利用络合剂提高碳钢耐蚀性的应用

陈晓锟，李启平，郭新良

(1.云南省电力投资有限公司，昆明 650011；2.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217)

利用络合剂提高碳钢耐蚀性的应用

陈晓锟1，李启平1，郭新良2

(1.云南省电力投资有限公司，昆明 650011；2.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217)

介绍了利用EDTA的络合特性，除去锅炉受热面金属腐蚀产物并生成氨羧络合铁盐，高温下此氨羧络合铁盐分解并在金属表面形成保护膜的工作原理、实施工艺流程。通过此工艺实施，可达到改善机组启动期间汽水品质、使金属表面洁净并使碳钢的耐腐蚀性能明显提高的目的。

EDTA；氨羧络合铁盐；耐蚀性

0 前言

利用EDTA络合除去金属表面铁的氧化物形成氨羧络合铁盐、形成的络合铁盐在高温下分解并在金属表面形成耐蚀膜的这一特性，使金属表面清洁并形成保护膜的一种水处理技术。在锅炉启动初期，通过实施炉内EDTA处理，可除去受热管金属内表面腐蚀产物，避免腐蚀产物由于高温作用发生二次 “转型”并在受热管内部局部区域形成较松软的铁垢，从而改善机组启动期间汽水品质，并提高锅炉传热效果和碳钢耐蚀性能。

1 EDTA处理工作原理

EDTA是一种络合剂，EDTA与铁络合时，表现为优先络合铁的氧化物，金属次之。某些金属离子与EDTA的络合常数如下表1。

表1 某些金属离子与EDTA的络合常数

金属离子与EDTA的络合常数越大，EDTA越易与其反应，形成的络合物也越稳定。因此，EDTA与金属离子的络合，表现为优先络合Fe3+，其次是Cu2+、Fe2+、Ca2+。EDTA-2Na与EDTA和金属离子的络合顺序、形成络合物的稳定性相同。此络合顺序和形成络合物的稳定特性是炉内EDTA处理的化学基础。

溶液中物质间的化学反应速度与温度关系很大。通常情况下，化学反应速度都随着温度的升高而提高。如果反应物的浓度恒定，温度每升高1℃，反应速度会提高2～3倍。但是，炉内EDTA处理时，不可能通过无限制提高溶液温度来提高反应速度，主要原因是当溶液温度升至150℃时，EDTA开始热分解，且温度越高、分解速度越快。因此，炉内EDTA处理时，应综合考虑反应速度与热分解温度二者之间的关系。适宜的炉水控制温度宜为130～150℃，在此温度下EDTA与金属离子的络合效果最好，且形成的络合物均为氨羧络合铁盐[1]。

当溶液温度升高至180℃以上时，游离EDTA的浓度急剧降低，至250℃高温时分解完毕。在该温度下，溶液中的氨羧络合铁盐也开始分解，在受热面表面形成均匀、牢固、致密的磁性氧化铁Fe3O4和γ-Fe2O3保护膜层，温度越高，分解越快且越彻底，形成的耐蚀膜保护效果越好。氨羧络合铁盐分解时，液相中有甲醛、乙烯二胺、亚氨基二代二乙酸等，气相中有氢、甲烷和二氧化碳，高温中尚未分解的络合物和络合物分解后残留在水中的二次络合物都是易溶性的络合物，这些络合物很稳定，可随锅炉排污排出。

炉内EDTA处理技术，就是利用EDTA的以上特性，先将炉水中铁氧化物络合形成氨羧络合铁盐，以具备生成磁性氧化铁膜层的 “物质”条件。在250℃以上高温时 (最好在270℃以上)，氨羧络合铁盐分解，使炉水的铁含量迅速下降，炉水澄清，汽水品质得到明显改善，同时在水冷壁表面形成均匀、牢固、致密的磁性氧化铁Fe3O4和γ-Fe2O3膜层。这种膜层，使碳钢的耐腐蚀性能明显提高，可达到奥氏体不锈钢水平。

2 实施工艺流程

2.1 工艺流程

炉内EDTA处理实施工艺流程为：锅炉水冲洗→配制EDTA药液→系统内注药→第一阶段处理→第二阶段处理→机组正常运行。

2.2 实施工艺

2.2.1 锅炉水冲洗

炉内EDTA处理可有效去除金属表面的沉积物，但并非可以替代火电机组正常启动期间的水冲洗步序。在实施EDTA处理前，仍应先进行炉前系统和锅炉省煤器、水冷壁的冷态或热态水冲洗，主要原因是炉前系统包括高压加热器、低压加热器及其连接管道等并不参与炉内EDTA处理，炉前系统的水冲洗是为了防止炉前系统的脏物在炉内EDTA处理结束后机组投入正常投运后，被带入炉内而影响整个系统的洁净程度。

