中和胺pH值调节能力的分析比较

张柏鸿，李红，孙辉，李俊峰，王坤鹏，张冲，陈奇，陈丽鹏，褚运伟

（1.鞍钢贝克吉利尼水处理有限公司，辽宁 鞍山 114041；2.鞍钢股份有限公司，辽宁 鞍山 114041）

中和胺pH值调节能力的分析比较

张柏鸿1，2，李红1，孙辉1，李俊峰1，王坤鹏1，张冲1，陈奇1，陈丽鹏1，褚运伟1

（1.鞍钢贝克吉利尼水处理有限公司，辽宁 鞍山 114041；2.鞍钢股份有限公司，辽宁 鞍山 114041）

为了防止锅炉腐蚀，pH值的调节至关重要。就影响锅炉水系统中和胺pH值的调节能力的因素进行分析。研究结果表明，氨、环己胺、吗啉和二乙基氨基乙醇等常用pH值调节剂的pH值调节能力受分配系数、相对分子质量和对纯水的pH值调节能力等因素的影响。在选择中和胺pH值调节剂时应综合考虑各影响因素，同时还要考虑现场工况，即锅炉的压力和冷凝过程。

锅炉；中和胺；分配系数；相对分子质量；pH值调节剂

锅炉在运行过程中，经常存在非正常腐蚀问题。锅炉非正常腐蚀不仅影响锅炉的使用寿命，还给安全生产带来严重隐患。造成锅炉腐蚀的常见因素是水体中含有的O2和CO2。对于连续运行的锅炉系统，只要运行正常和冷凝水回收管网设计合理，漏入空气的可能性很小，冷凝水作为部分锅炉补给水回用时带入的氧很少，那么造成锅炉腐蚀的主要因素是水中含有的 CO2［1］。据测算，在 20℃以下，0.2 mg/L的CO2就可以使纯水pH值从7.0下降至5.9，从而导致金属腐蚀速率增加［2］。

为了防止锅炉腐蚀，pH值的调节至关重要。向锅炉给水系统中加入pH值调节剂（中和胺），中和胺可以与回流冷凝水、锅炉补给水中的碳酸发生反应，生成不易分解的产物，以提高给水和冷凝水的pH值。影响中和胺调节pH值能力的因素包括分配系数、中和能力及中和胺在纯水中的调节能力，本文就目前应用比较多的中和胺（氨（NH3）、环己胺（CYCLO）、吗啉（MORPH）和二乙基氨基乙醇（DEAE））进行影响因素分析比较，为中和胺pH值调节剂的工程应用提供参考。

1 影响中和胺pH值调节效果的因素

1.1 分配系数

分配系数是选择中和胺时要考虑的首要因素。分配系数是表示在冷凝水和蒸汽共存的条件下，中和胺在蒸汽中的浓度和在与此蒸汽接触的水中的浓度的比值。中和胺在冷凝水中才能起到中和作用，在蒸汽中是起不到中和作用的。如果中和胺的分配系数大于1.0，表示该中和胺更多地存在于蒸汽中；如果中和胺的分配系数小于1.0，则表示该中和胺更多地存在于冷凝水中。

分配系数是随着压力的变化而变化，不同的中和胺的分配系数随压力的变化趋势是不同的，常见几种中和胺在不同压力下分配系数［3-5］如表1所示。

表1 中和胺在不同压力下的分配系数Tab.1 Distribution coefficients of neutralizing amine under different pressures

从表1可以看出，NH3的分配系数随着压力的增加逐渐减小；CYCLO、MORPH、DEAE的分配系数一开始随着压力的增加逐渐增大，达到一定数值后出现拐点［6］，随着压力的继续增加，分配系数开始减小。所以在选择中和胺的种类时，应考虑锅炉的压力和工艺条件。 如压力在0 MPa时，4种药剂中MORPH分配系数最小；当压力达到1.38 MPa时，NH3、MORPH、DEAE分配系数均比CYCLO小，随着压力的增加这种趋势更加明显；当压力达到6.89 MPa时，MORPH的分配系数最小，NH3的分配系数和DEAE接近，而CYCLO的分配系数最大。

在表1所示的各种压力下，MORPH的分配系数都最小，所以在只考虑分配系数的条件下，MORPH是理想的pH值调节剂。但是MORPH和DEAE价格高，并不适合在大规模工业生产中使用；对比NH3和 CYCLO，当压力大于 4.13 MPa时，NH3就是一个更好的选择，但是NH3会对铜合金有腐蚀，如果锅炉系统中有铜合金，使用NH3作为pH值调节剂，则应注意pH值不能太高，否则会加剧铜合金的腐蚀。锅炉的冷却系统较长，蒸汽逐级冷凝，就不能只选择分配系数很小的中和胺，这时应该采用多种中和胺复合的pH值调节剂，以保证蒸汽中中和胺的含量，避免中和胺在前级过快地随冷凝水析出，导致后面各级的冷凝水中没有足够的中和胺来调节pH值。

