时为6～16mmol/L；有过热器时≤12mmol/L。�
锅炉炉内碳酸盐类的来源也是补给水，控制好锅炉炉水碱度主要要控制好补给水的碱度和锅炉排污率。单钠软化水系统，补给水的碱度就是原水的碱度，在运行中无法控制，只能通过控制锅炉排污率来控制炉水碱度，这样会造成水量和热量的浪费。对于大型工业蒸汽锅炉房的补给水处理尽量采用氢钠软化除碱系统，采用氢钠软化除碱系统不仅能很好控制碱度，还可以减少排污率，节约资源。�
3、在蒸汽中加药消耗CO2。锅炉给水中游离CO2是可以采取措施消除的，炉内碳酸盐分解产生的CO2只能减少，无法消除，所以蒸汽中总是含有CO2 。对于蒸汽中的CO2气体可以通过加药的方式来解决，蒸汽中所加的药主要有NH4OH(氨水)、中和胺和膜胺。�
锅炉炉水pH值偏高的原因及危害�
原水中的碱度通常以暂硬［Ca(HCO3)2，Mg(HCO3)2］及钠碱(NaHCO3)］的形式存在。在进行钠离子交换软化时，暂硬碱度也转化为钠碱度，钠离子交换后，以 me/L计的软化水碱度与原水相同，由于钙的当量(20)和镁的当量(12)，均小于钠的当量(23)，所以若以mg/L计算，钠离子交换转化后水的碱度要适当增加。原水及软化水中的碱度如不太高，进入锅炉后对锅炉运行一般是有利的。但当原水及软化水中碱度较高时，在锅内一定温度和压力作用下，NaHCO3 转化为Na2CO3 ，锅水中的碳酸钠(Na2CO3)在锅内总是有一部分要发生水解反应变成氢氧化钠(NaOH)，其反应式如下：�
NaHCO3═Na2CO3+H2O�
Na2CO3+H2O═2NaOH+CO2↑�
由于蒸发浓缩，使得锅水碱度及相对碱度过高，会造成汽水共腾，苛性脆化等严重后果，不仅降低供汽质量，也危及设备安全。其水解程度与锅水温度有关，而锅水温度的高低取决于锅炉的压力，因此，碳酸钠的水解率与锅炉压力有直接关系。锅炉压力越高，碳酸钠水解率愈大，即意味着锅水的碱性越强，游离氢氧化钠越多，锅水也就越容易起泡沫，同时也增加了产生碱性腐蚀的几率。�
在一般正常运行情况下，锅水的pH值保持在10～12时，在金属表面上形成一层致密的Fe3O4保护膜比较稳定，所以不会发生腐蚀现象。当锅水中pH>13，NaOH的含量浓缩到5％，即使温度在310℃的条件下，保护膜也将会遭到破坏被溶解而生成铁盐。反应如下：�
Fe3O4+4NaOH═2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O�
另一方面，膜被溶解后，金属表面爆露在高温炉水中，与NaOH直接反应：�
Fe+2NaOH=Na2FeO2+H2↑�
其NaFeO2产物在pH值高的水中是可溶生的，所以随pH值增高，碱性腐蚀速度迅速增大。
同时，当锅内产生磷酸盐的暂时消失现象时，炉管管壁上会产生磷酸氢盐的沉积物，其化学组成与锅水中的磷酸盐组分有关。在进行普通的Na3PO4处理时，从溶液中析出的沉积物为Na2.85H0.15PO4并产生了游离的NaOH ，也会造成碱性腐蚀。其化学式为：�
Na3PO4+0.15H2O═Na2.85H0.15PO4↓+0.15HaOH�
这就是普通磷酸盐处理的主要缺点。�
防止措施为了防止锅水碱度过高，通常是用调整锅炉排污的方法来实现的。�
如果在进行Na3PO4处理的同时，再加入一定量的Na2HPO4，它可与游离的NaOH发生反应：�
Na2HPO4+NaOH═Na3PO4+H2O�
0.15NaOH+0.15Na2HPO4═0.15Na3PO4+0.15H2O�
由以上两式可得：�
0.85Na3PO4+0.15Na2HPO4═Na2.85H0.15PO4↓�
上式反应说明，只要控制锅水中含有一定量的NaHPO4，就可防止产生游离的NaOH，避免碱性腐蚀。为了适当地控制NaHPO4和Na3PO4的加药量，可控制的Na/PO4比值，叫做磷酸盐中的钠离子和磷酸盐中的磷酸根离子的摩尔比，以R表示。实践证明，R在2.85～2.2之间，就能保证不会发生锅水pH值低所引起的金属腐蚀，还使锅水中无游离氢氧化钠(NaOH)，因而不会发生炉管的碱性腐蚀。�
结论在装置正常运行，补给水pH值正常的情况下，由于锅炉炉水浓缩，炉水pH值应在规定要求的范围内。�
影响锅炉炉水pH值的因素很多，应定时检测，以便及时做出判断，采取相应的措施，保证锅炉安生经济运行。