蒸汽冷凝水除铁新技术：彻底解决蒸汽和冷凝水系统腐蚀及蒸汽冷凝水颜色发红与铁超标问题
摘要：本文通过具体实例验证了，锅炉系统在停用热力除氧器的情况下，采用BF凝水除铁缓蚀剂成膜法，不仅能彻底解决了蒸汽冷凝水颜色发红、冷凝水铁超标问题，还能同时协调解决蒸汽冷凝水除铁达标直接回收利用与锅炉蒸汽和冷凝水系统设备和管网腐蚀问题；不仅实现了锅炉运行降本增效显著的经济效益，而且还取得了巨大的节能减排、保护环境良好的社会综合效益。
关键词：蒸汽冷凝水除铁；蒸汽冷凝水铁超标；蒸汽冷凝水颜色发红；蒸汽冷凝水系统腐蚀；节能减排；降本增效。
一、概况
▲1蒸汽冷凝水除铁新技术解决蒸汽冷凝水颜色发红系统腐蚀铁超标问题实例
河北京车轨道交通车辆装备有限公司作为京投装备技术研究院研发成果转化生产基地，2023年河北京车产值达13.5亿元，已累计生产下线17种新车型。河北京车有2台20吨的蒸汽锅炉为生产供热，一用一备，型号为WNS20-1.25-Q。锅炉使用软化水作为锅炉补水，软化水的水质合格。
▲2蒸汽冷凝水除铁新技术解决蒸汽冷凝水颜色发红系统腐蚀铁超标问题实例
河北京车是京津冀协同发展中的一个创新项目，由于新厂刚建成，新生产线低负荷运转，锅炉各项设备也常处于低负荷运行状态，锅炉各项工况有时不能达到设计要求，热力除氧器暂时停止运行，蒸汽冷凝水采用开式回收系统进行回收，蒸汽冷凝水颜色发红如同桔子汁般。经检测，蒸汽冷凝水全铁含量为3.56mg/L，严重超标近12倍（国标GB/T1576-2008锅炉给水全铁指标为小于或等于0.3mg/L）；蒸汽冷凝水pH值为6.24，呈酸性。
▲3蒸汽冷凝水除铁新技术解决蒸汽冷凝水颜色发红系统腐蚀铁超标问题实例
蒸汽冷凝水颜色发红铁离子严重超标，说明蒸汽系统和凝水系统存在严重腐蚀，未经处理的铁超标的蒸汽冷凝水直接回用进锅炉，铁离子会在锅炉受热面上结成氧化铁垢并产生垢下腐蚀，持续的垢下腐蚀会出现腐蚀坑，情况严重的会导致穿孔、泄漏；氧化铁垢导热系数很低，不仅造成锅炉出力下降、能耗升高，还容易导致局部过热蠕胀，甚至存在爆管的安全隐患。
▲4典型锅炉管道腐蚀产物氧化铁垢及垢下腐蚀坑和坑蚀穿孔，看到穿孔了吗
由于蒸汽冷凝水颜色发红，铁离子严重超标的现实情况，河北京车物资设备部只能将温度接近90℃的高温蒸汽凝结水从地沟排放，此举不仅浪费了大量能源和水资源，而且增加了废水排放和相关处理费用，还造成环境污染。所以不论从降本增效的角度，还是从节能减排与保护环境的角度出发，将高温纯净的蒸汽冷凝水回收到锅炉，加以循环利用势在必行。
▲5锅炉蒸汽冷凝回水颜色发红、凝水铁超标，锅炉蒸汽及冷凝水系统腐蚀
二、需要解决的问题
1、解决锅炉蒸汽系统设备和管网腐蚀，以及凝水系统设备和管网腐蚀，并清除沉积在系统设备和管网附着面上的氧化铁腐蚀物，防止系统设备和管网腐蚀、穿孔、泄漏，清除安全隐患，保障锅炉系统安全生产。
2、解决蒸汽冷凝水铁超标颜色发红，让高温蒸汽冷凝水达标直接回用锅炉，改善锅炉工况，降低天然气能源和水消耗，以·达到节能减排，降本增效的目的。
三、问题成因分析
1、蒸汽冷凝水颜色发红的原因。是蒸汽冷凝水在回收过程中，因蒸汽和凝水系统腐蚀产生了大量超标的铁离子。
2、蒸汽冷凝水pH值为6.24，呈酸性的原因。一方面主要来源是锅炉软化水的重碳酸根受热分解，二氧化碳随蒸汽进入蒸汽冷凝水系统；另一方面，蒸汽冷凝水采用开式回收系统进行回收，空气中的二氧化碳溶解进入蒸汽冷凝水中。蒸汽冷凝水接近蒸馏水，非常纯净而缓冲差，有试验表明，1升蒸汽冷凝水中溶解进1毫克二氧化碳CO2，蒸汽冷凝水PH值就从7直降到5.5，这就是蒸汽冷凝水pH值低，呈酸性的原因。
