在热水系统中抑制腐蚀的方法技术方案

本发明专利技术涉及在热水系统中在系统温度和压力下测量水的氧化还原电位的方法和装置，及使用测得的氧化还原电位监测和控制该系统中氧清除剂或氧的添加以保持该系统中氧清除剂或溶解氧的有效腐蚀抑制浓度的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在例如工业锅炉系统的热水系统中抑制金属表面腐蚀的方法。更具体地说，本专利技术涉及在系统温度和压力下测量系统中水的氧化还原电位的方法，和使用测得的氧化还原电位保持和控制该系统中氧清除剂或溶解氧的有效腐蚀抑制浓度的方法。
技术介绍
氧对锅炉水工业中使用的工程合金的亲合力是许多腐蚀现象的诱因。这是不仅取决于氧量，还取决于水化学和冶金学之类的因素的复杂过程。例如，水中其它物类的存在能够使氧产生侵蚀力，或者能够使冶金过程钝化。其它重要因素是温度、压力、流动速度和操作实践。尽管氧可能是腐蚀过程中的主要或基本组分，但可能不是唯一的组分。降低水系统中氧腐蚀的传统方法是通过机械和化学方法去除大部分分子溶解氧。使用机械脱气将大多数溶解氧减至ppb水平。这里，通常在通风容器中将水加热至沸点温度以上。随着温度升高，水中溶解氧的溶解度降低。脱气器特有的流体动力和操作问题在水中留下十亿分之几的溶解氧。用于将溶解氧值进一步降至可再现的恒定低值的化学品被称作氧清除剂。这些清除剂中的许多还起到钝化腐蚀抑制剂的作用。脱气器并不总是理想地运行。如果它们理想地运行，则不需要纯清除剂，尽管提高金属钝化的化学作用是正面的附加作用。所以在某些情况下，加入氧清除剂以预防脱气器失常的可能性。还可以加入清除剂以对抗空气渗漏。传统上，锅炉给水中氧清除剂的添加量是基于给水中溶解氧量加上少许过量清除剂。加入的过量清除剂的量是基于锅炉给水或锅炉水本身中预期的残余清除剂浓度，其取决于清除剂的过量浓度和锅炉循环的函数。这种进料控制方案存在一些问题。首先，对清除剂进料速率不存在主动控制。在残余清除剂减少并采取校正措施之前，可能长时间存在高氧条件。第二个问题在于，锅炉水中存在残余清除剂并不简单地意味着该系统正令人满意地进行处理。根据条件(即，低温或短停留时间)，给水中可以同时具有高氧浓度和充足的清除剂。当富氧给水到达锅炉时，氧随着蒸汽被闪蒸出，在锅炉水中留下未反应的清除剂。在极端的情况下，这会在锅炉本身中具有预期的氧清除剂残余浓度的同时在预热锅炉和凝水系统中导致不可接受的高溶解氧含量。在使用超高纯水的某些高压锅炉(单程)中，已经采用了不同的方法。不使用氧清除剂。实际上，有意识地在给水中加入少量分子氧。氧、氧化剂在仔细控制的锅炉水化学条件下起到碳钢钝化剂的作用。所使用的氧浓度比空气饱和(8ppm DO)值低得多，从而使用一定程度的脱气。在加入受控量的氧之前先进行一定程度的脱气通常会更加简单。因此，正需要控制氧或氧清除剂热水系统进料的有效方法。
技术实现思路
一方面，本专利技术是在热水系统中保持氧清除剂或氧的有效腐蚀抑制量的方法，包括(i)确定在系统温度、压力和pH下对该系统进行有效腐蚀抑制的氧化还原电位范围；(ii)在温度和压力下测量该系统中水的氧化还原电位；和(iii)在该系统中加入氧或氧清除剂以使水的氧化还原电位保持在氧化还原电位的预定范围内。另一方面，本专利技术是抑制热水系统的金属表面腐蚀的方法，包括(i)在该系统中加入有效腐蚀抑制量的氧或一种或多种氧清除剂；(ii)在温度和压力下测量该系统中水的氧化还原电位；和(iii)基于测得的水的氧化还原电位，在该系统中加入氧或氧清除剂以保持该系统中有效量的氧或氧清除剂。另一方面，本专利技术是抑制热水系统的金属表面腐蚀的方法，包括(i)确定在系统温度、压力和pH下对该系统进行有效腐蚀抑制的氧化还原电位范围；(ii)在该系统中加入氧或一种或多种氧清除剂以使系统氧化还原电位在预定范围内；和(iii)连续或间歇地测量该系统中水的氧化还原电位；和 (iv)加入氧或氧清除剂以使测得的系统氧化还原电位保持在预定范围内。本专利技术包括根据净水的氧化还原电位来控制氧清除剂进料。