碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢须注意四个问题

碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢须注意四个问题

 

摘要：使用碳酸钠Na2CO3调节锅水pH的范围有限，碳酸钠Na2CO3过量不仅会造成锅水含盐量加大，电导率上升；碳酸钠Na2CO3过量还会降低蒸汽及凝水PH值，腐蚀换热器及凝水管线，凝水颜色发红铁超标；当锅炉已有结垢或发生腐蚀时少用、慎用，而在结垢或腐蚀物局部造成介质浓缩碱腐蚀，会加速锅炉设备腐蚀、穿孔、泄漏。近年来，使用多效能BF防腐除垢剂替代碳酸钠或氢氧化钠来调节锅炉给水PH值的用户越来越多了。

关键词：碳酸钠调节pH值；碳酸钠调碱度；碳酸钠防垢；碳酸钠优缺点

一、碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢的基本原理

碳酸钠俗称苏打、纯碱、碱灰、洗涤碱，分类属于盐，不属于碱，化学式为Na2CO3，普通情况下为白色粉末或细盐状。锅炉给水加碳酸钠调节锅水碱度、PH值、防垢的基本原理就是利用碳酸钠溶于水呈碱性，可提高锅水碱度和中和PH值低的酸性给水中的二氧化碳，解决酸性软化水或除盐水对锅炉及管道的腐蚀。碳酸钠是弱电解质，溶于水中形成了碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，在溶液中存在着电解的平衡，碳酸钠电解出来的氢氧根与锅水中的硬度成分（如钙离子、镁离子）结合参与反应形成无定形水渣，不生成结晶形式水垢，从而达到防垢目的。随着其电解出来的氢氧根的消耗，平衡会不断的向右移动，因此在反应中呈现的PH变化不大，锅水中PH值相对稳定，PH值波动幅度小，这一点优于使用NaOH氢氧化钠调节锅水PH值和碱度。

碳酸钠一级水解过程：Na2CO3+H2O= NaHCO3+NaOH

碳酸钠二级水解过程：NaHCO3+H2O=H2CO3+NaOH

碳酸钠一级水解离子方程式：(CO3)2-+H2O=HCO3-+OH-

碳酸钠二级水解离子方程式：HCO3-+H2O=H2CO3+OH-

▲碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢须注意四个问题

二、碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢需要注意4个问题

碳酸钠Na2CO3调节锅水需要注意问题1、调节pH的范围有限

锅炉给水加碳酸钠提升PH值的速度相对于氢氧化钠慢，碳酸钠因为生成缓冲溶液，所以波动较小，比较稳定容易调准，但是调节pH的范围有限。

碳酸钠Na2CO3调节锅水需要注意问题2、过量会造成锅水含盐量加大，电导率上升

虽然碳酸钠提升水中ph值的速度是缓慢温和式的，使用效果保持的时间长，锅水的pH不容易下降；但是碳酸钠Na2CO3调节锅水相同的ph值时，相对于使用氢氧化钠，碳酸钠的用量较大，会造成锅水含盐量加大，电导率上升。

碳酸钠Na2CO3调节锅水需要注意问题3、过量会降低蒸汽及凝水PH值，腐蚀换热器及凝水管线

锅炉给水调节ph值加入碳酸钠过量不仅会造成锅水含盐量加大，电导率上升；还会造成锅水中碳酸氢根离子多，碳酸氢根离子受热易分解成二氧化碳CO2，二氧化碳CO2随蒸汽进入换热器及凝水中，碳酸钠不仅不能调节蒸汽及蒸汽冷凝回水PH值，而且会降低蒸汽及凝水PH值，PH值呈酸性蒸汽及高温蒸汽冷凝水会腐蚀换热器及凝水管线，这也是有的用户出现蒸汽冷凝水PH值低呈酸性，蒸汽冷凝回水铁离子超标颜色泛黄或颜色发红的原因。碳酸钠Na2CO3负面作用这一点也是锅炉用户容易忽视的。

