蒸汽冷凝水除鐵新技術：徹底解決系統腐蝕顏色發紅與鐵超標問題

蒸汽冷凝水除鐵新技術：徹底解決蒸汽和冷凝水系統腐蝕及蒸汽冷凝水顏色發紅與鐵超標問題

摘要：本文通過具體實例驗證了，鍋爐系統在停用熱力除氧器的情況下，采用BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法，不僅能徹底解決了蒸汽冷凝水顏色發紅、冷凝水鐵超標問題，還能同時協調解決蒸汽冷凝水除鐵達標直接回收利用與鍋爐蒸汽和冷凝水系統設備和管網腐蝕問題；不僅實現了鍋爐運行降本增效顯著的經濟效益，而且還取得了巨大的節能減排、保護環境良好的社會綜合效益。

關鍵詞：蒸汽冷凝水除鐵；蒸汽冷凝水鐵超標；蒸汽冷凝水顏色發紅；蒸汽冷凝水系統腐蝕；節能減排；降本增效。

一、概況

▲1蒸汽冷凝水除鐵新技術解決蒸汽冷凝水顏色發紅系統腐蝕鐵超標問題實例

河北京車軌道交通車輛裝備有限公司作為京投裝備技術研究院研發成果轉化生產基地，2023年河北京車產值達13.5億元，已累計生產下線17種新車型。河北京車有2臺20噸的蒸汽鍋爐為生產供熱，一用一備，型號為WNS20-1.25-Q。鍋爐使用軟化水作為鍋爐補水，軟化水的水質合格。

▲2蒸汽冷凝水除鐵新技術解決蒸汽冷凝水顏色發紅系統腐蝕鐵超標問題實例

河北京車是京津冀協同發展中的一個創新項目，由于新廠剛建成，新生產線低負荷運轉，鍋爐各項設備也常處于低負荷運行狀態，鍋爐各項工況有時不能達到設計要求，熱力除氧器暫時停止運行，蒸汽冷凝水采用開式回收系統進行回收，蒸汽冷凝水顏色發紅如同桔子汁般。經檢測，蒸汽冷凝水全鐵含量為3.56mg/L，嚴重超標近12倍（國標GB/T1576-2008鍋爐給水全鐵指標為小于或等于0.3mg/L）；蒸汽冷凝水pH值為6.24，呈酸性。

▲3蒸汽冷凝水除鐵新技術解決蒸汽冷凝水顏色發紅系統腐蝕鐵超標問題實例

蒸汽冷凝水顏色發紅鐵離子嚴重超標，說明蒸汽系統和凝水系統存在嚴重腐蝕，未經處理的鐵超標的蒸汽冷凝水直接回用進鍋爐，鐵離子會在鍋爐受熱面上結成氧化鐵垢并產生垢下腐蝕，持續的垢下腐蝕會出現腐蝕坑，情況嚴重的會導致穿孔、泄漏；氧化鐵垢導熱系數很低，不僅造成鍋爐出力下降、能耗升高，還容易導致局部過熱蠕脹，甚至存在爆管的安全隱患。

▲4典型鍋爐管道腐蝕產物氧化鐵垢及垢下腐蝕坑和坑蝕穿孔，看到穿孔了嗎

由于蒸汽冷凝水顏色發紅，鐵離子嚴重超標的現實情況，河北京車物資設備部只能將溫度接近90℃的高溫蒸汽凝結水從地溝排放，此舉不僅浪費了大量能源和水資源，而且增加了廢水排放和相關處理費用，還造成環境污染。所以不論從降本增效的角度，還是從節能減排與保護環境的角度出發，將高溫純凈的蒸汽冷凝水回收到鍋爐，加以循環利用勢在必行。

▲5鍋爐蒸汽冷凝回水顏色發紅、凝水鐵超標，鍋爐蒸汽及冷凝水系統腐蝕

二、需要解決的問題

1、解決鍋爐蒸汽系統設備和管網腐蝕，以及凝水系統設備和管網腐蝕，并清除沉積在系統設備和管網附著面上的氧化鐵腐蝕物，防止系統設備和管網腐蝕、穿孔、泄漏，清除安全隱患，保障鍋爐系統安全生產。

