论制氢装置锅炉水设备管理工作的重点

郑书娟

【摘要】根据辽河油田油气工程技术处化工一公司制氢装置锅炉水系统实际运行状况，分析锅炉水系统设备腐蚀的原因，提出了相应的管理防范措施，从而，减缓设备腐蚀，保证安全生产。

【关键词】锅炉水；腐蚀

1.概述

制氢装置是利用天然气和水蒸汽在触媒、高温、一定压力条件下进行转化反应，制得含H2、CO和CO2气体的转化气，通过变压吸附技术将转化气中的氢气提纯后制取产品氢气。其中，生产原料中的水蒸汽是回收高温转化气和烟气余热自产的水蒸汽，锅炉系统所使用的锅炉给水是经过反渗透装置脱盐处理后的脱盐水。但是，制氢装置在长周期、高负荷情况下运行易引起锅炉水系统的设备腐蚀。

2.腐蚀原因分析

锅炉水系统腐蚀分为溶解氧腐蚀、酸碱腐蚀、碱性脆化腐蚀、冲击腐蚀等，无论那种形式腐蚀，都极易造成设备渗漏。对于制氢装置来说，锅炉水系统采取的是废热锅炉，因此，大多数设备都是通过两种介质进行传热的换热器，腐蚀多发生在换热器部分。

2.1溶解氧腐蚀

溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀，铁氧形成两个电极，组成腐蚀电池，在腐蚀电池中铁的电位总是比氧的电极电位低，所以铁是电池的阳极，而遭到腐蚀。

阳极反应：Fe→Fe2++2e

阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH-

由于这些生成物比较疏松，没有保护性，一旦在金属表的某一点发生腐蚀，就会持续下去。究其原因主要有两方面，一方面是氧化铁帽中产生一种酸性溶液，加速了铁的溶解及提高了导电度；另一方面生成氧化铁帽，腐蚀产物阻止了氧的扩散，在腐蚀产物下形成缺氧的阳极区，外部便形成了富氧阴极区，从而构成了一个浓差电池，两部分的差异，加速了腐蚀反应。溶解氧腐蚀随着水中溶氧量的增加和水温提高，腐蚀性也就愈强。在密闭的给水系统中，一般温度越高，金属的腐蚀速度越快。

当PH值小于4时，金属表面不易形成保护膜，腐蚀会加大。当PH值4-9之间，金属表面形成一种致密的氢氧化物保护膜，所以腐蚀速度会降低。然而在强碱性环境时，由于Fe3O4保护膜在强碱性环境下溶解，腐蚀速度会重新上升（Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O）。另外，水中不同离子对溶解氧腐蚀速度也有所不同，水中含有Cl-时，将破坏保护膜，促进腐蚀；水中含有OH-、CO32-、PO43-等阴离子时，可促进保护膜的生产，从而减缓腐蚀。

若不对制氢装置锅炉水系统溶解氧加以控制，随着转化工艺系统负荷的提高，锅炉热负荷增加、给水压力提高，溶解氧腐蚀也会随之加剧。制氢装置低压汽包液位计连接处、下降管连接处、汽包本体及焊道多处出现渗漏，低压废锅多处也出现漏点。在年度计划停车检修时，将汽包人孔打开，发现汽包内壁颜色为红褐色的铁锈，同时汽包内表面布满许许多多的颗粒状物氧化铁，很明显发生溶解氧腐蚀。

2.2酸碱腐蚀

在酸性水中，铁与酸反应生产铁离子并释放出氢气，同时氢原子与钢中的碳发生反应生成CH4，脱碳会使金属沿晶界面产生裂缝。另外，CO2溶于水中，形成H2CO3弱酸，H2CO3部分解析而产生H+，造成腐蚀。当炉水中含有较多的碳酸盐和磷酸盐时，会产生游离的NaOH，游离碱会在多孔沉积物和炉管金属表面间浓缩，过度浓缩的碱会溶解金属保护膜而形成铁酸根与次铁酸根离子的混合物，碱腐蚀特别容易发生传热量较大的地方和沉积物下。碳钢与水接触PH值8.5-10.3时，一般不会产生碱性腐蚀。

2.3碱性脆化腐蚀

碳钢在氢氧化钠的水溶液中产生应力腐蚀，使金属本身产生裂纹，发生脆性断裂。形成碱性脆化的主要原因有（1）锅炉水中含有游离的NaOH；（2）锅炉水产生局部浓缩；（3）受拉力作用：（4）晶粒间含有杂质；（5）不正常的焊接造成应力。

2.4冲击腐蚀

冷凝水管中汽水混合流动速度变化激烈，在弯头处冲刷管壁，引起管壁变薄而导致破裂，或者水流流速高、流动紊乱和不断形成湍流区的局部位置，都易发生冲擊腐蚀。在制氢装置中，比如：第一给水预热器、第二给水预器属于蛇形盘管式换热器，一般在弯头焊道易发生冲击腐蚀和碱性脆化腐蚀，从而出现渗漏现象。

3.防范对策

制氢装置锅炉水系统要严格按照锅炉水指标进行调节控制：（1）开放式除氧器要充分利用氧在水中溶解度随着温度的升高而降低的特性达到除氧效果，同时可加入除氧剂N2H4，N2H4除氧需在碱性环境以及水温大于80℃条件下才能达到除氧效果；（2）加强锅炉水系统的排污，减少沉积物；（3）控制好除氧器、汽包的PH值，除氧器PH值一般应控制在8.5-9.2，汽包PH值控制在9-11，从而减少设备的酸碱腐蚀；（4）未除氧前的设备及管线应选择耐腐蚀的金属材料或有保护涂层的材料。

4.结束语

综上所述，锅炉水系统设备腐蚀本身是极其复杂的过程，也是各种腐蚀综合作用的结果，在实际生产过程中，认真按照锅炉水系统工艺指标，工艺要求进行控制，减少设备腐蚀，才能确保锅炉水系统的安全运行。

参考文献

[1]陈洁，杨东方.锅炉水处理技术问答.化学工业出版社，2003.

[2]余学军.浅析高压锅炉水侧腐蚀及防治对策[J].宁夏电力，2005，S1：209-211.

[3]凌汉宏.高压锅炉水侧腐蚀及防治[J].石油化工腐蚀与防护，2003，20（6）.

[4]白玉钢.高压锅炉水侧腐蚀及防治[J].赤峰学院学报，2008，24（2）.

[5]邓小江.浅谈锅炉水侧腐蚀的原因及防治[J].石河子科技，2010，194.