碳酸钠Na2CO3调节锅水需要注意问题4、锅炉已有结垢或发生腐蚀时少用、慎用，会加速腐蚀

锅炉已有结垢或发生腐蚀产生腐蚀物时，使用碳酸钠Na2CO3调节锅水，碳酸钠Na2CO3水解产生氢氧化钠NaOH，结垢或腐蚀物下就会由于锅水渗透蒸发而发生锅水浓缩而产生侵蚀性的浓NaOH，最严重情况下结垢或腐蚀铁氧腐蚀沉积物下NaOH浓度可达15%，从而在结垢或腐蚀物局部造成介质浓缩碱腐蚀，会加速锅炉设备腐蚀、穿孔、泄漏。

当前，我国锅炉用户通常使用碳酸钠或氢氧化钠这2种药剂来提高锅水PH值和碱度比较多。氢氧化钠是强碱也是强电解质，少量氢氧化钠加入后水的PH很容易就升高，调节PH值更快更直接，氢氧化钠调节PH值的波动性较大，随着中和锅水酸的氢氧根的消耗，锅水ph值就会很快降下来,PH值忽上忽下不稳定；加入氢氧化钠过量会造成锅水碱度过高，出现汽水共腾；氢氧化钠加入量不易控制，游离NaOH过量会造成相对碱度大，出现碱脆也会对设备造成腐蚀；由于氢氧化钠是强碱具有腐蚀性，属于危险品，其溶液或粉尘溅到皮肤上，尤其是溅到粘膜，可产生软痂，并能渗入深层组织，使用存在安全隐患。

使用碳酸钠或氢氧化钠来调节锅水PH值和碱度各有优劣势，有用户使用案例表明：氢氧化钠与碳酸钠相互交替使用，或者混合使用，其经济性及效果都比单独使用某一种PH调节剂要好，当发现锅炉给水的ph值过低时，可以先适当投加一些氢氧化钠来快速提升ph值，等氢氧化钠完全溶解完毕后，可添加一些碳酸钠用来提升水中的碳酸根，这样可以缓解给水ph值的下降速度；因为碳酸钠可投放的量较多，在水中保持的中和碳酸根的能力就多，所以平时可用碳酸钠来维护给水及锅水的ph值，只有当水中的ph值太低时，笔者才建议使用氢氧化钠来迅速升高PH值，这样两者交替混合协调使用，既经济，效果又好。

各位同仁，各位同学，除了用碳酸钠与氢氧化钠调节锅水碱度、PH值、防垢，您还知道哪些水处理药剂调节锅水碱度、PH值、防垢作用的？您单位又是如何调节锅水碱度、PH值、防垢的？关于锅炉给水、炉水、蒸汽冷凝回水调节PH值、炉水发红、蒸汽冷凝水有硬度、锅炉腐蚀结垢爆管、蒸汽系统腐蚀、蒸汽冷凝水铁超标、蒸汽凝结水颜色发黄、锅炉结垢不停炉不停工在线除垢技术、凝汽器结垢不停机不停工不停车在线清洗除垢技术等问题，北京化工大学 颜辉I86OO475З86随时欢迎各位同仁讨论问题交流经验心得，随时欢迎各位同仁分享锅炉设备管理使用经验，就解决锅炉各种实际问题相互学习。碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢须注意四个问题

相对于碳酸钠或者是氢氧化钠调节锅炉给水调节ph值的各种不足，近年来，使用碱性水处理药剂——多效能BF防腐除垢剂来调节锅炉给水PH值的用户越来越多了。

三、碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢技术升级产品——多效能BF防腐除垢剂

除垢阻垢分散铁垢、防腐缓蚀、调节PH值多效能BBF防腐除垢剂的特点。为了解决工业锅炉供热系统的严重腐蚀问题，在国家科技部的大力支持下，北京化工大学研究成功了连用法锅炉防腐阻垢剂及防腐阻垢技术。该技术不需要昂贵的除氧设备，只要按照给出的工艺条件，把具有除垢阻垢分散铁垢、防腐缓蚀、调节PH值、消泡、加药指示和防失水作用的防腐阻垢剂BF防腐除垢剂加入系统，就能连续地达到运行防腐阻垢和停用防腐保养的双重目的。性能测试和大量锅炉用户的应用实践证明，BF防腐除垢剂多效能10项优势：

