化工厂蒸汽冷凝水管道腐蚀泄漏及换热器腐蚀穿孔问题一招解决

化工厂蒸汽冷凝水管道腐蚀泄漏及换热器腐蚀穿孔问题一招解决

摘要：本文针对某化工厂蒸汽冷凝水管道腐蚀泄漏及换热器腐蚀穿孔问题，从蒸汽及冷凝水系统设备和管道在工业过程中的工作环境，介绍了蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀的机理，分析了化工厂蒸汽冷凝水系统腐蚀形成的表象和原因，并附录了针对性的采用BF凝水除铁缓蚀剂成膜法彻底解决蒸汽冷凝水管道腐蚀泄漏及换热器腐蚀穿孔问题过程和方法以供参考。

关键词：凝水管道穿孔；换热器泄漏； 腐蚀机理； 凝水管道腐蚀；换热器腐蚀；凝水铁超标；蒸汽冷凝水管道漏点

蒸汽冷凝水非常纯净、几乎无硬度，潜热高，直接回用锅炉，不仅能提升锅水浓缩倍率，降低锅炉排污量，改善锅炉工况，节省大量水资源和燃料能源，还能提升整个系统设备的经济效益与环境效益。然而，工业蒸汽在输送使用过程中通常含有较多的氧、二氧化碳等腐蚀气体杂质，导致蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀。蒸汽及冷凝水中氧、二氧化碳等腐蚀气体杂质有的来自锅炉给水携带，或者源自除氧器除氧效率波动及设备管理水平，亦或者在输送使用过程中溶入蒸汽或冷凝水中。蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀不仅造成经济损失，还成为威胁整个系统设备安全生产运行的隐患。

一、概况

某化工厂生产装置换热器材质主要为碳钢，部分为不锈钢，凝水在不同装置区回收过程中PH值偏低，大多呈弱酸性，少部分呈中性，汇到总管后凝水呈弱酸性PH值6.19，凝水颜色外观为铁红色总铁含量3.374mg/L。在设备检修过程中发现换热器的气相空间出现了不少黄褐色的鼓包腐蚀点，剥开黄褐色腐蚀点鼓包，下面出现深浅不一的腐蚀坑，较深的腐蚀坑有穿孔泄漏的隐患。

2022年化工厂蒸汽和冷凝水系统设备及管道泄漏次数为170次，其中换热器腐蚀穿孔9次，2023年化工厂采取加氨来调整蒸汽及凝水的PH值措施，只起到一定的缓解腐蚀减少蒸汽冷凝水铁离子含量的效果，2023年化工厂蒸汽和冷凝水系统设备及管道泄漏次数下降为144次，其中换热器腐蚀穿孔5次，但是蒸汽冷凝水铁离子指标还是没有达到国标要求，凝水还是不能回用锅炉只能排掉，白白损失了大量的热能和优质的蒸汽冷凝水。加氨解决蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀泄漏问题效果不佳。

由于长期高剂量添加氨水对锅炉系统运行不利，氨会与系统中铜质换热管以及阀门阀芯等铜质部件反应生成可溶性铜氨络合物（如[Cu(NH₃)₄]²⁺），尤其在有氧存在下的高温高压环境热力系统中，氨会加速铜质换热管以及阀门阀芯等系统中铜质部件的腐蚀。2024年初化工厂停止采取加氨来调整蒸汽及凝水的PH值措施，改为逐步更换系统腐蚀严重泄漏频繁的管道及设备，采用更耐腐蚀不锈钢材质的管道及设备，2024年化工厂蒸汽和冷凝水系统设备及管道泄漏次数为137次，其中换热器腐蚀穿孔2次，蒸汽冷凝水颜色外观还是发红，凝水全铁离子指标还是超标，高温凝水还是排掉了。采用更耐腐蚀不锈钢材质的管道及设备解决腐蚀泄漏问题效果亦不理想。

故无论是防止锅炉蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀，排除安全生产隐患，保障锅炉设备安全生产运行角度；还是从回收凝水潜热，节省水资源，降低锅炉排污量，实现节能减排、降本增效的角度，都必须尽快解决化工厂蒸汽冷凝水管道腐蚀泄漏及换热器腐蚀穿孔问题。

二、蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀的机理及腐蚀形成的表象原因分析

锅炉蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀比较常见的有二氧化碳腐蚀、溶解氧腐蚀、垢下腐蚀及多相流腐蚀四种，其中主要是二氧化碳腐蚀和溶解氧腐蚀，下面就讲讲二氧化碳和溶解氧造成化工厂蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀的机理及腐蚀形成的表象。

1、蒸汽冷凝水PH低偏酸性的原因。锅炉给水中碳酸氢根在炉内受热分解二氧化碳随蒸汽进入系统，或者凝水开放式回收系统溶解进入凝水，由于蒸汽及冷凝水非常纯净，接近蒸馏水，几乎和纯水相近，故缓冲性很差，很少的二氧化碳溶解进入，蒸汽冷凝水的PH便会大幅下降。有实验表明，1升蒸汽冷凝水中溶解进1毫克二氧化碳，蒸汽冷凝水的PH值从7直降到5.5，这就是本系统蒸汽冷凝水PH值为6.19偏酸性的原因。