1.2 中和单位质量CO2所需中和胺的质量

中和胺中和碳酸的反应方程式如下：

RNH2+H2CO3=RNH3++HCO3-（1）

根据方程式的化学计量数，可以看到，相对分子质量越小的中和胺，中和单位质量CO2所需的质量也越小。中和1 mg的CO2所需不同种类中和胺的质量如表2所示。

表2 中和1 mg的CO2所需中和胺的质量Tab.2 Amount of required neutralizing amine to neutralize 1 mg CO2

从表2可以看出，中和1 mg CO2所需中和胺质量的顺序为NH3＜MORPH＜CYCLO＜DEAE。中和能力以NH3最强。

1.3 中和胺在纯水中的pH值调节能力

在相同的4份纯水中，分别投加4种不同的中和胺，观察中和胺在纯水中的调节能力。试验结果如表3所示［3］。

表3 多种中和胺在纯水中的pH值调节能力Tab.3 pH adjustment ability of various kinds of neutralizing amine in pure water

从表3可以看出，pH值在7～10之间，达到相同pH值，NH3投加量最小，pH值大于10时CYCLO投加量最小。

综合分配系数、中和能力以及在纯水中pH值调节能力这3方面的因素可知，NH3在pH值调节方面具有显著优势；同时NH3价格低廉，也使得NH3和其他3种中和胺相比优势更强。

2 现场应用案例

以鞍钢鲅鱼圈厂区75 t煤气锅炉为例，该锅炉压力为5.30 MPa，蒸汽经过换热设备后形成高温冷凝水，为减轻CO2腐蚀，该锅炉运行初期通过加药泵加入pH值调节剂（主要成分为CYCLO）。一段时间后，锅炉水系统pH值突然降低至8以下，加大pH调节剂的投加量，pH值提升效果也不明显，极易造成锅炉腐蚀，影响正常生产。分析认为，出现该种情况的原因是由于投加的pH值调节剂CYCLO在5.30 MPa下的分配系数较高（为6.8左右），锅炉水中所含中和胺含量较低，pH值调节能力有限，不能很好地起到中和作用，导致pH值降低。而NH3在5.30 MPa下的分配系数为3.6，在该工况条件下，有良好的pH值调节能力；同时NH3价格相对便宜，故此更换以NH3为主要成分的pH值调节剂。鞍钢鲅鱼圈厂区75t煤气锅炉更换pH值调节剂后，锅炉水系统pH值恢复正常。该锅炉炉水pH值变化如表4所示。技术上要求炉水pH值为9～ 11，于5月6日开始更换为以NH3为主要成分的pH值调节剂，pH值稳步提高。

表4 锅炉炉水pH值变化情况Tab.4 Boiler water pH value changes

3 结语

影响中和胺调节pH值能力的因素包括分配系数、相对分子质量和对纯水pH值的调节能力，同时还要考虑现场工况即锅炉的压力和冷凝过程长度。分配系数是最重要的影响因素，它决定了锅炉水的中和胺含量，足够的中和胺才能充分调节锅炉水的pH值，减缓腐蚀，因此应根据锅炉的压力，选择在此压力下分配系数小的中和胺来作为pH值调节剂。如果锅炉蒸汽的冷凝过程较长，一般都会选择复合中和胺来作为pH值调节剂。同时还要考虑经济成本。

［1］雍士玮.冷凝水回收过程中酸腐蚀产生的原因分析及防护措施［J］.节能，2003，（8）：40-42.

［2］周本省.工业水处理技术［M］.北京：化学工业出版社，2002：462-463.

［3］ENVIRO-AQUA CONSULTANTS INC.Neutralizing amines［J］. Water Talk，2010，10（3）：20-21.

［4］AWT BOILER WATER SUBCOMMITTEE.Boiler water treatment chemical guidelines［J］.The Analyst，2013，20（1）：11-18.

［5］YUZWA G F， ENG P.Corrosion Protection of Condensate System［R］.Alberta：H2O Engineering LTD.，1998：2-3.

［6］ROBINSON J，CARVALHO L，ROSSI A.Do Neutralizing Amines Have a Role in the Treatment of High Purity Boiler Feedwater［R］. America：GE Power&Water，2010：5-6.

Analysis and comparison of neutralizing amine pH adjustment ability

ZHANG Bai-hong1，2，LI Hong1，SUN Hui1，LI Jun-feng1，WANG Kun-peng1，ZHANG Chong1，CHEN Qi1，CHEN Li-peng1，CHU Yun-wei1
（1.Angang BK Giulini Water Treatment Co.，Ltd.，Anshan 114041，China；2.Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114041，China）

pH value adjustment plays a very important role in protecting boiler from corrosion.The factors influencing the neutralizing amine pH adjustment ability of boiler water system were analyzed.The results showed that，the pH adjustment ability of ammonia，cyclohexylamine，morpholine，diethylamino ethanol and other commonly used pH regulators were affected by distribution coefficient，relative molecular mass and the pH adjustment ability in pure water.It was pointed out that，various influencing factors and site conditions of boiler pressure and condensation process should be considered when choosing neutralizing amine pH regulator.

boiler；neutralizing amine；a distribution coefficient；relative molecular mass；pH regulator

TQ085

A

%1009-2455（2016）05-0040-03

张柏鸿（1974-），男，辽宁鞍山人，工程师，硕士，从事工业水处理技术研究工作，（电子信箱）zbh@angangbkg.com。

2016-06-16（修回稿）