3、锅炉蒸汽及冷凝水系统设备和管网腐蚀的2个原因。1是来自二氧化碳引起的，PH值低的酸性腐蚀，这个上面已说明；2是来自氧腐蚀，锅炉常处于低负荷运行状态，热力除氧器停止运行，给水携带溶解氧，以及蒸汽冷凝水开式回收，空气中氧溶解进入蒸汽冷凝水中，造成锅炉蒸汽及冷凝水系统设备和管网氧腐蚀。
需要特别指出的是，二氧化碳溶于水形成碳酸，碳酸虽是弱酸，但碳酸溶液与相同pH值、完全电离的强酸溶液相比腐蚀性更强，且其腐蚀产物容易溶解，以至于金属表面不易形成保护膜，导致金属均匀变薄。锅炉蒸汽系统及凝水回收系统在氧腐蚀与二氧化碳引起的酸性腐蚀共同作用下，腐蚀速率变得更快，腐蚀更严重，不仅导致高温蒸汽冷凝水资源不能回收利用，还会影响锅炉系统设备及管线使用寿命和安全生产。
四、解决措施筛选
要解决颜色发红的蒸汽冷凝水达标回用锅炉，需要解决蒸汽冷凝水铁超标问题。当前，行业内解决蒸汽冷凝水铁超标问题有2个路径。
1、是在蒸汽冷凝水回收末端安装高温过滤除铁设备，蒸汽冷凝水除铁达标回用。设备过滤除铁的种类比较多，大多通过不同的滤芯来过滤除铁，有锰砂滤料除铁、高温烧结陶瓷滤料除铁、粉末树脂除铁、高温树脂膜除铁、电磁除铁、活性炭复合双层膜除铁、磁增益复合除铁过滤法等。根据水质的不同以及工艺条件的要求，可选择不同的除铁设备，有些设备需要对高温蒸汽冷凝水进行预处理，以达到设备进水要求。经过设备处理，凝水能达到锅炉给水的水质标准。但是设备过滤除铁不能解决蒸汽及凝水系统的腐蚀问题，所以凝水中铁离子来源没有掐断，铁离子仍在持续产生，对于系统设备潜在安全隐患没有消除，高温蒸汽冷凝水设备滤除铁属于治标不治本，而且过滤除铁设备通常造价不菲，有工期、占场地、需维护，使用2-3年后，滤料更换造价占设备总造价往往超过三分之一以上。
2、是彻底解决锅炉蒸汽及冷凝水系统设备和管网氧腐蚀和二氧化碳引起的低PH值酸性腐蚀。以解决蒸汽冷凝水腐蚀，来解决蒸汽冷凝水中铁离子产生的源头，让蒸汽冷凝水达标回用锅炉。业内解决蒸汽及冷凝水系统设备和管网氧腐蚀和二氧化碳引起的低PH值酸性腐蚀通常有4种成熟技术。
①给水加氨法。给水加氨法一般用在中高压锅炉系统，氨有挥发性，在锅炉内受热挥发随蒸汽流动，给水加氨可以提高给水、炉水、凝水的pH值。给水加氨在凝水闭式回收系统且氧含量低的条件下，可以解决二氧化碳引起的弱酸性腐蚀，从而起到缓蚀作用。给水加氨方法不适用在凝水开式回收系统，氨易挥发，气液相分配比不合理，气相多液相少，用量大，关键是不能解决氧的腐蚀，所以除铁效果有限。
②给水加除氧剂。锅炉给水加除氧剂，可以解决锅内氧腐蚀，蒸汽系统氧腐蚀，闭式蒸汽冷凝水回收系统氧腐蚀。但是，对于开式蒸汽冷凝水回收系统氧腐蚀作用效果有限，且不能解决锅炉及蒸汽冷凝水回收系统酸性腐蚀，所以除铁效果有限。各类锅水除氧剂有各自优劣势和适用范围，有的除氧剂价格不低，有的除氧剂除氧效能不佳，具体请查看《九种锅炉除氧剂除氧效率优劣对比》。
③开式蒸汽冷凝水回收系统改造成闭式蒸汽冷凝水回收系统。可以解决源自外界空气溶解进入蒸汽冷凝水的氧腐蚀和二氧化碳引起的酸性腐蚀，不能解决源自锅炉锅水携带的氧腐蚀和酸性腐蚀。有工期，设备和管线需维护，使用3-5年后需更换设备和管线。
④BF凝水除铁缓蚀剂成膜法。BF凝水除铁缓蚀剂成膜法是在整个系统通过覆膜来隔绝氧腐蚀和二氧化碳引起的弱酸性腐蚀，从根本上彻底解决因腐蚀产生的铁超标问题。此法不受锅炉系统工况负荷变化的影响，对金属设备起到了很好的保护作用，一般用在间接换热的蒸汽冷凝水回收系统中。
BF凝水除铁缓蚀剂是北京化工大学研发的专有技术产品，药剂加入锅炉系统后，会在锅炉汽水系统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，从而能防止锅炉系统氧腐蚀和弱碳酸腐蚀的发生，从根本上解决了蒸汽冷凝水中铁离子的产生。BF凝水除铁缓蚀剂为复配有机胺类碱性药剂，有良好的气液分配比，药剂能充满整个用汽及凝水回收系统气液相空间，起到全系统防腐保护。
