成膜胺缓蚀剂在燃气锅炉尾部节能器中防腐效果研究

2021-01-09张文华

石油和化工设备 2020年12期

张文华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，新疆乌鲁木齐 830011）

近年来，为了治理大气污染、改善空气质量，响应国家节能减排号召，很多城市建成区积极推进工业锅炉”煤改气”工程。随着燃气锅炉的运行，锅炉尾部烟道烟气凝结水的腐蚀问题日益凸显。

天然气经过燃烧后产生的主要成分为：水、二氧化碳、硫的氧化物、氮氧化物及过剩空气。水的比例占50%～60%，其它以二氧化碳为主的酸性气体能够溶解到水中。当尾部烟气经过多次冷却后，其温度低于烟气的露点时凝结速度会很快，从而在尾部设备中产生大量凝结水。此时酸性气体的溶解速度大幅度提高，使得冷凝水呈较强的酸性，造成尾部节能器等腐蚀破坏，甚至穿孔渗漏，影响设备的正常运行。

成膜胺作为一种水介质缓蚀剂在液相中使用，相关文献中有较为全面的报道和应用成果[1-3]，然而应用在燃气锅炉的尾部烟道防腐上，这种属于气/液双项界面、介质处于不稳定流动状态的特殊环境的可行性研究少有报道。

本文对成膜胺缓蚀剂在燃气锅炉尾部烟气凝结水腐蚀中的应用进行研究，获得了较为满意的结果。

1 实验部分

1.1 缓蚀剂的选择

燃气锅炉节能器设备组件以黑色金属为主，中间有合金钢。金属不是长期浸泡在介质中，主要做为冷凝水凝结中心和汇集流动通道。环境温度40～90℃，介质pH值在2～6之间，腐蚀性质属于酸性介质中的化学腐蚀加部分电化学腐蚀。由此特点，必须选择能够在酸性介质中使用，具有良好的水溶性且具有金属亲和能力的成膜类缓蚀剂。

已研究作为酸性介质缓蚀剂的有机化合物有醛、炔醇、有机酸等含碳氢氧的化合物；吡啶、喹啉、有机胺、苯胺、哌啶、吡咯烷、嘧啶、硬脂酰胺等含氮的有机化合物；含硫的有机化合物；含磷的有机化合物等[4]。

通过查阅相关文献进行筛选，选择了吸附膜型缓蚀剂十八胺做为主要药剂进行试验，同时据相关文献介绍十八胺在400～450℃时形成的保护膜最为致密，其它温度条件时效果会递减[5]，由此选择了1#pH调节剂、2#成膜促进剂、3#稳定剂做为辅助试剂来提高单一组分的成膜效果。

1.2 成膜胺防腐机理

十八胺分子中的亲水基团为-NH2，亲油基团为烷基。在锅炉节能器烟气侧水汽系统中，烷基向外，氨基则向内吸附排列在金属表面形成一层吸附膜。吸附膜中的烷基具有憎水性，从而阻止冷凝水中的酸性物质和金属接触，起到防止金属腐蚀的目的。

1.3 加药装置

采用高压往复泵做为动力，选择进口喷射头来加药，使药剂成为雾状随蒸汽流进入设备，随水蒸气冷凝吸附到金属表面，从而使缓蚀剂与金属形成最大接触面积。加药装置如图1。

图1 冷凝器加药装置

1.4 实验方法

选择市区某锅炉房同一型号具有相同工况和运行参数的两台4吨锅炉，一台进行现场加药，另一台作为空白试验进行比对。整个实验过程通过对节能器烟气冷凝水的pH值、总可溶性铁含量指标的测定，来准确衡量实验效果及对实验条件进行优化。

2 结果与讨论

2.1 缓蚀剂浓度

缓蚀剂一般多用于封闭和循环的体系中，而锅炉尾部节能器烟气侧则是流通系，所以缓蚀剂的及时补充及恒定浓度的确定尤为关键。按照1m3天然气完全燃烧后产生1.6kg水计算，加药量=天燃气量×1.6×0.02L，初步计算加药量，再结合缓蚀剂有效缓蚀作用的pH范围（7.5～8.2），调整至最佳加药量。

2.2 加药试验比对

对1#锅炉尾部烟气进行加药，2#锅炉作为空白，连续测试7天，分别从节能器烟气冷凝水的pH值、总可溶性铁含量数据进行比对，验证实验效果。由图2可知，未加药的烟气冷凝水pH值为2～4，节能器金属在此pH范围冷凝水的接触下，会发生化学腐蚀和电化学腐蚀；而加药后烟气冷凝水pH值在8左右，此pH范围内缓蚀剂缓蚀效率较高，防腐效果好。从图3烟气冷凝水中总可溶性铁含量也可得到很好的验证，未加药的2#锅炉尾部烟气冷凝水中总可溶性铁含量为200～420mg/L，而加药1#炉尾部烟气冷凝水中总可溶性铁含量几乎为0。