2、解決蒸汽冷凝水鐵超標顏色發紅，讓高溫蒸汽冷凝水達標直接回用鍋爐，改善鍋爐工況，降低天然氣能源和水消耗，以·達到節能減排，降本增效的目的。

三、問題成因分析

1、蒸汽冷凝水顏色發紅的原因。是蒸汽冷凝水在回收過程中，因蒸汽和凝水系統腐蝕產生了大量超標的鐵離子。

2、蒸汽冷凝水pH值為6.24，呈酸性的原因。一方面主要來源是鍋爐軟化水的重碳酸根受熱分解，二氧化碳隨蒸汽進入蒸汽冷凝水系統；另一方面，蒸汽冷凝水采用開式回收系統進行回收，空氣中的二氧化碳溶解進入蒸汽冷凝水中。蒸汽冷凝水接近蒸餾水，非常純凈而緩沖差，有試驗表明，1升蒸汽冷凝水中溶解進1毫克二氧化碳CO2，蒸汽冷凝水PH值就從7直降到5.5，這就是蒸汽冷凝水pH值低，呈酸性的原因。

3、鍋爐蒸汽及冷凝水系統設備和管網腐蝕的2個原因。1是來自二氧化碳引起的，PH值低的酸性腐蝕，這個上面已說明；2是來自氧腐蝕，鍋爐常處于低負荷運行狀態，熱力除氧器停止運行，給水攜帶溶解氧，以及蒸汽冷凝水開式回收，空氣中氧溶解進入蒸汽冷凝水中，造成鍋爐蒸汽及冷凝水系統設備和管網氧腐蝕。

需要特別指出的是，二氧化碳溶于水形成碳酸，碳酸雖是弱酸，但碳酸溶液與相同pH值、完全電離的強酸溶液相比腐蝕性更強，且其腐蝕產物容易溶解，以至于金屬表面不易形成保護膜，導致金屬均勻變薄。鍋爐蒸汽系統及凝水回收系統在氧腐蝕與二氧化碳引起的酸性腐蝕共同作用下，腐蝕速率變得更快，腐蝕更嚴重，不僅導致高溫蒸汽冷凝水資源不能回收利用，還會影響鍋爐系統設備及管線使用壽命和安全生產。

四、解決措施篩選

要解決顏色發紅的蒸汽冷凝水達標回用鍋爐，需要解決蒸汽冷凝水鐵超標問題。當前，行業內解決蒸汽冷凝水鐵超標問題有2個路徑。

1、是在蒸汽冷凝水回收末端安裝高溫過濾除鐵設備，蒸汽冷凝水除鐵達標回用。設備過濾除鐵的種類比較多，大多通過不同的濾芯來過濾除鐵，有錳砂濾料除鐵、高溫燒結陶瓷濾料除鐵、粉末樹脂除鐵、高溫樹脂膜除鐵、電磁除鐵、活性炭復合雙層膜除鐵、磁增益復合除鐵過濾法等。根據水質的不同以及工藝條件的要求，可選擇不同的除鐵設備，有些設備需要對高溫蒸汽冷凝水進行預處理，以達到設備進水要求。經過設備處理，凝水能達到鍋爐給水的水質標準。但是設備過濾除鐵不能解決蒸汽及凝水系統的腐蝕問題，所以凝水中鐵離子來源沒有掐斷，鐵離子仍在持續產生，對于系統設備潛在安全隱患沒有消除，高溫蒸汽冷凝水設備濾除鐵屬于治標不治本，而且過濾除鐵設備通常造價不菲，有工期、占場地、需維護，使用2-3年后，濾料更換造價占設備總造價往往超過三分之一以上。

