利用絡(luò)合劑提高碳鋼耐蝕性的應(yīng)用

陳曉錕，李啟平，郭新良

(1.云南省電力投資有限公司，昆明 650011；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

利用絡(luò)合劑提高碳鋼耐蝕性的應(yīng)用

陳曉錕1，李啟平1，郭新良2

(1.云南省電力投資有限公司，昆明 650011；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

介紹了利用EDTA的絡(luò)合特性，除去鍋爐受熱面金屬腐蝕產(chǎn)物并生成氨羧絡(luò)合鐵鹽，高溫下此氨羧絡(luò)合鐵鹽分解并在金屬表面形成保護(hù)膜的工作原理、實(shí)施工藝流程。通過此工藝實(shí)施，可達(dá)到改善機(jī)組啟動(dòng)期間汽水品質(zhì)、使金屬表面潔凈并使碳鋼的耐腐蝕性能明顯提高的目的。

EDTA；氨羧絡(luò)合鐵鹽；耐蝕性

0 前言

利用EDTA絡(luò)合除去金屬表面鐵的氧化物形成氨羧絡(luò)合鐵鹽、形成的絡(luò)合鐵鹽在高溫下分解并在金屬表面形成耐蝕膜的這一特性，使金屬表面清潔并形成保護(hù)膜的一種水處理技術(shù)。在鍋爐啟動(dòng)初期，通過實(shí)施爐內(nèi)EDTA處理，可除去受熱管金屬內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物，避免腐蝕產(chǎn)物由于高溫作用發(fā)生二次 “轉(zhuǎn)型”并在受熱管內(nèi)部局部區(qū)域形成較松軟的鐵垢，從而改善機(jī)組啟動(dòng)期間汽水品質(zhì)，并提高鍋爐傳熱效果和碳鋼耐蝕性能。

1 EDTA處理工作原理

EDTA是一種絡(luò)合劑，EDTA與鐵絡(luò)合時(shí)，表現(xiàn)為優(yōu)先絡(luò)合鐵的氧化物，金屬次之。某些金屬離子與EDTA的絡(luò)合常數(shù)如下表1。

表1 某些金屬離子與EDTA的絡(luò)合常數(shù)

金屬離子與EDTA的絡(luò)合常數(shù)越大，EDTA越易與其反應(yīng)，形成的絡(luò)合物也越穩(wěn)定。因此，EDTA與金屬離子的絡(luò)合，表現(xiàn)為優(yōu)先絡(luò)合Fe3+，其次是Cu2+、Fe2+、Ca2+。EDTA-2Na與EDTA和金屬離子的絡(luò)合順序、形成絡(luò)合物的穩(wěn)定性相同。此絡(luò)合順序和形成絡(luò)合物的穩(wěn)定特性是爐內(nèi)EDTA處理的化學(xué)基礎(chǔ)。

溶液中物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)速度與溫度關(guān)系很大。通常情況下，化學(xué)反應(yīng)速度都隨著溫度的升高而提高。如果反應(yīng)物的濃度恒定，溫度每升高1℃，反應(yīng)速度會(huì)提高2～3倍。但是，爐內(nèi)EDTA處理時(shí)，不可能通過無限制提高溶液溫度來提高反應(yīng)速度，主要原因是當(dāng)溶液溫度升至150℃時(shí)，EDTA開始熱分解，且溫度越高、分解速度越快。因此，爐內(nèi)EDTA處理時(shí)，應(yīng)綜合考慮反應(yīng)速度與熱分解溫度二者之間的關(guān)系。適宜的爐水控制溫度宜為130～150℃，在此溫度下EDTA與金屬離子的絡(luò)合效果最好，且形成的絡(luò)合物均為氨羧絡(luò)合鐵鹽[1]。

當(dāng)溶液溫度升高至180℃以上時(shí)，游離EDTA的濃度急劇降低，至250℃高溫時(shí)分解完畢。在該溫度下，溶液中的氨羧絡(luò)合鐵鹽也開始分解，在受熱面表面形成均勻、牢固、致密的磁性氧化鐵Fe3O4和γ-Fe2O3保護(hù)膜層，溫度越高，分解越快且越徹底，形成的耐蝕膜保護(hù)效果越好。氨羧絡(luò)合鐵鹽分解時(shí)，液相中有甲醛、乙烯二胺、亞氨基二代二乙酸等，氣相中有氫、甲烷和二氧化碳，高溫中尚未分解的絡(luò)合物和絡(luò)合物分解后殘留在水中的二次絡(luò)合物都是易溶性的絡(luò)合物，這些絡(luò)合物很穩(wěn)定，可隨鍋爐排污排出。

