章19 -冷凝系统腐蚀

• 腐蚀的铁
• 腐蚀的铜
• 铁和铜的pH值对腐蚀的影响
• 其他污染物的影响
• 冷凝系统的化学处理

在冷凝系统问题引起的铁和铜腐蚀不限于管道和设备损坏或损失的高质量的水和热能冷凝时丢失。如果返回到锅炉、腐蚀产物和处理化学物质腐蚀泄漏导致的形成破坏性的锅炉存款,锅炉移行,蒸汽驱动设备存款。他们的存在会降低系统的可靠性,增加操作和维护成本。

腐蚀的铁

铁在水中腐蚀即使没有氧气。铁氧化物表面就像一个汽车电池,与表面分为微观阳极(+)和阴极(-)。在冷凝系统、铁作为阳极氧化(即。,给了阴极电子)。纯水的阴极是一个质子或氢离子(H⁺)。当铁金属被氧化,电子传递从铁表面氢离子如下所示的反应。

氧化:

菲	«	菲2 +	+	2 e
铁		亚铁离子		电子

减少:

2 h+	+	2 e	«	H2
氢离子		电子		hydrogengas

总体:

菲	+	2 h+	«	菲2 +	+	H2
铁		氢离子		ferrousion		氢气

亚铁离子的命运(价)取决于冷凝温度、pH值、流条件。在低温下,铁^{2 +}与水反应生成不溶性氢氧化亚铁、铁(哦)₂。如果冷凝液流速度足够高,胶体铁(哦)₂扫到下游水和car-ried存款。低流量地区的冷凝系统、铁(哦)₂存款附近氧化,形成多孔氧化层。

在温度高于120°F沉积氢氧化亚铁进一步反应生成表面束缚磁铁矿(Fe₃O₄)晶体。

3 fe(哦)2	«	菲3O4	+	2 h2O	+	H2
氢氧化亚铁		磁铁矿		水		氢气

在更高的温度下(300°F)以上,铁^{2 +}自发形成磁铁矿在没有形成铁(哦)₂。这磁铁矿形式无孔的,紧密附着层的金属表面。

3铁2 +	+	4 h2O	«	菲3O4	+	4 h2
亚铁离子		水		磁铁矿		氢气

在大多数冷凝系统、两个或三个形式的氧化铁。在纯水中,紧密附着磁铁矿层形成,这是指示性的铁表面钝化。在没有污染的情况下,这种氧化层大大阻碍任何进一步的氧化反应。

氧腐蚀的铁

在氧气的存在,修改上述腐蚀过程。溶氧取代氢离子的还原反应。反应如下:

氧化:

菲	«	菲2 +	+	2 e
铁		亚铁离子		电子

减少:

O2	+	2 e	«	O2
氧气		电子		氧化物离子

总体:

菲	+	O2	+	2 h+	«	菲2 +	+	H2O
铁		氧气		氢离子		亚铁离子		水

这个反应更容易发生比铁和质子之间的直接反应。因此,腐蚀速率加速氧气的存在。

两种类型的腐蚀与氧气发生。第一,广义上的腐蚀金属表面,使金属的损失从整个表面。第二个,氧气凹陷(图之时价),导致一个高度金属的局部损失,在短时间内导致灾难性的失败。

氧气让始于弱点的铁氧化膜或在网站氧化膜受损。沿着金属表面而不是增长,腐蚀渗透到表面,有效地钻一个洞到金属(或通过)。

坑是活跃的只有在氧气的存在。有一个明显差别活跃的和不活跃的。一个活性氧坑包含黑色氧化在减少凹表面,而周边地区坑上面覆盖着红色的氧化铁。如果一个坑包含铁红,它不再是活跃。

氧气的来源。氧气通常直接吸收进入冷凝的空气。它还可以闪光的蒸汽当给水包含氧气。有效的机械通风和化学氧清除,但微量的氧气是消除从锅炉给水,所以这在大多数系统源并不重要。

在一个良好的系统设计,air-condensate接触最小化,以防止氧气吸收。冷凝收集槽可以与封面设计,减少空气接触和蒸汽加热盘管槽内提升冷凝温度,从而减少氧气溶解度。

在一定条件下,总氧冷凝物的污染可能是不可避免的。例如,从热身蒸汽冷凝设备只用间歇性不应该被保存。溶解氧攻击系统之间的缩合和除气加热器。这污染的冷凝水可以返回大量的腐蚀产物锅炉。