2、是徹底解決鍋爐蒸汽及冷凝水系統設備和管網氧腐蝕和二氧化碳引起的低PH值酸性腐蝕。以解決蒸汽冷凝水腐蝕，來解決蒸汽冷凝水中鐵離子產生的源頭，讓蒸汽冷凝水達標回用鍋爐。業內解決蒸汽及冷凝水系統設備和管網氧腐蝕和二氧化碳引起的低PH值酸性腐蝕通常有4種成熟技術。

①給水加氨法。給水加氨法一般用在中高壓鍋爐系統，氨有揮發性，在鍋爐內受熱揮發隨蒸汽流動，給水加氨可以提高給水、爐水、凝水的pH值。給水加氨在凝水閉式回收系統且氧含量低的條件下，可以解決二氧化碳引起的弱酸性腐蝕，從而起到緩蝕作用。給水加氨方法不適用在凝水開式回收系統，氨易揮發，氣液相分配比不合理，氣相多液相少，用量大，關鍵是不能解決氧的腐蝕，所以除鐵效果有限。

②給水加除氧劑。鍋爐給水加除氧劑，可以解決鍋內氧腐蝕，蒸汽系統氧腐蝕，閉式蒸汽冷凝水回收系統氧腐蝕。但是，對于開式蒸汽冷凝水回收系統氧腐蝕作用效果有限，且不能解決鍋爐及蒸汽冷凝水回收系統酸性腐蝕，所以除鐵效果有限。各類鍋水除氧劑有各自優劣勢和適用范圍，有的除氧劑價格不低，有的除氧劑除氧效能不佳，具體請查看《九種鍋爐除氧劑除氧效率優劣對比》。

③開式蒸汽冷凝水回收系統改造成閉式蒸汽冷凝水回收系統。可以解決源自外界空氣溶解進入蒸汽冷凝水的氧腐蝕和二氧化碳引起的酸性腐蝕，不能解決源自鍋爐鍋水攜帶的氧腐蝕和酸性腐蝕。有工期，設備和管線需維護，使用3-5年后需更換設備和管線。

④BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法。BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法是在整個系統通過覆膜來隔絕氧腐蝕和二氧化碳引起的弱酸性腐蝕，從根本上徹底解決因腐蝕產生的鐵超標問題。此法不受鍋爐系統工況負荷變化的影響，對金屬設備起到了很好的保護作用，一般用在間接換熱的蒸汽冷凝水回收系統中。

BF凝水除鐵緩蝕劑是北京化工大學研發的專有技術產品，藥劑加入鍋爐系統后，會在鍋爐汽水系統金屬內表面形成具有吸附及憎水作用的單分子層保護膜。該膜的分子間隙比二氧化碳和氧分子的截面小，從而能防止鍋爐系統氧腐蝕和弱碳酸腐蝕的發生，從根本上解決了蒸汽冷凝水中鐵離子的產生。BF凝水除鐵緩蝕劑為復配有機胺類堿性藥劑，有良好的氣液分配比，藥劑能充滿整個用汽及凝水回收系統氣液相空間，起到全系統防腐保護。

▲6蒸汽冷凝水鐵超標5種常見除鐵方式優劣勢比較

通過對蒸汽冷凝水鐵超標5種常見除鐵方式優劣勢比較（見上圖6），河北京車軌道交通車輛裝備有限公司物資設備部在集體商討后，根據本單位熱力生產工藝特點，決定采用BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法來根本解決蒸汽冷凝水除鐵回收利用，和鍋爐蒸汽冷凝水系統設備及管線嚴重腐蝕這2個現實問題。

為了驗證BF凝水除鐵緩蝕劑能否徹底解決京車鍋爐蒸汽冷凝水除鐵回收利用，和鍋爐蒸汽冷凝水系統設備及管線嚴重腐蝕2個現實問題，用戶與我們商議確定藥劑正式應用前進行藥劑試用實驗，先采購15天劑量的藥劑，并制定了BF凝水除鐵緩蝕劑藥劑試用實驗方案和具體加藥操作計劃。