▲6蒸汽冷凝水铁超标5种常见除铁方式优劣势比较
通过对蒸汽冷凝水铁超标5种常见除铁方式优劣势比较（见上图6），河北京车轨道交通车辆装备有限公司物资设备部在集体商讨后，根据本单位热力生产工艺特点，决定采用BF凝水除铁缓蚀剂成膜法来根本解决蒸汽冷凝水除铁回收利用，和锅炉蒸汽冷凝水系统设备及管线严重腐蚀这2个现实问题。
为了验证BF凝水除铁缓蚀剂能否彻底解决京车锅炉蒸汽冷凝水除铁回收利用，和锅炉蒸汽冷凝水系统设备及管线严重腐蚀2个现实问题，用户与我们商议确定药剂正式应用前进行药剂试用实验，先采购15天剂量的药剂，并制定了BF凝水除铁缓蚀剂药剂试用实验方案和具体加药操作计划。
各位同行，各位同学，你们单位锅炉高温蒸汽冷凝水回收利用在使用哪种处理工艺，处理效果如何？关于锅炉腐蚀结垢爆管、锅水发红、蒸汽冷凝水铁超标、蒸汽凝结水颜色发黄、锅炉结垢不停炉不停工在线除垢技术、凝汽器结垢不停机不停工不停车在线清洗除垢技术等问题，北京化工大学颜辉I86OO475З86随时欢迎各位同仁讨论问题交流经验心得，随时欢迎各位同仁分享锅炉设备管理使用经验，就解决锅炉各种实际问题相互学习。蒸汽冷凝水除铁新技术：彻底解决蒸汽和冷凝水系统腐蚀及蒸汽冷凝水颜色发红与铁超标问题
五、问题解决过程及总结
1、BF凝水除铁缓蚀剂试用试验内容
①通过对锅炉给水添加BF凝水除铁缓蚀剂的方式，对蒸汽管道、换热器及其凝液回收系统设备及管道进行预膜处理，从源头上解决蒸汽管道、换热器及其凝液回收系统管道腐蚀的问题，延长锅炉系统设备及管线的使用寿命，确保系统设备安全生产，同时确保蒸汽冷凝水除铁达标，全铁指标符合锅炉给水的标准并长期稳定。
②对炉水的pH值、总碱度、蒸汽冷凝水的pH值、铁离子浓度进行检测分析，确定合理的药剂的添加量。
③改善锅炉水质，提高炉水浓缩倍数，降低锅炉排污量，提高热能的利用率，一句话节能减排降本增效。
2、BF凝水除铁缓蚀剂试用试验方案
本次BF凝水除铁缓蚀剂投加试验以24小时为试验时长。为了迅速对锅炉系统完成覆膜，加药量采用先高后低逐渐递减的方式，确定关键点，调整每次药剂加入量后，对凝液中铁离子浓度、pH值等进行取样对比观察，每次取3份蒸汽冷凝水水样，并对其进行标记后存档及检测分析。
3、 BF凝水除铁缓蚀剂试用试验过程
2022年7月2日下午4点，河北京车蒸汽系统腐蚀及冷凝回水治理试验开始。
▲7锅炉蒸汽冷凝回水颜色发红、凝水铁超标，7月2日蒸汽冷凝回水水样
2022年7月2日下午4点蒸汽冷凝回水取样（见上图7），回水颜色明显的橙红色，回水pH值为6.24（见下图8），呈酸性，取样后开始投加药剂治理试验。由于系统腐蚀严重，锅炉低负荷运行，蒸汽及冷凝水系统水循环缓慢及初次覆膜，首次投加药剂量加大。
▲8蒸汽冷凝回水颜色发红铁超标，凝水PH值低呈酸性，蒸汽冷凝水系统腐蚀
▲9锅炉冷凝回水颜色发红铁超标治理7月2日水样（左）4日水样（右）
2022年7月4日10点取样观察，蒸汽冷凝回水PH值8，回水颜色有明显好转（见上图9），锅炉系统腐蚀基本控制住了，由于系统回水慢，还需要一段时间完善系统覆膜和替换系统原来存水。
▲10锅炉冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理7月5日水样（右1）颜色变化
▲11药剂处理后蒸汽冷凝回水水样PH值8.5呈碱性
2022年7月5日10点取样观察，回水颜色有持续好转（见上图10），蒸汽冷凝回水PH值8.5呈碱性（见上图11）。