在大多数情况下,适当的给水除气,消除空气渗透到冷凝大幅度减少氧腐蚀。

腐蚀的铜

尽管在化学铜与铁,生成的氧化层的形式是非常不同的。铜和铁都是氧化氢离子和氧的存在和可以接受氧点蚀。

2铜	+	2 h+	«	2铜+	+	H2
铜		氢离子		亚铜离子		氢气

或者在碱性溶液:

2铜	+	H2O	«	铜2O	+	H2
铜		水		氧化亚铜		氢气

铁形式完整的氧化层。铜及其合金形成的氧化层是多孔和“漏”,允许水,氧气,铜离子移动的金属表面(图超越)。

运动的速度是由铜氧化膜厚度控制的。生长在氧化层厚度,铜氧化速率减缓。随着氧化层变厚,开始抛弃粒子外层的铜氧化物。由此产生的氧化层是一个动态系统多铁。可溶性铜离子和铜氧化物微粒也由正常的氧化过程。

铁和铜的pH值对腐蚀的影响

钝化铁或铜氧化层的稳定性是非常依赖于冷凝博士冷凝系统中的任何污染物导致pH值降低导致解散的氧化层和增加腐蚀。

二氧化碳(有限公司₂)下降的主要原因是二氧化碳冷凝博士进入系统与空气泄漏到冷凝器或分解的给水碱度。虽然给水碱度的一部分是通过适当的除气加热器操作,大部分被转换为有限公司₂在锅炉和释放到蒸汽。

在锅炉中,二氧化碳是解放表示如下反应:

2 nahco3	+	热	«	Na2有限公司3	+	有限公司2	+	H2O
碳酸氢钠				碳酸钠		二氧化碳		水

Na2有限公司3	+	H2O	+	热	«	2氢氧化钠	+	有限公司2
碳酸钠		水				氢氧化钠		碳 二氧化碳

继续完成第一反应而第二个(大约)只有80%完成。0.79 ppm的净结果是释放的二氧化碳每百万的碳酸氢钠CaCO每个部分₃和0.35 ppm的二氧化碳每百万的碳酸钠CaCO每个部分₃。

蒸汽冷凝,水和二氧化碳dis-solves压低了pH值通过增加氢离子浓度如以下所示反应序列:

有限公司2	+	H2O	«	H2有限公司3
二氧化碳		水		碳酸

H2有限公司3	«	H+	+	HCO3
碳酸		氢离子		碳酸氢盐离子

HCO3	«	H+	+	有限公司32
碳酸氢盐离子		氢离子		碳酸根离子

碳酸促进铁腐蚀反应通过提供一个反应物,H +。全面的反应是:

2 h+	+	2 hco3	+	菲	«	铁(HCO3)2	+	H2
氢离子		碳酸氢盐离子		铁		重碳酸亚铁		氢

低pH值会导致广义的金属损失而不是局部点蚀引起的氧腐蚀。管道壁变薄,尤其是在管道的底部。这薄经常导致失败,特别是在螺纹部分(图19-3)。

为了减少低pH-induced冷凝系统腐蚀,有必要降低冷凝液的酸性污染物的浓度。给水碱度可以减少通过各种外部治疗方法。更少的给水碱度意味着更少的二氧化碳蒸汽和冷凝。发泄凝结在某些点也可以有效地去除二氧化碳。

其他污染物的影响

冷凝系统中其他污染物会影响腐蚀速率的铁和铜即使pH值正确维护。通过络合和溶解铁和铜氧化物,污染物如氯、硫醚,乙酸,氨(铜)可以溶解氧化层的一部分或全部。

氨是最常见的污染物,通常出现在低浓度。氨污染通常是由含氮的分解有机污染物,联氨或胺治疗的化学物质。有时候,氨是美联储控制冷凝博士在这些系统中,氨饲料利率必须仔细地控制最小化任何含铜合金(图19-4)的攻击。

冷凝系统的化学处理

冷凝系统可以化学处理减少金属腐蚀。处理化学物质包括中和胺、胺拍摄和氧气scavenger-metal钝化剂。

中和胺

中和胺用于中和酸(H⁺溶解的二氧化碳产生的)或其他酸性污染物在冷凝过程。这些胺水解时加入水和生成氢氧根离子中和所需:

R-NH2	+	H2O	«	R-NH3+	+	哦
中和胺		水		胺离子		氢氧根离子

可以编写整个中和反应如图所示:

R-NH3+	+	哦	+	H2有限公司3	«	R-NH3+	+	HCO3	+	H2O
胺离子		氢氧根离子		碳酸		amminium离子		碳酸氢盐离子		水

通过调节中和胺饲料率,冷凝液的pH值可以提升所需的范围内(例如,8.8 - -9.2混合铜铁冷凝系统)。

使用多胺冷凝酸中和pH值和高度。胺的能力有效地保护系统取决于中和能力,回收率和恢复率,碱度,分配比,热稳定性的特殊的胺。

中和能力。中和能力是中和酸性污染物的浓度由给定胺的浓度。的中和能力胺分子量(即成反比。,低分子量收益率更高的中和能力)和直接与胺组的数量成正比。中和能力是重要的治疗和高碱性给水系统。表之时价提供了测量普遍采用胺的中和能力。中和能力并不是唯一衡量所需产品的进给速率。

表之时价。相对中和能力

胺	ppm中和 胺/ ppm有限公司2
环己胺	2.3
吗啉	2.0
Diethylaminoethanol	2.6
Dimethlyisopropanolamine	2.3

回收率和恢复率。在确定产品提要利率,回收和采收率是重要的因素。在图19-5中,回收的因素是胺的浓度点x除以胺饲料率点z。因为一些胺与冷凝液返回,系统中的总胺量大于美联储。复苏比率衡量的是胺的量与冷凝液返回。它计算site y胺浓度除以胺con-centration现场z。

碱度。胺的能力提高pH中和后所有的酸物种称为“碱性”。In chemical terms, it is a measure of an amine's ability to hydrolyze in pure water. The dissociation constant Kb is a common measure of basicity.

Kb=	[R-NH3+)(哦)
	[R-NH2]

随着Kb的价值增加,形成更多的哦(所有的酸中和后)和pH值增加。

中和胺Kb值在不同温度下的例子提供了超越那个表。

表超越。相对碱度

	相对碱度 KbX 106
胺	72°F	298°F	338°F
环己胺	489年	61年	32
吗啉	3.4	4.9	3.8
Diethylaminoethanol	68年	11.3	9.2
Dimethlyisopropanolamine	20.6	6.9	4.6

胺蒸汽和液体之间的分布。在冷凝系统中,胺蒸汽和液体阶段之间的分布碱度或中和能力一样重要。蒸汽凝结,酸性污染物可以保留在蒸汽或溶解在液相。一些污染物,如二氧化碳,而其他主要停留在蒸汽阶段,如盐酸、主要进入液相。

中和胺必须选择根据他们的“追逐”酸性污染物分布特征。这样的选择必须根据冷凝系统和过程的污染物。

例如,吗啉是一种胺主要分配到液相。如果这个胺入一个有限公司₂拉登与连续三冷凝蒸汽系统网站,它将在第一个冷凝进入液相的网站虽然大多数的二氧化碳蒸汽。高浓度的吗啉,液相高博士在下次凝结网站,吗啉的浓度较低,所以冷凝液的pH值较低。在最后凝结网站,剩下的蒸汽被冷凝,吗啉是不多了但是大多数有限公司₂仍然存在。高有限公司₂浓度降低了pH值,促进酸性金属氧化物层的攻击。

胺更可能分配到蒸汽,如环己胺,上面描述的系统是一个更好的选择。然而,胺高倾向分发到蒸汽并不总是最好的选择。

例如,如果环己胺用于第二个连续两个冷凝冷凝系统网站有醋酸作为污染物,大部分的醋酸在第一个冷凝进入液相的网站,虽然大多数的环己胺仍在蒸汽。这导致低pH值在第一冷凝液相。在第二个网站,总发生冷凝,pH值高。morpholine-cyclohexylamine混合是一个更好的选择对于这个系统。

在实践中,最好的保护是由混合含有多种胺不同蒸汽/液体分布。

比较相对蒸汽/胺液体分布,分布比例(博士)是传统。胺的分布比例是:

博士=	在气相胺
	胺的液相

胺和一个博士大于1.0生产更高浓度的胺汽相的液相。相反,胺的分布比率小于1.0产生液相中的胺浓度高于气相。

分布比例不正确的物理常数,但压力(图19胜6败)和pH值的函数。冷凝温度和pH值的影响的网站也必须加以考虑。在一个复杂的冷凝系统、化学物质的分布不同冷凝网站是很难估计的,而无需使用计算机建模方案专门为这个目的设计的。