2、二氧化碳腐蚀导致蒸汽冷凝水中铁离子超标的原因。偏酸性的蒸汽冷凝水中的二氧化碳，来源于锅炉给水中的碳酸氢根，CO2溶于水时可以形成碳酸H2CO3，CO2对管道的腐蚀属于电化学腐蚀，CO2腐蚀的基本形式为均匀腐蚀，主要表现为管道内壁表面均匀减薄，虽然碳酸H2CO3是一种弱酸，但在凝水这种比较纯净缓冲差的水质中，少量的CO2就可以对溶液的pH值造成显著影响。当系统里凝水pH值较低时，管道的腐蚀速率加快。查取厂内某催化裂化装置内的记录，当蒸汽冷凝水pH值为6.72时，管道腐蚀速率较快，管道整体壁厚减薄，在某些应力集中的区域，例如换热器管板焊接处，阀门及弯头处，大多会出现点蚀，也有部分出现冲刷形成深浅长短不一的沟槽。二氧化碳腐蚀最终产物会形成碳酸亚铁，受CO2分压、系统内凝水的流速与水质的影响，碳酸亚铁会溶解导致蒸汽冷凝水中铁离子超标。

特别指出：锅炉用户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蚀速率。虽然盐酸属强酸，H⁺浓度恒定，反应速率稳定，酸性强于碳酸；但是同等PH值的碳酸溶液和盐酸溶液相比，碳酸溶液中未离解的分子比例更高，H⁺浓度随反应动态变化（腐蚀过程中持续电离补充H⁺），导致二氧化碳腐蚀速率更高，故必须高度重视由二氧化碳引起的凝水PH值低偏酸性的腐蚀性问题。

3、氧腐蚀导致蒸汽冷凝水中铁离子超标的原因。由于除氧器的除氧效率有高低，除氧器设备管理水平有波动，蒸汽和凝水系统设备及管网氧腐蚀情况是客观存在的，例如，开放式蒸汽冷凝水回收系统中的溶解氧浓度可达8mg/L，在相同浓度下，氧的腐蚀性大于二氧化碳，有腐蚀实验表明，溶解氧质量浓度很低(小于1 mg/L)的情况下，就能造成碳钢严重腐蚀。凝水的氧腐蚀属于溃疡腐蚀，系统设备及管道中被腐蚀的金属在表面会形成鼓包，颜色多为砖红色或者黄褐色，剥开鼓包，下面金属表面则是深浅不一大小不同的腐蚀坑；当腐蚀点开始形成后，腐蚀产物会阻碍氧在水中和腐蚀物下面扩散，在腐蚀点周围及腐蚀物边缘的氧浓度高于中心区，缺氧区成为阳极，发生金属溶解反应（Fe→Fe²⁺+2e⁻），富氧区则为阴极（O₂+2H₂O+4e⁻→4OH⁻），蒸汽冷凝水中的溶解氧与管壁铁元素反应生成溶解性较差的氢氧化亚铁，再经过氧化水解等反应最终转化为成分复杂的铁锈，由此产生的电位差驱动电化学腐蚀进程，新一轮的腐蚀便会围绕最初的腐蚀点继续进行，蒸汽和冷凝水系统设备及管道中溶解氧腐蚀一旦形成，便很难阻止腐蚀进程，腐蚀坑随着时间延长不断加大加深，系统腐蚀处穿孔泄漏只是时间早晚的问题。

三、需要解决的问题

1、蒸汽冷凝水pH值过低引起的酸性腐蚀和氧腐蚀是导致蒸汽和冷凝水回用系统设备及管道腐蚀的主要原因，针对pH值过低引起的酸性腐蚀和氧腐蚀两种腐蚀机理，需要在短时间内尽快对蒸汽和冷凝水回用系统设备及管道进行防腐处理，解决蒸汽及凝水系统腐蚀问题，保障设备安全生产运行，防止蒸汽及凝水系统设备及管网穿孔泄漏安全事故。

2、解决蒸汽冷凝水铁离子超标问题，切断蒸汽冷凝水铁离子来源的源头，让凝水达标回用锅炉，改善锅炉运行工况，降低锅炉排污量，节省燃气能源和水资源，降低锅炉运行成本。

四、解决措施

二氧化碳引起蒸汽和冷凝水pH值过低导致酸性腐蚀和氧腐蚀是某化工厂蒸汽和冷凝水系统设备及管道腐蚀泄漏的主要原因。针对pH值过低导致酸性腐蚀和氧腐蚀这两种腐蚀机理，选择相适应的防腐蚀措施。通过对防腐市场调研及业内交流，某化工厂选择使用BF凝水除铁缓蚀剂成膜法对蒸汽和冷凝水系统设备及管道进行防腐试验。即在锅炉给水中加入挥发性的碱性BF凝水除铁缓蚀剂，BF凝水除铁缓蚀剂不仅会提高给水、锅水、凝水的PH值，还会在包括锅炉及蒸汽与凝水在内的全系统设备和管网覆上一层保护膜，BF凝水除铁缓蚀剂形成的保护膜可以隔绝氧腐蚀和二氧化碳引起的弱酸性腐蚀，彻底截断了铁离子的来源，标本兼治从根本上解决蒸汽冷凝水因腐蚀产生的铁超标问题。