各位同行，各位同學，你們單位鍋爐高溫蒸汽冷凝水回收利用在使用哪種處理工藝，處理效果如何？關于鍋爐腐蝕結垢爆管、鍋水發紅、蒸汽冷凝水鐵超標、蒸汽凝結水顏色發黃、鍋爐結垢不停爐不停工在線除垢技術、凝汽器結垢不停機不停工不停車在線清洗除垢技術等問題，北京化工大學顏輝I86OO475З86隨時歡迎各位同仁討論問題交流經驗心得，隨時歡迎各位同仁分享鍋爐設備管理使用經驗，就解決鍋爐各種實際問題相互學習。蒸汽冷凝水除鐵新技術：徹底解決蒸汽和冷凝水系統腐蝕及蒸汽冷凝水顏色發紅與鐵超標問題

五、問題解決過程及總結

1、BF凝水除鐵緩蝕劑試用試驗內容

①通過對鍋爐給水添加BF凝水除鐵緩蝕劑的方式，對蒸汽管道、換熱器及其凝液回收系統設備及管道進行預膜處理，從源頭上解決蒸汽管道、換熱器及其凝液回收系統管道腐蝕的問題，延長鍋爐系統設備及管線的使用壽命，確保系統設備安全生產，同時確保蒸汽冷凝水除鐵達標，全鐵指標符合鍋爐給水的標準并長期穩定。

②對爐水的pH值、總堿度、蒸汽冷凝水的pH值、鐵離子濃度進行檢測分析，確定合理的藥劑的添加量。

③改善鍋爐水質，提高爐水濃縮倍數，降低鍋爐排污量，提高熱能的利用率，一句話節能減排降本增效。

2、BF凝水除鐵緩蝕劑試用試驗方案

本次BF凝水除鐵緩蝕劑投加試驗以24小時為試驗時長。為了迅速對鍋爐系統完成覆膜，加藥量采用先高后低逐漸遞減的方式，確定關鍵點，調整每次藥劑加入量后，對凝液中鐵離子濃度、pH值等進行取樣對比觀察，每次取3份蒸汽冷凝水水樣，并對其進行標記后存檔及檢測分析。

3、 BF凝水除鐵緩蝕劑試用試驗過程

2022年7月2日下午4點，河北京車蒸汽系統腐蝕及冷凝回水治理試驗開始。

▲7鍋爐蒸汽冷凝回水顏色發紅、凝水鐵超標，7月2日蒸汽冷凝回水水樣

2022年7月2日下午4點蒸汽冷凝回水取樣（見上圖7），回水顏色明顯的橙紅色，回水pH值為6.24（見下圖8），呈酸性，取樣后開始投加藥劑治理試驗。由于系統腐蝕嚴重，鍋爐低負荷運行，蒸汽及冷凝水系統水循環緩慢及初次覆膜，首次投加藥劑量加大。

▲8蒸汽冷凝回水顏色發紅鐵超標，凝水PH值低呈酸性，蒸汽冷凝水系統腐蝕

▲9鍋爐冷凝回水顏色發紅鐵超標治理7月2日水樣（左）4日水樣（右）

2022年7月4日10點取樣觀察，蒸汽冷凝回水PH值8，回水顏色有明顯好轉（見上圖9），鍋爐系統腐蝕基本控制住了，由于系統回水慢，還需要一段時間完善系統覆膜和替換系統原來存水。

▲10鍋爐冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理7月5日水樣（右1）顏色變化

▲11藥劑處理后蒸汽冷凝回水水樣PH值8.5呈堿性

2022年7月5日10點取樣觀察，回水顏色有持續好轉（見上圖10），蒸汽冷凝回水PH值8.5呈堿性（見上圖11）。

▲12鍋爐冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理7月6日水樣（右1）顏色變化

2022年7月6日取樣觀察，蒸汽冷凝回水PH值8，回水顏色有持續好轉（見上圖12），從蒸汽冷凝水外觀顏色變化趨勢來看，以過往經驗預期最多還有2天時間，蒸汽冷凝水全鐵指標達標，周五前順利結束實驗，屆時取樣打道回府，心情不錯。

