淺析鍋水堿度對PH值的影響及相應(yīng)舉措

秦麗亞

摘 要：工業(yè)鍋爐在我國應(yīng)用極廣泛，但其使用中一直存在著結(jié)垢與腐蝕的嚴(yán)重問題，問題源自于鍋爐的水質(zhì)，而PH值是控制鍋爐水質(zhì)的核心指標(biāo)之一，堿度與PH值又密切相關(guān)。闡述堿度與PH值的概念與工業(yè)鍋爐爐水PH值要求，分析鍋水的PH值與其堿度之間的關(guān)系及相應(yīng)舉措。

關(guān)鍵詞：鍋水 PH值 堿度 防止舉措

中圖分類號：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）007-046-02

1 PH值與堿度的概念

PH值又叫氫離子濃度指數(shù)、酸堿值，是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，是溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。堿度是指水吸收質(zhì)子的能力，即水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的物質(zhì)的總量。它實(shí)質(zhì)指水中含有可能接收氫離子的物質(zhì)的量，包括強(qiáng)堿、弱堿、強(qiáng)堿弱酸鹽等，如氫氧根、碳酸鹽、重碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、亞硫酸鹽和氮等。堿度指標(biāo)常用于評價水體的緩沖能力及金屬在其中的溶解性和毒性；是對水和廢水處理過程控制的判斷性指標(biāo)。

工業(yè)鍋爐鍋水的堿度主要由OH-與CO32- 組成（在用磷酸鹽處理時有PO43-）。

2 工業(yè)鍋爐爐水PH值與堿度之間的關(guān)系及相應(yīng)舉措

為防鍋爐腐蝕，鍋水PH值一般不能低于10，也不能高于12。在工業(yè)鍋爐工作時，必須控制好鍋水的堿度與PH值這兩個重要指標(biāo)。

2.1 鍋水PH值偏低的原因與危害

2.1.1 原因與危害

鍋爐用水一般來自城市供水系統(tǒng)，我國規(guī)定城市供水系統(tǒng)的水的PH值為6.5-8.5，偏酸性。而城市供水水質(zhì)在處理與傳送中受PH值的影響較大，地表水的PH值因受季節(jié)與環(huán)境污染影響也在變化?？諝庵械腃O2極易溶于水，在天然水（尤其是地下水）中，CO2含量不少。水在軟化、降堿過程中，常會產(chǎn)生游離的CO2，其含量大于20mg/l。中高壓之上的鍋爐，為防止腐蝕，PH值常大于8.0，而最佳的PH值范圍是9.0-9.2。水處理工藝是連續(xù)的且工序之間相互有聯(lián)系，設(shè)計(jì)者再考慮投資成本，它不會滿足所有用水設(shè)備的要求。因而，在鍋爐補(bǔ)充水經(jīng)軟化處理后，進(jìn)入鍋內(nèi)的補(bǔ)給水的PH值不會變化，堿度也不會變化，仍偏酸性。

在鍋水PH值小于7，其堿度也隨之低時，去極化劑——游離的CO2就會同與CO2接觸的金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕：

Fe + H2O + CO2→Fe（HCO3）2 + H2↑

反應(yīng)形成的Fe（HCO3）2是重碳酸亞鐵，極易溶于水，不會在金屬表面生成保護(hù)膜，因此CO2引起的腐蝕是均勻的，鍋爐的金屬表面是結(jié)構(gòu)性減薄。

在鍋爐給水中含各種碳酸化合物，其陰離子一般是CO32-與H CO3-，這些碳酸化合物在鍋爐內(nèi)受熱分解出許多CO2，與蒸汽一同流向用汽、凝汽設(shè)備，在蒸汽凝結(jié)時，CO2溶解到凝結(jié)水中，降低了凝結(jié)水的PH值與堿度，使其呈酸性，繼之腐蝕回水管路系統(tǒng)：

2NaHCO3→CO2↑+ H2O + Na2CO3

Na2CO3 + H2O→CO2↑+2NaOH

CO2 + H2O→H+ +HCO3-

當(dāng)鍋水中同時溶有O2與CO2，兩種氣體產(chǎn)生的兩種腐蝕交叉影響，加速腐蝕，后果更嚴(yán)重。

2.1.2 防止舉措

（1）除掉鍋爐給水中的CO2。鍋爐給水中的CO2多來自鍋爐補(bǔ)充水。工業(yè)鍋爐多采用軟化系統(tǒng)、大型蒸汽鍋爐多采用氫—鈉系統(tǒng)處理補(bǔ)充水，除鹽不被使用在工業(yè)鍋爐的補(bǔ)充水處理中。氫-鈉系統(tǒng)處理的補(bǔ)充水含CO2很少了，低于5mg/L。鈉軟化系統(tǒng)處理的補(bǔ)充水含CO2多，高于20 mg/L。這含CO2高的水經(jīng)除氧器除氧后，CO2基本沒有了。