1、防腐、覆保护膜 缓蚀率≥99％，阻垢 阻垢率≥99％、阻垢范围宽，无磷配方替代磷酸三钠；

2、作为停炉保护剂 锅炉及系统设备停用保护缓蚀率 ≥99％，停炉直接密封锅炉设备即可，不需频繁定期检查，启炉和停炉均不需排掉炉水，长期停炉、频繁启炉停炉、长时间间歇式锅炉运行防腐缓蚀保护都适用；

3、作为铁垢分散剂 除锈 分散铁垢；尤其适用于高温蒸汽冷凝水无除铁处理工艺直接回用的锅炉；

4、碱性药剂，作为PH值调节剂 提高给水、炉水PH值，中和CO2弱酸性腐蚀，替代碳酸钠、氢氧化钠、氨水；

5、溶垢除垢、螯合清除系统老垢，替代锅炉酸洗保养，实现无损害在线清洗锅炉即在线运行不用停炉；

6、作为消泡剂  提高蒸汽干度，保证蒸汽品质；

7、生水+ 多效能BF防腐除垢剂，热水锅炉代替软化水，除氧操作，保护环境；

8、生水+多效能BF防腐除垢剂+BF凝水除铁缓蚀剂，代替蒸汽锅炉系统软化装置+除氧设备+除铁设备；

9、操作方法简便：向补水箱中加入药剂，锅水pH值10.5～12为合格；

10、对水垢的螯合作用、分散作用以及晶格畸变作用都是非化学计量的，具有阈值效应，加药剂量少，降低锅炉排污率。

关于除垢阻垢分散铁垢、防腐缓蚀、调节PH值多效能BF防腐除垢剂作用机理，限于篇幅此处省略，颜辉欢迎随时索取。

四、多效能BF防腐除垢剂替代碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢解决锅炉炉管腐蚀穿孔问题案例

河北某材料公司新装2台型号为WNS6-1.25-Y/Q的6t/h蒸汽的天然气锅炉，一用一备，2台锅炉每周交替运行，锅炉补给水为30%树脂软化水和70%回用的高温蒸汽冷凝水，无除氧器，运行时给水加碳酸钠Na2CO3作为阻垢剂，锅炉间歇性运行，平均每天运行12小时，停炉期间未采取停炉保护措施，运行期间发现锅炉排污水颜色发红，回用的85摄氏度高温蒸汽冷凝水颜色泛黄，凝水铁超标全铁含量0.77mg/L，蒸汽冷凝水PH值5-6.5，运行18个月后，其中1台锅炉发生了炉管穿孔泄漏。

▲新装2台锅炉腐蚀炉管穿孔  炉水发红蒸汽冷凝水铁超标

1、锅炉腐蚀炉管穿孔管样检查及腐蚀物检测

停炉后对2台锅炉内部炉管进行了检查，发现2台锅炉的高热负荷区域的炉管表面和炉胆表面局部都有严重腐蚀。炉管、炉胆表面均附着有褐色的沉积物，割取了腐蚀穿孔炉管和已腐蚀未穿透的炉管分别查看，炉管表面有很多大大小小的鼓包，鼓包外表层为黄褐色；拨开外表层，次层为附着性较强黑色坚硬沉积物；除去所有腐蚀产物后发现其下有溃疡状腐蚀坑，且腐蚀坑密集，深度为0.1~1.7mm，有的已经接近穿透。炉胆表面许多部位有明显的皿状腐蚀沟槽和腐蚀迹象，炉胆表面腐蚀坑最深处达2~3.4mm，腐蚀部位有坚硬的黑褐色的腐蚀产物，用磁铁接近铲除下来的黑褐色的腐蚀产物，发现有磁性，疑为四氧化三铁Fe3O4。