▲13鍋爐蒸汽冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理7月7日水樣顏色變化

2022年7月7日10點取樣觀察，蒸汽冷凝回水PH值8，回水顏色發黑突然惡化（見上圖13），怎么回事？這個情況不常見，有點懵圈，蒸汽冷凝水顏色由前1天的純凈通透變成發烏發紅，回水顏色比未處理前還深。經京車物資設備部溝通確認，京車公司在取樣前一天6日和7日當天沒有啟用新的用汽生產線帶來的氧化鐵腐蝕物。分析認為，如果沒有新增用汽環節，蒸汽冷凝回水顏色突然出現加深的變化原因，是藥劑滲透系統氧化鐵垢等腐蝕物下覆膜完成，氧化鐵垢腐蝕物附著力變小、沉積的氧化鐵垢腐蝕物脫落被沖刷出來了。這也是回水顏色發烏發黑而不是未處理前顏色發紅的原因。因此，還需延長用汽系統腐蝕物排出時間，實驗時間看來要延長，周末泡湯了。

▲14鍋爐蒸汽冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理7月8日水樣顏色變化

7月8日上午10點，取樣觀察，蒸汽冷凝回水PH值8，蒸汽冷凝回水顏色有好轉（見上圖14）。沉積氧化鐵腐蝕物被沖刷后第2天水質，對比昨天的發烏發黑顏色好多了，氧化鐵腐蝕物在系統內殘存不多了，再次預期回水水質穩定還需3天左右，接著觀察。

▲15鍋爐蒸汽冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理7月9日水樣顏色變化

7月9日上午10點，取蒸汽冷凝水樣觀察，蒸汽冷凝回水PH值8，蒸汽及冷凝水系統氧化鐵垢腐蝕物被沖刷后第3天水質，對比前1天的發烏發黑顏色好多了（見上圖15），回水顏色有持續好轉，接著觀察。

▲16鍋爐蒸汽冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理7月10日水樣顏色變化

7月10日上午10點，取樣觀察，由于受系統無除氧及特殊工況影響，系統腐蝕嚴重腐蝕產物較多，從近幾天回水顏色變化來看，回水系統中沉積的氧化鐵腐蝕物已經被沖刷排出得差不多（見上圖16），鍋爐系統腐蝕和回水鐵超標已經被控制住了，蒸汽冷凝回水基本達標可以回用。

▲17鍋爐蒸汽冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理7月11日水樣顏色變化

7月11日上午10點，取樣觀察，蒸汽冷凝回水系統中沉積氧化鐵腐蝕物已經被沖刷排完，回水顏色外觀通透純凈（見上圖17 ），從回水顏色來看，鍋爐系統腐蝕和回水鐵超標情況已經被控制，回水水質已經達標。凝水鐵離子含量為0.21mg/L，國標要求小于0.3mg/L；硬度0.01mmol/L，國標要求小于0.03mmol/L，均符合鍋爐給水標準。從蒸汽冷凝水檢測數據變化來看，鍋爐系統腐蝕和凝水鐵超標已經被控制，凝水可以回用鍋爐，河北京車蒸汽系統腐蝕及冷凝回水治理試驗達標，試驗停止。

▲18鍋爐蒸汽冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理水樣顏色變化

本案例鍋爐水質治理用時太長，歷時長達9天，這是筆者參與蒸汽冷凝水系統防腐和高溫蒸汽冷凝回水除鐵藥劑效能試用試驗時間最長的一次，以前最長時間記錄是7天，通常是3-5天如果各位同行，各位同學能耐心看到這里，非常不容易。顏輝歡迎索閱，《國家電投集團下屬某分公司全廠蒸汽凝液系統凝水除鐵緩蝕劑添加試驗實施方案》及具體詳細現場水樣檢測實驗數據，以供參考。

▲19鍋爐蒸汽冷凝水顏色發紅鐵超標系統腐蝕治理水樣顏色變化

4、實驗結論

通過長達九天的藥劑效能實驗，經過加藥處理后的蒸汽冷凝水全鐵指標達到國標要求，從根本上解決了鍋爐蒸汽及冷凝水系統設備和管網的腐蝕問題，管網設備得到防腐保護，對于系統設備安全生產運行起到了很好的保障作用，使用壽命也能大大延長。