热稳定性。所有有机化合物暴露于高温、碱性水环境最终在某种程度上降低。大多数胺最终降低二氧化碳和/或醋酸和氨。不同的胺所需的时间有很大的差异。最稳定的胺常用吗啉和环己胺。这些仍然明显完好无损压力2500 psig。

数量。中和胺所需的数量取决于二氧化碳冷凝的内容在特定的位置和程度的腐蚀保护。实现完全中和如果冷凝液的pH值在8.3以上系统的所有部分。从实用的角度来看,有必要建立一个pH值控制范围,提供所需的保护最关键的系统组件。

保护的程度可以通过各种方式进行监视。腐蚀试样安装在绕过架,腐蚀产物分析,腐蚀速率米,亚微米腐蚀产品过滤一些有效的监测工具,可以使用。

碳酸氢胺在除气器的行为影响胺系统的要求。尽管他们是溶于大多数情况下,凝析油胺碳酸氢盐保持联系。在理想情况下,碳酸氢胺进入除氧器分解与后续向大气中排放的二氧化碳和胺的再循环回锅炉。实际行为涉及一些胺添加剂和再循环的二氧化碳。失去了胺二氧化碳和留存的数量是一个函数的碳酸氢胺除气器的稳定。

拍摄胺

另一种控制冷凝系统腐蚀的方法是使用化学物质,在金属表面形成保护膜(图晚了)。这种方法已经开始广泛使用合适的产品含有长链含氮材料的发展。

拍摄胺防止氧气和二氧化碳腐蚀氧化取代宽松规模在金属表面与胺薄膜屏障。期间的初始膜的形成,旧的、松散附着腐蚀产品从金属表面由于表面活性剂胺的属性。氧化物的金属清洗,通常非常紧密,可以建立在很长一段时间。过度最初拍摄胺治疗,延误治疗或治疗不当冷凝系统可以导致大量氧化铁被砍掉了,堵陷阱和返回线。因此,旧系统的治疗必须逐渐增加。

污染物存在于冷凝时,拍摄胺倾向于存款形式通过与多价离子反应,如硫酸、硬度和铁。吃得太多的拍摄胺和过度氧污染还可以为矿床的形成做出贡献。最大效率,拍摄胺应美联储直接蒸汽联箱。

提出了在制定拍摄胺治疗。连续拍摄胺包含一个成分,如十八胺是有效的,但往往无法覆盖整个系统,可以产生污染。乳化剂,在某些情况下,少量的中和胺可以添加到通过提供更多的提高电影发行统一的报道。这增加系统保护和减少污染的潜力。应用经验表明,结合胺(拍摄和中和胺分散剂艾滋病)提供一个优越的电影债券,减少存款问题,提供更好的系统覆盖,从而提供更完整和经济防腐(图19-8)。

拍摄的饲料胺通常是根据蒸汽吞吐。不同级别的治疗是必需的,这取决于特定的混合使用。在中和胺的情况下,各种方法用于监测治疗的有效性,包括腐蚀试样安装在绕过优惠券架(图波)、铁分析、腐蚀速率米,亚微米腐蚀产品过滤。

氧清除和金属钝化

氧气入侵冷凝系统腐蚀的铁和含铜的组件可以通过适当的pH值控制和克服的注入氧清除剂。

一个重要的要考虑的因素在选择的除氧剂冷凝治疗与氧气的反应温度和pH值的系统。拾荒者,可去除氧迅速冷凝冶金提供了最好的保护。对苯二酚对大多数系统已被证明是特别有效。

像中和胺、蒸汽/液体分配每个拾荒者都有一个独特的温度依赖性。一些食腐动物,如抗坏血酸和联氨,有一个非常低的波动。因此,有必要给他们接近问题区域。这方面的一个例子注入肼的排气涡轮保护电容器。其他的食腐动物,如对苯二酚、相对稳定,可以上游的问题区域。

使用中和胺结合氧清除剂/金属钝化剂改善腐蚀控制在两个方面。首先,因为任何酸性物种现在中和pH值增加,凝结成为腐蚀性较小。其次,大多数除氧剂/钝化剂反应更快速维护的胺在碱性条件比在低pH值。由于这些原因,这种联合治疗获得广泛接受,尤其是治疗冷凝系统受到氧气。