BF凝水除铁缓蚀剂是北京化工大学研发的专利技术产品，有良好的气液分配比，药剂随给水进入锅炉，受热汽化随蒸汽进入换热系统，再随蒸汽冷凝水又回到锅炉，药剂一直在系统内随着蒸汽与凝水来回循环不停，在包括锅炉及蒸汽与凝水在内的全系统设备和管网金属内表面形成具有吸附及憎水作用的单分子层保护膜。该膜的分子间隙比二氧化碳和氧分子的截面小，从而能防止系统氧腐蚀和弱碳酸腐蚀的发生。

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五、解决问题过程

2024年9月4日10点，某化工厂使用BF凝水除铁缓蚀剂成膜法对蒸汽和冷凝水系统设备及管道进行防腐试验开始。从某化工厂蒸汽冷凝水总管处、精馏分场HE-24014处分别取凝结水水样存档。精馏分场HE-24014处蒸汽凝结水样颜色外观红褐色，静置后少量红褐色沉淀颗粒（见下图5左1）；总管蒸汽凝结水样颜色外观深红褐色，静置后瓶底有一些红色微细颗粒（见下图6左1）。用磁铁从外面接近两水样瓶底红色微细颗粒，两水样瓶底红色颗粒均未呈现磁性特征。经检测，精馏分场HE-24014处蒸汽冷凝水PH值6.27，总铁含量2.775mg/L；化工厂总管蒸汽冷凝水PH值6.19，总铁含量3.374mg/L。

2024年9月4日10点30分，某化工厂开始向锅炉给水加药开始对系统覆膜防腐除铁。

2024年9月5日10点，从某化工厂蒸汽冷凝水总管处、精馏分场HE-24014处取蒸汽冷凝水样存档。2瓶水样外观浊度相比前一天水样都有下降（分别见图5左2，图6左2）。经检测，精馏分场HE-24014处蒸汽冷凝水PH值9.21，总铁含量1.782mg/L；化工厂总管蒸汽冷凝水PH值8.89，总铁含量1.917mg/L。

2024年9月6日10点，从某化工厂蒸汽冷凝水总管处、精馏分场HE-24014处取蒸汽冷凝水样存档。2瓶水样外观浊度相比前一天水样大幅下降，精馏分场HE-24014处蒸汽冷凝水外观颜色变成微微泛红（见图5左3），化工厂总管蒸汽冷凝水外观颜色变成浅红色（见图6左3）。经检测，精馏分场HE-24014处蒸汽冷凝水PH值9.45，总铁含量0.644mg/L；化工厂总管蒸汽冷凝水PH值9.07，总铁含量1.161mg/L。

2024年9月7日10点，从某化工厂蒸汽冷凝水总管处、精馏分场HE-24014处取蒸汽冷凝水样存档。2瓶水样外观浊度相比前一天水样持续下降，精馏分场HE-24014处蒸汽冷凝水外观颜色变成纯净通透，瓶底无沉淀颗粒（见图5左4），化工厂总管蒸汽冷凝水外观颜色轻微泛红（见图6左4）。经检测，精馏分场HE-24014处蒸汽冷凝水PH值9.52，总铁含量0.061mg/L，精馏分场HE-24014处蒸汽冷凝水全铁指标已达到直接回用标准（工业锅炉给水铁离子国标＜0.3mg/L）；化工厂总管蒸汽冷凝水PH值9.26，总铁含量0.711mg/L。

2024年9月8日10点，从某化工厂蒸汽冷凝水总管处、精馏分场HE-24014处取蒸汽冷凝水样存档。2瓶水样外观浊度颜色变成纯净通透，瓶底无沉淀颗粒（分别见图5左5，图6左5）。经检测，精馏分场HE-24014处蒸汽冷凝水PH值9.37，总铁含量0.012mg/L；化工厂总管蒸汽冷凝水PH值9.12，总铁含量0.016mg/L。两处汽冷凝水全铁指标都已达到直接回用标准。

▲图7 解决化工厂蒸汽冷凝水管道腐蚀泄漏问题蒸汽冷凝水水样检测数据

2024年9月8日14点，历时五天，某化工厂正式回收蒸汽冷凝水。

六、总结

某化工厂使用BF凝水除铁缓蚀剂成膜法工艺不仅彻底解决了蒸汽冷凝水颜色发红问题、蒸汽冷凝水铁离子超标问题，让高温蒸汽冷凝水直接回到锅炉安全使用，还能大幅减少锅炉排污量，节省大量水资源和能源，降低锅炉设备运行成本，还能解决锅炉及蒸汽冷凝水管道腐蚀泄漏及换热器腐蚀穿孔问题，清除了安全隐患，保障了锅炉设备安全生产运行。

化工厂蒸汽冷凝水管道腐蚀泄漏及换热器腐蚀穿孔问题一招解决（颜辉）