爐內(nèi)EDTA處理技術(shù)，就是利用EDTA的以上特性，先將爐水中鐵氧化物絡(luò)合形成氨羧絡(luò)合鐵鹽，以具備生成磁性氧化鐵膜層的 “物質(zhì)”條件。在250℃以上高溫時(shí) (最好在270℃以上)，氨羧絡(luò)合鐵鹽分解，使?fàn)t水的鐵含量迅速下降，爐水澄清，汽水品質(zhì)得到明顯改善，同時(shí)在水冷壁表面形成均勻、牢固、致密的磁性氧化鐵Fe3O4和γ-Fe2O3膜層。這種膜層，使碳鋼的耐腐蝕性能明顯提高，可達(dá)到奧氏體不銹鋼水平。

2 實(shí)施工藝流程

2.1 工藝流程

爐內(nèi)EDTA處理實(shí)施工藝流程為：鍋爐水沖洗→配制EDTA藥液→系統(tǒng)內(nèi)注藥→第一階段處理→第二階段處理→機(jī)組正常運(yùn)行。

2.2 實(shí)施工藝

2.2.1 鍋爐水沖洗

爐內(nèi)EDTA處理可有效去除金屬表面的沉積物，但并非可以替代火電機(jī)組正常啟動(dòng)期間的水沖洗步序。在實(shí)施EDTA處理前，仍應(yīng)先進(jìn)行爐前系統(tǒng)和鍋爐省煤器、水冷壁的冷態(tài)或熱態(tài)水沖洗，主要原因是爐前系統(tǒng)包括高壓加熱器、低壓加熱器及其連接管道等并不參與爐內(nèi)EDTA處理，爐前系統(tǒng)的水沖洗是為了防止?fàn)t前系統(tǒng)的臟物在爐內(nèi)EDTA處理結(jié)束后機(jī)組投入正常投運(yùn)后，被帶入爐內(nèi)而影響整個(gè)系統(tǒng)的潔凈程度。

水沖洗階段主要控制沖洗排水水質(zhì)基本澄清、無機(jī)械雜質(zhì)為止。

2.2.2 配制EDTA藥液

水沖洗結(jié)束后，將系統(tǒng)內(nèi)水排干，開始配EDTA藥液。考慮到EDTA各取代鹽的溶解性能及膜層的質(zhì)量，應(yīng)選用EDTA的一、二取代鹽，最好用二取代鹽，但不能選用三、四取代鹽。藥液用除鹽水配制，不需要進(jìn)行任何化學(xué)加藥調(diào)節(jié)，EDTA濃度宜控制在500～3 000 mg/L。

配制完成后，注入省煤器和水冷壁系統(tǒng)，至汽包點(diǎn)火水位。

2.2.3 第一階段處理

鍋爐點(diǎn)火，按正常程序進(jìn)行升溫升壓。當(dāng)汽包壓力升至0.3 MPa(對(duì)應(yīng)爐水溫度約為133℃)時(shí)，在該壓力下穩(wěn)壓運(yùn)行2～4小時(shí)。

此階段，由于鐵轉(zhuǎn)移進(jìn)入溶液和形成氨羧絡(luò)合鐵鹽進(jìn)行得很強(qiáng)烈，破壞了管壁上沉積物的完整性。因此在此階段也即爐管內(nèi)壁沉積物去除階段，不僅氨羧絡(luò)合鐵鹽，而且膠體和懸浮微粒形成的氧化鐵也轉(zhuǎn)入水中，引起爐水明顯變渾。當(dāng)出現(xiàn)游離EDTA濃度低于30 mg/L時(shí)，則必需補(bǔ)加藥劑，以確保管內(nèi)壁表面氧化物被充分絡(luò)合并清除干凈。對(duì)于很臟污的受熱面，可能需要多次加藥，在這種情況下，應(yīng)當(dāng)完全換水，并且重新開始處理。

2.2.4 第二階段處理

第一階段處理結(jié)束后，鍋爐按正常程序繼續(xù)升壓，直至帶滿負(fù)荷。升溫升壓前期適當(dāng)打開汽包對(duì)空排汽門，以排除氨羧絡(luò)合劑和氨羧絡(luò)合鐵鹽的氣相分解產(chǎn)物，消除對(duì)后續(xù)如過熱器等熱力系統(tǒng)和設(shè)備的影響。