水冲洗阶段主要控制冲洗排水水质基本澄清、无机械杂质为止。

2.2.2 配制EDTA药液

水冲洗结束后，将系统内水排干，开始配EDTA药液。考虑到EDTA各取代盐的溶解性能及膜层的质量，应选用EDTA的一、二取代盐，最好用二取代盐，但不能选用三、四取代盐。药液用除盐水配制，不需要进行任何化学加药调节，EDTA浓度宜控制在500～3 000 mg/L。

配制完成后，注入省煤器和水冷壁系统，至汽包点火水位。

2.2.3 第一阶段处理

锅炉点火，按正常程序进行升温升压。当汽包压力升至0.3 MPa(对应炉水温度约为133℃)时，在该压力下稳压运行2～4小时。

此阶段，由于铁转移进入溶液和形成氨羧络合铁盐进行得很强烈，破坏了管壁上沉积物的完整性。因此在此阶段也即炉管内壁沉积物去除阶段，不仅氨羧络合铁盐，而且胶体和悬浮微粒形成的氧化铁也转入水中，引起炉水明显变浑。当出现游离EDTA浓度低于30 mg/L时，则必需补加药剂，以确保管内壁表面氧化物被充分络合并清除干净。对于很脏污的受热面，可能需要多次加药，在这种情况下，应当完全换水，并且重新开始处理。

2.2.4 第二阶段处理

第一阶段处理结束后，锅炉按正常程序继续升压，直至带满负荷。升温升压前期适当打开汽包对空排汽门，以排除氨羧络合剂和氨羧络合铁盐的气相分解产物，消除对后续如过热器等热力系统和设备的影响。

此阶段，溶液中游离氨羧络合剂的浓度不断降低，而且比第一阶段中更强烈。这与在温度升高时铁更强烈的络合，以及氨羧络合剂和氨羧络合盐开始并越来越彻底的热分解过程有关。当温度升至275℃时，溶液中已没有游离氨羧络合剂，氨羧络合铁盐在受热面上继续分解，而且热负荷越高分解越强烈。结果，在金属表面上留下比清洗沉积物多得多-最主要是牢固得多的磁性氧化铁层。

在升压过程中，如果炉水外观较为混浊、发黑，说明杂质或金属氧化物较多，在升压过程中加强锅炉定期排污和连续排污，以改善炉水外观和含铁量。

2.2.5 机组正常运行

锅炉带满负荷1小时后，EDTA处理结束。机组按正常的运行程序进行操作，化学开始正常投用加药系统、汽水取样系统和化学在线仪表系统，并按照相关控制标准进行正常的水汽品质调整控制。带凝结水精处理系统的机组，此时可投入凝结水精处理运行。

3 结束语

炉内EDTA处理作为一种炉内水工况调节技术，在机组启动阶段实施可明显改善锅炉启动期间和启动后的汽水品质，除去受热面金属腐蚀产物并在金属表面形成耐蚀膜，其优势非常明显。但应用须综合考虑现场实施条件、开机时间等因素，同时应评估存在的腐蚀风险和对后续系统污染风险，考虑是否实施炉内EDTA处理。在锅炉受热面内部结垢量较大和达到锅炉化学清洗年限的情况下，炉内EDTA处理不能替代传统的锅炉化学清洗。虽然二者在除垢阶段的控制温度相近，但实施的目的不同，实施工艺要求的EDTA药品浓度、循环时间、管内流速等关键控制参数上也存在较大差异，实施效果就会明显不同。因此，炉内EDTA处理是用于化学清洗目的的发展和作为炉内水工况的一种调节技术。

[1] 陈颖敏，左俊利，王亚慧.保定电厂协调EDTA锅炉化学清洗探析 [J].锅炉技术，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

陈晓锟 (1972)，男，工程师，云南省电力投资有限公司，从事电厂生产安全及经营管理工作 (e-mail)412484629＠qq.com。

李启平 (1973)，男，助理工程师，云南省电力投资有限公司，从事电厂生产管理工作 (e-mail)516230566＠qq.com。

郭新良 (1971)，男，硕士，高级工程师，云南电网有限责任公司电力科学研究院，从事电厂及电网化学研究工作 (email)330965365＠qq.com。