（2）降低鍋爐內(nèi)碳酸鹽類因受熱分解的CO2。其主要方法是控制鍋水的堿度，即降低NaHCO3的含量。GB1576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》明確規(guī)定了鍋水的堿度：鍋爐額定壓力≦1.0MPa，鍋水總堿度在6-26mmol/L；1.0Mpa﹤鍋爐額定壓力≦1.6Mpa，鍋水總堿度在無過熱器時為6-24mmol/L，有過熱器時≦14 mmol/L；1.6Mpa﹤鍋爐額定壓力≦2.5Mpa，鍋水總堿度在無過熱器時為6-16mmol/L，有過熱器時≦12 mmol/L。

大型工業(yè)蒸汽鍋爐應(yīng)采用氫-鈉系統(tǒng)控制鍋水的堿度，且可減少鍋爐排污率，節(jié)省資源。

上面兩個舉措實(shí)質(zhì)是降低鍋水的酸度，提高鍋水的堿度，從而提高鍋水的PH值以防垢防腐。

2.2鍋水PH值偏高的原因與危害

2.2.1 原因與危害

原水的堿度以暫硬Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2與鈉堿NaHCO3的方式存在。鈉離子交換軟化水的過程中，暫硬堿度轉(zhuǎn)變成了鈉堿度，而且鍋水的堿度以me/L計(jì)算與原水的一樣，但以mg/L計(jì)算增加了些，原因是鈣的當(dāng)量（20）與鎂的當(dāng)量（12）都小于鈉的當(dāng)量（23）。

若原水與軟化水的堿度不太高，對鍋爐防垢防腐極有利。但原水與軟化水的堿度過高時，NaHCO3在受熱與壓力下，化學(xué)分解為Na2CO3，Na2CO3在鍋水中有部分一定會發(fā)生水解反應(yīng)生成NaOH：

NaHCO3→Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + H2O→NaOH + CO2↑

因蒸發(fā)濃縮，鍋水的堿度、相對堿度升高，會產(chǎn)生汽水共騰、堿性腐蝕等嚴(yán)重惡果，降低了蒸汽質(zhì)量，也會導(dǎo)致鍋爐安全事故發(fā)生。而Na2CO3的水解程度取決于鍋爐的溫度，鍋爐溫度的高低又取決于鍋爐的壓力，因此，Na2CO3的水解程度取決于鍋爐的壓力。鍋爐壓力越大，Na2CO3的水解率越高，游離的NaOH越多，鍋水的堿度與PH值也越大，鍋水的汽泡越多，越易產(chǎn)生汽水共騰，堿性腐蝕產(chǎn)生概率增大。

通常，鍋水的PH值在10-12，金屬的表面會形成氧化保護(hù)膜，鍋爐不發(fā)生腐蝕。但隨著Na2CO3，水解率的增加，PH﹥13時，NaOH的濃度達(dá)到5%，即使溫度只310℃，保護(hù)膜也會遭破壞，被溶解成鐵鹽：

Fe3O4 + 4NaOH→2NaFeO2 + Na2FeO2 + 2 H2O

而且，保護(hù)膜被溶解后，金屬因直接暴露在高溫鍋水中而與NaOH發(fā)生反應(yīng)：

Fe + 2NaOH→Na2FeO2 + H2↑

Na2FeO2在高PH值的鍋水中是可溶解的，所以在PH﹥13的鍋水中，堿性腐蝕會更嚴(yán)重。

用磷酸鹽處理高PH值的鍋水時會發(fā)生磷酸鹽暫時消失的現(xiàn)象，消失的變成磷酸氫鹽附著在爐管壁上，另導(dǎo)致產(chǎn)生游離的NaOH，不僅影響受熱面?zhèn)鳠幔以黾渝佀膲A度，從而增加鍋水的PH值，引起鍋爐的堿性腐蝕。用一般的Na3PO4處理過高PH值的鍋水，鍋水中會產(chǎn)生游離的NaOH，使堿性腐蝕繼續(xù)：

Na3PO4 + H2O→Na2HPO4↓+ NaOH

2.2.2 防止舉措

通常采用鍋爐排污法來降低鍋水過高的堿度，從而達(dá)到降低鍋水過高的PH值。

針對Na3PO4處理鍋水中過高的PH值的不足，可同時加適量的Na2HPO4，Na2HPO4能與游離的NaOH發(fā)生反應(yīng)，以防止堿性腐蝕：

Na2HPO4 + NaOH→Na3PO4 + H2O

但要控制Na3PO4與Na2HPO4的用量，可通過控制鈉離子與磷酸根離子的摩爾比值R（R=Na/PO4）確定，R在2.85-2.2范圍內(nèi)，鍋水因之PH值低也不會產(chǎn)生堿性腐蝕，此時游離的NaOH幾乎絕跡。

3 結(jié)語

鍋水PH值的控制對鍋爐的防垢防腐影響至關(guān)重要，而鍋水的PH值與其堿度在正常情況下成正比關(guān)系，我們可通過控制鍋水的堿度來達(dá)到控制鍋水的PH值在10-12之間，以防止鍋爐發(fā)生安全事故，提高鍋爐的運(yùn)行效益與使用壽命。

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