经对割取的腐蚀和穿孔部位炉管管样进行金相检查和力学性能试验，试验表明炉管金属基本没有变化，炉管也没有明显脱碳现象，可以确定锅炉炉管无过热腐蚀和应力腐蚀现象。经对炉管腐蚀产物及炉胆腐蚀产物检测化验发现：炉管腐蚀产物铁氧化物占比高达87.4%，炉胆腐蚀产物铁氧化物占比高达74.7%。

▲锅炉炉胆表面局部都有严重腐蚀炉管腐蚀穿孔

2、锅炉炉管腐蚀穿孔原因分析

炉管腐蚀产物铁氧化物占比高达87.4%，炉胆腐蚀产物铁氧化物占比高达74.7%，锅炉内的铁氧腐蚀产物的有5个来源：

①锅炉炉胆和炉管自身的氧腐蚀产物。锅炉没有除氧器或除氧措施，给水携带溶解氧进入锅炉，引起电化学腐蚀，铁和氧形成两个电极，铁的电极电位比氧的电极电位低。氧气对钢和铁的腐蚀速度具有双重影响，一方面，氧气无论对于阴极还是阳极，都是很好的去极化剂，加速了金属的腐蚀速度。另一方面，锅炉水中溶解氧浓度增大，由于钢材受溶解氧腐蚀的结果，在其表面产生致密的保护膜，所以会使腐蚀减弱。保护膜形成后，虽然可在钢材表面减少腐蚀核心的数目，却提高了每个已开始腐蚀点的腐蚀速度。由于氧腐蚀具有局部性的特点，所以我们就看到了很多大大小小的鼓包，清除铁氧腐蚀物后看到一个个麻点状溃疡腐蚀凹坑。

②停炉腐蚀产物。锅炉是间歇性运行，每天锅炉运行12小时短周期停炉12小时，2台6t/h锅炉每周交替运行，每台锅炉每月长周期备用停炉15天，2台锅炉停炉均未采取保护措施，停炉期间有外界空气中的氧进入未排空炉水烘干的炉内，潮湿的炉内氧腐蚀损害设备作用不可小觑，实践表明，停炉期的腐蚀往往比运行中的腐蚀更为严重。当锅炉频繁停用，在运行腐蚀中生成的低价氧化铁，在锅炉下次停用时，由于吸收空气中的氧又重新被氧化成高价氧化铁，随着运行和停用交替进行，反复进行腐蚀过程，从而导致腐蚀加剧，所以启停频繁的锅炉腐蚀尤为严重。

③给水带入的铁氧腐蚀物。锅炉给水为30%树脂软化水和70%回用的高温蒸汽冷凝水组成，由于锅炉使用碳酸钠Na2CO3作为阻垢剂，锅水中存在大量的碳酸氢根，锅水中碳酸氢根受热分解成二氧化碳CO2，二氧化碳CO2随蒸汽进入用热系统和蒸汽冷凝水回收系统，二氧化碳CO2溶入不仅降低蒸汽和回用的蒸汽冷凝水的PH值，还会对蒸汽和凝水系统设备及管线造成酸性腐蚀，这也是回用的85摄氏度高温蒸汽冷凝水颜色泛黄，凝水铁超标全铁含量0.77mg/L，蒸汽冷凝水PH值5-6.5呈酸性的原因。

凝水铁超标全铁含量0.77mg/L，凝水未处理直接回用锅炉，不显色的二价铁离子在锅内受热氧化成显色三价铁，随着锅水不断浓缩铁离子浓度增大，锅水颜色开始发红，这也是运行期间发现锅炉排污水颜色发红的主要原因。锅水中不断浓缩铁离子沉积在锅炉受热面上形成氧化铁垢即铁氧腐蚀物。