▲12锅炉冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理7月6日水样（右1）颜色变化
2022年7月6日取样观察，蒸汽冷凝回水PH值8，回水颜色有持续好转（见上图12），从蒸汽冷凝水外观颜色变化趋势来看，以过往经验预期最多还有2天时间，蒸汽冷凝水全铁指标达标，周五前顺利结束实验，届时取样打道回府，心情不错。
▲13锅炉蒸汽冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理7月7日水样颜色变化
2022年7月7日10点取样观察，蒸汽冷凝回水PH值8，回水颜色发黑突然恶化（见上图13），怎么回事？这个情况不常见，有点懵圈，蒸汽冷凝水颜色由前1天的纯净通透变成发乌发红，回水颜色比未处理前还深。经京车物资设备部沟通确认，京车公司在取样前一天6日和7日当天没有启用新的用汽生产线带来的氧化铁腐蚀物。分析认为，如果没有新增用汽环节，蒸汽冷凝回水颜色突然出现加深的变化原因，是药剂渗透系统氧化铁垢等腐蚀物下覆膜完成，氧化铁垢腐蚀物附着力变小、沉积的氧化铁垢腐蚀物脱落被冲刷出来了。这也是回水颜色发乌发黑而不是未处理前颜色发红的原因。因此，还需延长用汽系统腐蚀物排出时间，实验时间看来要延长，周末泡汤了。
▲14锅炉蒸汽冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理7月8日水样颜色变化
7月8日上午10点，取样观察，蒸汽冷凝回水PH值8，蒸汽冷凝回水颜色有好转（见上图14）。沉积氧化铁腐蚀物被冲刷后第2天水质，对比昨天的发乌发黑颜色好多了，氧化铁腐蚀物在系统内残存不多了，再次预期回水水质稳定还需3天左右，接着观察。
▲15锅炉蒸汽冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理7月9日水样颜色变化
7月9日上午10点，取蒸汽冷凝水样观察，蒸汽冷凝回水PH值8，蒸汽及冷凝水系统氧化铁垢腐蚀物被冲刷后第3天水质，对比前1天的发乌发黑颜色好多了（见上图15），回水颜色有持续好转，接着观察。
▲16锅炉蒸汽冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理7月10日水样颜色变化
7月10日上午10点，取样观察，由于受系统无除氧及特殊工况影响，系统腐蚀严重腐蚀产物较多，从近几天回水颜色变化来看，回水系统中沉积的氧化铁腐蚀物已经被冲刷排出得差不多（见上图16），锅炉系统腐蚀和回水铁超标已经被控制住了，蒸汽冷凝回水基本达标可以回用。
▲17锅炉蒸汽冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理7月11日水样颜色变化
7月11日上午10点，取样观察，蒸汽冷凝回水系统中沉积氧化铁腐蚀物已经被冲刷排完，回水颜色外观通透纯净（见上图17 ），从回水颜色来看，锅炉系统腐蚀和回水铁超标情况已经被控制，回水水质已经达标。凝水铁离子含量为0.21mg/L，国标要求小于0.3mg/L；硬度0.01mmol/L，国标要求小于0.03mmol/L，均符合锅炉给水标准。从蒸汽冷凝水检测数据变化来看，锅炉系统腐蚀和凝水铁超标已经被控制，凝水可以回用锅炉，河北京车蒸汽系统腐蚀及冷凝回水治理试验达标，试验停止。
▲18锅炉蒸汽冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理水样颜色变化