此階段，溶液中游離氨羧絡(luò)合劑的濃度不斷降低，而且比第一階段中更強(qiáng)烈。這與在溫度升高時(shí)鐵更強(qiáng)烈的絡(luò)合，以及氨羧絡(luò)合劑和氨羧絡(luò)合鹽開始并越來越徹底的熱分解過程有關(guān)。當(dāng)溫度升至275℃時(shí)，溶液中已沒有游離氨羧絡(luò)合劑，氨羧絡(luò)合鐵鹽在受熱面上繼續(xù)分解，而且熱負(fù)荷越高分解越強(qiáng)烈。結(jié)果，在金屬表面上留下比清洗沉積物多得多-最主要是牢固得多的磁性氧化鐵層。

在升壓過程中，如果爐水外觀較為混濁、發(fā)黑，說明雜質(zhì)或金屬氧化物較多，在升壓過程中加強(qiáng)鍋爐定期排污和連續(xù)排污，以改善爐水外觀和含鐵量。

2.2.5 機(jī)組正常運(yùn)行

鍋爐帶滿負(fù)荷1小時(shí)后，EDTA處理結(jié)束。機(jī)組按正常的運(yùn)行程序進(jìn)行操作，化學(xué)開始正常投用加藥系統(tǒng)、汽水取樣系統(tǒng)和化學(xué)在線儀表系統(tǒng)，并按照相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正常的水汽品質(zhì)調(diào)整控制。帶凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的機(jī)組，此時(shí)可投入凝結(jié)水精處理運(yùn)行。

3 結(jié)束語

爐內(nèi)EDTA處理作為一種爐內(nèi)水工況調(diào)節(jié)技術(shù)，在機(jī)組啟動(dòng)階段實(shí)施可明顯改善鍋爐啟動(dòng)期間和啟動(dòng)后的汽水品質(zhì)，除去受熱面金屬腐蝕產(chǎn)物并在金屬表面形成耐蝕膜，其優(yōu)勢(shì)非常明顯。但應(yīng)用須綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件、開機(jī)時(shí)間等因素，同時(shí)應(yīng)評(píng)估存在的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)后續(xù)系統(tǒng)污染風(fēng)險(xiǎn)，考慮是否實(shí)施爐內(nèi)EDTA處理。在鍋爐受熱面內(nèi)部結(jié)垢量較大和達(dá)到鍋爐化學(xué)清洗年限的情況下，爐內(nèi)EDTA處理不能替代傳統(tǒng)的鍋爐化學(xué)清洗。雖然二者在除垢階段的控制溫度相近，但實(shí)施的目的不同，實(shí)施工藝要求的EDTA藥品濃度、循環(huán)時(shí)間、管內(nèi)流速等關(guān)鍵控制參數(shù)上也存在較大差異，實(shí)施效果就會(huì)明顯不同。因此，爐內(nèi)EDTA處理是用于化學(xué)清洗目的的發(fā)展和作為爐內(nèi)水工況的一種調(diào)節(jié)技術(shù)。

[1] 陳穎敏，左俊利，王亞慧.保定電廠協(xié)調(diào)EDTA鍋爐化學(xué)清洗探析 [J].鍋爐技術(shù)，39(3)：57-59.

Application on Corrosion Resistance Improvement of Carbon Steel by Furnace EDTA Handling

CHEN Xiaokun1，LI Qiping1，GUO Xinliang2
(1.Yunnan Provincial Power Investment Co.，Ltd.，Kunming 650011，China；2.Yunnan Electric Power Research Institute，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Kunming 650217，China)

This article introduces mechanism and process of an iron salt coordinated with amine and carboxyl，which is generated by employing of EDTA to react with metal corrosion products on the heating surface of boiler，decomposes at high temperature to form a protective film on the surface of metal.By using this process will improve the qualities of water and gas in the boiler unit at the period of starting the unit，which leads to the objective of cleaning the surface and enhancing corrosion resistance of carbon metal.

EDTA；iron salt coordinated with amine and carboxyl；corrosion resistance

TG4

B

1006-7345(2015)06-0004-03

陳曉錕 (1972)，男，工程師，云南省電力投資有限公司，從事電廠生產(chǎn)安全及經(jīng)營(yíng)管理工作 (e-mail)412484629＠qq.com。

李啟平 (1973)，男，助理工程師，云南省電力投資有限公司，從事電廠生產(chǎn)管理工作 (e-mail)516230566＠qq.com。

郭新良 (1971)，男，碩士，高級(jí)工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，從事電廠及電網(wǎng)化學(xué)研究工作 (email)330965365＠qq.com。