利用絡合劑提高碳鋼耐蝕性的應用

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.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217)

利用絡合劑提高碳鋼耐蝕性的應用

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.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217)

介紹了利用EDTA的絡合特性，除去鍋爐受熱面金屬腐蝕產物并生成氨羧絡合鐵鹽，高溫下此氨羧絡合鐵鹽分解并在金屬表面形成保護膜的工作原理、實施工藝流程。通過此工藝實施，可達到改善機組啟動期間汽水品質、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；氨羧絡合鐵鹽；耐蝕性

0 前言

利用EDTA絡合除去金屬表面鐵的氧化物形成氨羧絡合鐵鹽、形成的絡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膜的一種水處理技術。在鍋爐啟動初期，通過實施爐內EDTA處理，可除去受熱管金屬內表面腐蝕產物，避免腐蝕產物由于高溫作用發生二次 “轉型”并在受熱管內部局部區域形成較松軟的鐵垢，從而改善機組啟動期間汽水品質，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是一種絡合劑，EDTA與鐵絡合時，表現為優先絡合鐵的氧化物，金屬次之。某些金屬離子與EDTA的絡合常數如下表1。

表1 某些金屬離子與EDTA的絡合常數

金屬離子與EDTA的絡合常數越大，EDTA越易與其反應，形成的絡合物也越穩定。因此，EDTA與金屬離子的絡合，表現為優先絡合Fe3+，其次是Cu2+、Fe2+、Ca2+。EDTA-2Na與EDTA和金屬離子的絡合順序、形成絡合物的穩定性相同。此絡合順序和形成絡合物的穩定特性是爐內EDTA處理的化學基礎。

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

當溶液溫度升高至180℃以上時，游離EDTA的濃度急劇降低，至250℃高溫時分解完畢。在該溫度下，溶液中的氨羧絡合鐵鹽也開始分解，在受熱面表面形成均勻、牢固、致密的磁性氧化鐵Fe3O4和γ-Fe2O3保護膜層，溫度越高，分解越快且越徹底，形成的耐蝕膜保護效果越好。氨羧絡合鐵鹽分解時，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合物和絡合物分解后殘留在水中的二次絡合物都是易溶性的絡合物，這些絡合物很穩定，可隨鍋爐排污排出。

爐內EDTA處理技術，就是利用EDTA的以上特性，先將爐水中鐵氧化物絡合形成氨羧絡合鐵鹽，以具備生成磁性氧化鐵膜層的 “物質”條件。在250℃以上高溫時 (最好在270℃以上)，氨羧絡合鐵鹽分解，使爐水的鐵含量迅速下降，爐水澄清，汽水品質得到明顯改善，同時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，可達到奧氏體不銹鋼水平。

2 實施工藝流程

2.1 工藝流程

爐內EDTA處理實施工藝流程為：鍋爐水沖洗→配制EDTA藥液→系統內注藥→第一階段處理→第二階段處理→機組正常運行。

2.2 實施工藝

2.2.1 鍋爐水沖洗

爐內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組正常啟動期間的水沖洗步序。在實施EDTA處理前，仍應先進行爐前系統和鍋爐省煤器、水冷壁的冷態或熱態水沖洗，主要原因是爐前系統包括高壓加熱器、低壓加熱器及其連接管道等并不參與爐內EDTA處理，爐前系統的水沖洗是為了防止爐前系統的臟物在爐內EDTA處理結束后機組投入正常投運后，被帶入爐內而影響整個系統的潔凈程度。

水沖洗階段主要控制沖洗排水水質基本澄清、無機械雜質為止。

2.2.2 配制EDTA藥液

水沖洗結束后，將系統內水排干，開始配EDTA藥液。考慮到EDTA各取代鹽的溶解性能及膜層的質量，應選用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，不需要進行任何化學加藥調節，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，至汽包點火水位。

2.2.3 第一階段處理

鍋爐點火，按正常程序進行升溫升壓。當汽包壓力升至0.3 MPa(對應爐水溫度約為133℃)時，在該壓力下穩壓運行2～4小時。

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

2.2.4 第二階段處理

第一階段處理結束后，鍋爐按正常程序繼續升壓，直至帶滿負荷。升溫升壓前期適當打開汽包對空排汽門，以排除氨羧絡合劑和氨羧絡合鐵鹽的氣相分解產物，消除對后續如過熱器等熱力系統和設備的影響。

此階段，溶液中游離氨羧絡合劑的濃度不斷降低，而且比第一階段中更強烈。這與在溫度升高時鐵更強烈的絡合，以及氨羧絡合劑和氨羧絡合鹽開始并越來越徹底的熱分解過程有關。當溫度升至275℃時，溶液中已沒有游離氨羧絡合劑，氨羧絡合鐵鹽在受熱面上繼續分解，而且熱負荷越高分解越強烈。結果，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、發黑，說明雜質或金屬氧化物較多，在升壓過程中加強鍋爐定期排污和連續排污，以改善爐水外觀和含鐵量。

2.2.5 機組正常運行

鍋爐帶滿負荷1小時后，EDTA處理結束。機組按正常的運行程序進行操作，化學開始正常投用加藥系統、汽水取樣系統和化學在線儀表系統，并按照相關控制標準進行正常的水汽品質調整控制。帶凝結水精處理系統的機組，此時可投入凝結水精處理運行。

3 結束語

爐內EDTA處理作為一種爐內水工況調節技術，在機組啟動階段實施可明顯改善鍋爐啟動期間和啟動后的汽水品質，除去受熱面金屬腐蝕產物并在金屬表面形成耐蝕膜，其優勢非常明顯。但應用須綜合考慮現場實施條件、開機時間等因素，同時應評估存在的腐蝕風險和對后續系統污染風險，考慮是否實施爐內EDTA處理。在鍋爐受熱面內部結垢量較大和達到鍋爐化學清洗年限的情況下，爐內EDTA處理不能替代傳統的鍋爐化學清洗。雖然二者在除垢階段的控制溫度相近，但實施的目的不同，實施工藝要求的EDTA藥品濃度、循環時間、管內流速等關鍵控制參數上也存在較大差異，實施效果就會明顯不同。因此，爐內EDTA處理是用于化學清洗目的的發展和作為爐內水工況的一種調節技術。

[1] 陳穎敏，左俊利，王亞慧.保定電廠協調EDTA鍋爐化學清洗探析 [J].鍋爐技術，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，從事電廠生產安全及經營管理工作 (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，從事電廠生產管理工作 (e-mail)516230566＠qq.com。

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