本案例锅炉水质治理用时太长，历时长达9天，这是笔者参与蒸汽冷凝水系统防腐和高温蒸汽冷凝回水除铁药剂效能试用试验时间最长的一次，以前最长时间记录是7天，通常是3-5天如果各位同行，各位同学能耐心看到这里，非常不容易。颜辉欢迎索阅，《国家电投集团下属某分公司全厂蒸汽凝液系统凝水除铁缓蚀剂添加试验实施方案》及具体详细现场水样检测实验数据，以供参考。
▲19锅炉蒸汽冷凝水颜色发红铁超标系统腐蚀治理水样颜色变化
4、实验结论
通过长达九天的药剂效能实验，经过加药处理后的蒸汽冷凝水全铁指标达到国标要求，从根本上解决了锅炉蒸汽及冷凝水系统设备和管网的腐蚀问题，管网设备得到防腐保护，对于系统设备安全生产运行起到了很好的保障作用，使用寿命也能大大延长。
六、解决蒸汽冷凝水除铁达标回用及系统设备和管网腐蚀问题的社会经济效益
1、高温蒸汽冷凝水除铁回收利用经济效益估算
京车2台20吨蒸汽锅炉，一用一备，年运行时间为360天，低负荷运行，平均每天产汽量为300吨（取整数便于计算），原水价格为6元，软化水温度为15℃，凝水温度为90℃，天然气热值为8400Kcal，天然气价格为4.32元/m³，天然气锅炉效率90％，软化水工业盐每公斤价格为0.7元，污水综合处理费8元/吨。
① 节省原水：软化设备产水率80%
360×300吨÷80%=135000吨
② 节约软化用盐：回收1吨凝结水可减少盐耗0.55kg
360×300×0.55=59400公斤
③ 节约的天然气燃料：
360×300X1000×(90℃-15℃)÷8400÷90％=1071429m³
④ 减少排污污水综合处理费用
135000×8=1080000元
⑤ 蒸汽冷凝水直接回收的经济效益
135000×6+59400×0.7+1071429×4.32+1080000=6560153元=656万元
京车锅炉冷凝水除铁回收利用每年节省水资源135000吨；节省工业盐59400公斤；节约的天然气1071429m³；节约污水综合处理费1080000元；京车锅炉蒸汽冷凝水除铁回收利用综合经济效益大约为656万元，综合经济效益和社会效益显著。
随着河北京车新厂生产逐渐提速加量，锅炉各项设备常负荷持续增加，锅炉产气量和蒸汽冷凝水回水量相应增加，高温蒸汽冷凝水除铁回用综合经济效益和社会效益还会更加显著。
2、特别说明
①本次高温蒸汽冷凝水除铁回收利用经济效益估算，不含减少软化水生产装置运行管理费及节电费用，以及由于高温纯净的蒸汽冷凝水回用所增加锅水浓缩倍率，改善锅炉运行工况，以及由此所带来的大幅度减少锅炉排污水量及其热能损失。
②本次高温蒸汽冷凝水除铁回收利用经济效益估算，还不含通过对锅炉给水投加BF凝水除铁缓蚀剂对锅炉水和汽全系统设备及管线进行防腐缓蚀保护后，锅炉系统设备及管线从此不再会被腐蚀，因而不再会有穿孔、泄漏甚至爆管等影响锅炉安全运行生产隐患，并且不含延长锅炉系统设备及管网使用寿命所带来的固定资产折旧的经济效益。
③本次高温蒸汽冷凝水除铁回收利用经济效益为估算，非实时数据，仅作参考之用。关于其他彻底解决蒸汽和冷凝水系统腐蚀颜色发红与蒸汽冷凝水铁超标问题解决方案和案例高温蒸汽冷凝水各项指标实际检测数据，颜辉欢迎各位同仁、同学随时交流沟通。
七、结论
锅炉系统在停用热力除氧器的情况下，采用BF凝水除铁缓蚀剂成膜法，不仅能彻底了解决蒸汽凝结水颜色发红、冷凝水铁超标问题，而且证明了BF凝水除铁缓蚀剂同时协调解决蒸汽冷凝水除铁达标直接回收利用与锅炉蒸汽及冷凝水系统腐蚀问题是行之有效的技术产品；BF凝水除铁缓蚀剂以较低经济成本投入，不仅实现了锅炉运行降本增效的显著经济效益，而且还取得了巨大的节能减排、保护环境良好的社会综合效益。
蒸汽冷凝水除铁新技术：彻底解决蒸汽和冷凝水系统腐蚀及蒸汽冷凝水颜色发红与铁超标问题（颜辉）
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