六、解決蒸汽冷凝水除鐵達標回用及系統設備和管網腐蝕問題的社會經濟效益

1、高溫蒸汽冷凝水除鐵回收利用經濟效益估算

京車2臺20噸蒸汽鍋爐，一用一備，年運行時間為360天，低負荷運行，平均每天產汽量為300噸（取整數便于計算），原水價格為6元，軟化水溫度為15℃，凝水溫度為90℃，天然氣熱值為8400Kcal，天然氣價格為4.32元/m3，天然氣鍋爐效率90％，軟化水工業鹽每公斤價格為0.7元，污水綜合處理費8元/噸。

① 節省原水：軟化設備產水率80%

360×300噸÷80%=135000噸

② 節約軟化用鹽：回收1噸凝結水可減少鹽耗0.55kg

360×300×0.55=59400公斤

③ 節約的天然氣燃料：

360×300X1000×(90℃-15℃)÷8400÷90％=1071429m3

④ 減少排污污水綜合處理費用

135000×8=1080000元

⑤ 蒸汽冷凝水直接回收的經濟效益

135000×6+59400×0.7+1071429×4.32+1080000=6560153元=656萬元

京車鍋爐冷凝水除鐵回收利用每年節省水資源135000噸；節省工業鹽59400公斤；節約的天然氣1071429m3；節約污水綜合處理費1080000元；京車鍋爐蒸汽冷凝水除鐵回收利用綜合經濟效益大約為656萬元，綜合經濟效益和社會效益顯著。

隨著河北京車新廠生產逐漸提速加量，鍋爐各項設備常負荷持續增加，鍋爐產氣量和蒸汽冷凝水回水量相應增加，高溫蒸汽冷凝水除鐵回用綜合經濟效益和社會效益還會更加顯著。

2、特別說明

①本次高溫蒸汽冷凝水除鐵回收利用經濟效益估算，不含減少軟化水生產裝置運行管理費及節電費用，以及由于高溫純凈的蒸汽冷凝水回用所增加鍋水濃縮倍率，改善鍋爐運行工況，以及由此所帶來的大幅度減少鍋爐排污水量及其熱能損失。

②本次高溫蒸汽冷凝水除鐵回收利用經濟效益估算，還不含通過對鍋爐給水投加BF凝水除鐵緩蝕劑對鍋爐水和汽全系統設備及管線進行防腐緩蝕保護后，鍋爐系統設備及管線從此不再會被腐蝕，因而不再會有穿孔、泄漏甚至爆管等影響鍋爐安全運行生產隱患，并且不含延長鍋爐系統設備及管網使用壽命所帶來的固定資產折舊的經濟效益。

③本次高溫蒸汽冷凝水除鐵回收利用經濟效益為估算，非實時數據，僅作參考之用。關于其他徹底解決蒸汽和冷凝水系統腐蝕顏色發紅與蒸汽冷凝水鐵超標問題解決方案和案例高溫蒸汽冷凝水各項指標實際檢測數據，顏輝歡迎各位同仁、同學隨時交流溝通。

七、結論

鍋爐系統在停用熱力除氧器的情況下，采用BF凝水除鐵緩蝕劑成膜法，不僅能徹底了解決蒸汽凝結水顏色發紅、冷凝水鐵超標問題，而且證明了BF凝水除鐵緩蝕劑同時協調解決蒸汽冷凝水除鐵達標直接回收利用與鍋爐蒸汽及冷凝水系統腐蝕問題是行之有效的技術產品；BF凝水除鐵緩蝕劑以較低經濟成本投入，不僅實現了鍋爐運行降本增效的顯著經濟效益，而且還取得了巨大的節能減排、保護環境良好的社會綜合效益。

蒸汽冷凝水除鐵新技術：徹底解決蒸汽和冷凝水系統腐蝕及蒸汽冷凝水顏色發紅與鐵超標問題（顏輝）