此外，使用高温电化学势监控元件在温度和压力下直接在水中测量氧化还原电位。通过就地测量氧化还原电位，不再需要样品调节设备。水的氧化还原电位取决于溶解氧和氧清除剂浓度。以给水中特定的氧化还原电位为目标，可以加入保护该系统免受氧侵蚀所需的精确量的清除剂。此外，通过水的持续监测，可以在系统失常时立即采取校正措施，由此确保该系统一直妥当地进行处理。附图概述附图说明图1是氧化还原电位(ORP)测量元件的示意图，其安装有铂电极组件2和银/氯化银参比电极组件4和热电偶3。图2是银/氯化银参比电极组件的示意图。图3是铂探针组件的示意图。图4是基于已处理过的水的氧化还原电位研究控制氧化剂或还原剂进料所使用的的试验装置示意图。图5是对还原剂(异抗坏血酸)和溶解氧浓度的高温ORP探针响应和低温ORP探针响应的图。图6是在pH9.2和205℃下的ORP(vs SHE(25℃)(V))与去离子水流中溶解氧浓度(单位ppb)的关系图。图7是在亚硫酸盐ON/OFF控制试验中ORP(vs饱和KCl/AgCl/Ag电极)与时间的关系图。在该图中，以交叉排线框的形式显示控制带。图8是对于下述实验，ORP(vs饱和KCl/AgCl/Ag电极)与时间的关系图——在该实验中，使用开环调谐方法测定用于控制热水系统的亚硫酸盐进料的PID参数。图9是对于下述实验，ORP(vs饱和KCl/AgCl/Ag电极)与时间的关系图——在该实验中，使用开环调谐(PID(P＝833，I＝1612，D＝403))控制脱气器的亚硫酸盐进料。图10是对于下述实验，ORP(vs饱和KCl/AgCl/Ag电极)与时间的关系图——在该实验中，使用开环调谐(PID(P＝999.9，I＝644，D＝161))控制脱气器出口的亚硫酸盐进料。图11是对于下述溶解氧失常实验，ORP(vs饱和KCl/AgCl/Ag电极)与时间的关系图——在该实验中，使用开环调谐(PID(P＝833/4，I＝1612，D＝403))控制脱气器的亚硫酸盐进料。ORP给定值为400mV。图12是对于下述实验，ORP(vs外压平衡参比电极0.1N KCl/AgCl/Ag电极)与时间的关系图——在该实验中，使用开环调谐(PID(P＝250，I＝720，D＝180))控制脱气器出口的碳酰肼进料。ORP给定值为-500mV。图13是在该系统中加入亚硫酸钠和烧碱的实验中测定对于最佳腐蚀控制的ORP给定值所使用的的ORP(在204℃对照EPBRE进行测量)腐蚀图。具体实施例方式氧腐蚀是一种电化学腐蚀形式，其特征在于金属的阳极氧化和分子氧的阴极还原。阳极和/或阴极反应可以决定反应速率。当阴极反应的速率取决于阴极上的氧还原速率时，总反应速率随氧浓度提高。当总腐蚀速率取决于阳极反应速率时，氧浓度的提高可能没有影响或其可以实际降低总腐蚀速率(由于其对阳极的钝化作用)。因此，控制氧引起的腐蚀的两种方法是显而易见的。它们是降低阴极和/或阳极反应速率。可以通过溶解氧的机械和化学去除来降低阴极反应速率。钝化降低了阳极反应的速率。后者可以通过使氧清除剂钝化来实现，从而同时影响阳极和阴极半电池反应。然而，在存在DO时，这不使用氧清除剂也可以实现。氧是氧化物质，因此其直接影响系统中的氧化/还原电位(ORP)。ORP数值是针对参比电极来测量地，因此是相对数，并需要照这样引用。通常，可以参照一些标准参比电极(类似银/氯化银或铜/硫酸铜电极)进行这些测量。应该在代表性的温度、压力和流动条件下进行这些测量。然后将本文档来自技高网...

【技术保护点】
在热水系统中保持氧清除剂或氧的有效腐蚀抑制量的方法，包括（ｉ）确定在系统温度、压力和ｐＨ下对该系统进行有效腐蚀抑制的氧化还原电位范围；（ｉｉ）在温度和压力下测量该系统中水的氧化还原电位；和（ｉｉｉ）在该系统中加入氧或氧清除剂，以使水的氧化还原电位保持在氧化还原电位的预定范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：BR贝利，PD希克斯，
申请(专利权)人：纳尔科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]