▲锅炉内烟管、锅筒、炉胆上数量众多大小的鼓包，鼓包外层为坚硬且附着性很强的黄褐色沉积物，刮开外层，中间为铁锈，最下层为黑色物质。

④氧化铁垢下腐蚀产物。无论锅炉炉胆和炉管自身的氧腐蚀产物、还是停炉腐蚀产物、或者给水带入的铁氧腐蚀物，它们在锅炉炉胆和炉管形成氧化铁垢为主的铁氧腐蚀物，铁氧腐蚀物中的三氧化二铁Fe2O3，成了锅炉内腐蚀的去极化剂，这时锅炉内会发生下列电化学腐蚀：

阴极区：Fe2O3?nH2O+2e→2Fe(OH)2+2OH?+(n-3)H2O

阳极：Fe→Fe2+2e

二次反应：Fe2++2OH?→Fe(OH)2

进一步氧化反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

再转化：2Fe(OH)3+Fe(OH)2→Fe2O3+4H2O

总反应：2Fe+2Fe2O3?nH2O+O2→Fe3O4+nH2O

如此，只要炉内存在三氧化二铁Fe2O3，就会使氧化铁垢下腐蚀反应不断持续，氧化铁垢鼓包不断形成，氧化铁垢下腐蚀坑越来深，随着时间延长，锅炉炉胆和炉管穿孔和泄漏在所难免。

▲锅炉腐蚀炉管穿孔  炉水发红蒸汽冷凝水颜色泛黄铁超标

⑤炉胆介质浓缩碱腐蚀产物。从炉胆表面的腐蚀情况和腐蚀物分析来看，炉胆的腐蚀与炉管的腐蚀有所差异，炉胆腐蚀是以介质浓缩碱腐蚀为主。由于锅炉给水投加Na2CO3碳酸钠防垢剂，锅炉炉胆的热负荷很高，而且炉水循环不明显，碳酸钠的水解反应：Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2↑，给水碱度的一半在锅炉内分解产生了氢氧化钠NaOH，所以沉积的铁氧腐蚀物下就会由于渗入锅水蒸发而发生浓缩而产生侵蚀性的浓氢氧化钠NaOH，尽管这种浓缩的炉水在又有新炉水的渗入而发生稀释，但是这种渗入——蒸发浓缩——再渗入——再蒸发浓缩的过程始终持续进行。从整体地来看，铁氧腐蚀沉积物下一直存在着高浓度的氢氧化钠NaOH炉水，而且越靠近炉胆处氢氧化钠NaOH浓度越高，最严重情况下铁氧腐蚀沉积物下氢氧化钠NaOH浓度可达15%。这时炉胆钢铁表面的保护膜Fe3O4首先和浓NaOH反应，随后其下的基体金属铁也和氢氧化钠NaOH反应，产生铁酸钠和亚铁酸钠。反应如下：Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O，而铁酸钠和亚铁酸钠又与渗入的炉水发生水解反应，生成氧化铁和氧化亚铁腐蚀产物和氢氧化钠NaOH，氢氧化钠NaOH又继续腐蚀金属，而在这整个过程中氢氧化钠NaOH并不会被消耗损失。所以发生这种局部介质浓缩碱腐蚀时，仅靠检测锅水pH值和碱度很难发现局部介质浓缩引起的高浓度碱腐蚀情况。

 

▲锅炉腐蚀炉管穿孔  炉水发红蒸汽冷凝水铁超标

    综上所述，该锅炉由于给水无除氧器或除氧措施，造成锅炉系统不同部位的氧腐蚀；锅炉间歇性运行停炉腐蚀产物；锅炉补给水投加碳酸钠防垢剂，造成蒸汽冷凝水PH值偏低呈酸性，酸性凝水腐蚀携带超标铁离子进入炉内沉积在锅炉受热面上结垢；Fe2O3引起的电化学腐蚀持续发生在腐蚀产物氧化铁垢下；炉胆局部介质浓缩碱腐蚀产物，这5项是锅炉内的铁氧腐蚀产物的来源，也是锅炉发生腐蚀及炉管穿孔泄漏的原因。

▲炉水发红（左） 蒸汽冷凝水颜色泛黄铁超标呈酸性（右） 软化水（中）

碳酸钠Na2CO3溶于水呈碱性，可提高锅水碱度和PH值，中和酸性给水中的二氧化碳，解决酸性软化水或除盐水对锅炉及管道的腐蚀。碳酸钠Na2CO3是弱电解质，溶于水中形成了碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，在溶液中存在着电解的平衡，碳酸钠Na2CO3电解出来的氢氧根与锅水中的硬度成分（如钙离子、镁离子）结合参与反应形成无定形水渣，不生成结晶形式水垢，从而达到防垢目的。碳酸钠Na2CO3调节锅水中PH值相对稳定，PH值波动幅度小，这一点优于使用NaOH氢氧化钠调节锅水PH值和碱度。

尽管碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢相对于氢氧化钠NaOH有一些优势，但是使用碳酸钠Na2CO3需要注意4个问题：相对于氢氧化钠调节pH速度慢，且范围有限；锅炉给水加碳酸钠会降低蒸汽及凝水PH值，腐蚀换热器及凝水管线；锅炉给水加碳酸钠过量会造成锅水含盐量加大，电导率上升；锅炉已有结垢或发生腐蚀时少用、慎用，会在结垢或腐蚀物局部在造成介质浓缩碱腐蚀，会加速锅炉设备腐蚀、穿孔、泄漏。

相对于碳酸钠或者是氢氧化钠调节锅炉给水调节ph值的各种不足，近年来，使用碱性水处理药剂——多效能BF防腐除垢剂来调节锅炉给水PH值的用户越来越多了。

▲炉水发红，蒸汽冷凝水呈酸性，炉管腐蚀穿孔，看到了腐蚀坑那个穿孔吗？

关于除垢阻垢分散铁垢、防腐缓蚀、调节PH值多效能BF防腐除垢剂作用机理，限于篇幅此处省略，颜辉欢迎随时索取。

▲锅炉腐蚀炉管穿孔，锅筒发生氧腐蚀后溃疡腐蚀坑

3、锅炉炉管腐蚀穿孔解决方法及效果

①锅炉在更换完腐蚀严重的和穿孔的炉管后，进行化学酸洗除垢除锈，清除锅炉内部的焊渣、杂质等。

②锅炉运行期间，停止向炉内加磷酸三钠Na2CO3，使用除垢阻垢分散铁垢、防腐缓蚀、调节PH值多效能BF防腐除垢剂替代磷酸三钠Na2CO3作阻垢剂，控制炉水PH值在10~12。彻底解决给水加碳酸钠Na2CO3作为阻垢剂，对炉胆、炉管局部介质浓缩碱腐蚀造成的安全隐患。

③锅炉给水适当添加BF凝水除铁缓蚀剂调节蒸汽冷凝水pH到7.5-8，以保护蒸汽系统和凝水回收系统设备和管网免遭酸性腐蚀和氧腐蚀，彻底解决高温蒸汽冷凝水铁离子超标、凝水颜色发黄问题。

④两台锅炉是交替间歇性运行，锅炉不仅停炉周期长，而且每天停炉启炉一次，锅炉运行12小时短周期停炉12小时，锅炉在停用期间，为防止停炉腐蚀，必须采取停炉保护措施。由于BF防腐除垢剂也是湿法停炉保护剂，炉水中有存量BF防腐除垢剂，长短期停炉均无须排放炉水，无须带压保护，直接密封锅炉，长短期停炉后开炉，均无须排放更换炉水直接启炉。

采取上述措施后，锅炉运行期间锅水、炉水外观通透纯净颜色恢复正常，再也没出现锅炉排污水颜色发红，回用的85摄氏度高温蒸汽冷凝水也没有出现颜色泛黄情况。

锅炉运行180天后，开炉查看，炉内高热负荷区炉胆和炉管没有出现局部腐蚀，而且炉胆和炉管表面均已经形成灰黑色的保护膜。

碳酸钠Na2CO3调节锅水碱度、PH值、防垢须注意四个问题（颜辉）