水系统中的二氧化碳腐蚀
二氧化碳（CO₂）腐蚀是各类工业水系统中常见的一种重要腐蚀形式，尤其多发于锅炉凝结水回水管路，在配水管网中则相对少见。这种腐蚀作用主要由 CO₂ 溶于水后形成碳酸所驱动。
二氧化碳腐蚀的化学原理
在水溶液中，二氧化碳与碳酸处于平衡状态，碳酸随后解离产生氢离子和碳酸氢根离子。这一过程会降低水的 pH 值，形成有利于腐蚀的酸性环境。
关键化学反应如下：
H₂O + CO₂ ⇌ H₂CO₃ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
由此产生的低 pH 值会显著增强其他溶解气体（如氧气）的腐蚀效应，因为它加速了金属表面的电化学反应速率。
对锅炉及凝结水系统的影响
虽然锅炉给水的除氧过程通常能去除溶解的二氧化碳，但该气体仍可能出现在凝结水系统中。这通常是由于锅炉给水中存在的碳酸盐和碳酸氢盐碱度在高温锅炉条件下发生热分解所致。
分解反应会向蒸汽中释放 CO₂，当蒸汽冷却时，CO₂ 溶解于凝结水中，形成碳酸，进而导致凝结水回水管路发生腐蚀。这种腐蚀表现为管壁的普遍减薄、沟槽状腐蚀和点蚀。
二氧化碳生成量的量化
由给水碱度在蒸汽中生成的二氧化碳量可以进行估算。近似而言，总碱度为 100 mg/L（以碳酸钙 CaCO₃ 计）的给水，预计可在蒸汽中产生约 79 mg/L 的二氧化碳。这一关系通常简化为：将给水碱度（以 CaCO₃ 计）乘以系数 0.79。
蒸汽中如此高浓度的二氧化碳会形成腐蚀性极强的凝结水，因此必须采取稳健的缓解策略。
二氧化碳腐蚀的缓解策略
有效管理二氧化碳腐蚀需要采取多管齐下的方法，兼顾预防与控制：
- 给水除气： 机械式除氧器（例如除氧加热器）和膜接触器对于在锅炉给水进入锅炉前去除溶解的 CO₂ 和氧气至关重要。这能最大限度地减少初始 CO₂ 负荷。
- 碱度控制： 管理锅炉给水的碱度有助于降低因碳酸盐和碳酸氢盐分解而产生 CO₂ 的潜力。
- 凝结水处理：
- 中和胺： 这些挥发性化学品被加入锅炉水中，随蒸汽汽化，然后随蒸汽在凝结水系统中冷凝。它们能中和碳酸，提高凝结水的 pH 值。
- 成膜胺： 这些化学品能在凝结水系统的金属表面形成一层保护性的、不润湿的薄膜，形成一道屏障，抵御碳酸和氧气等腐蚀性物质。
AquaChain 工程提示
定期监测凝结水回水的 pH 值和电导率。如果凝结水 pH 值突然或持续下降，尤其伴随电导率升高，这通常是二氧化碳浓度升高的强烈信号。这表明需要检查给水碱度、除氧器性能以及凝结水处理化学品的投加量，以防止腐蚀加速。
常见问题解答
问 1：锅炉凝结水系统中二氧化碳的主要来源是什么？ 答 1：主要来源是锅炉给水中存在的碳酸氢盐和碳酸盐碱度在高温锅炉条件下发生热分解，从而向蒸汽中释放 CO₂。
问 2：二氧化碳腐蚀与氧气腐蚀有何不同？ 答 2：二氧化碳腐蚀主要是由于形成碳酸，降低 pH 值，导致管壁普遍减薄或沟槽状腐蚀。氧气腐蚀通常表现为局部点蚀。然而，CO₂ 造成的低 pH 值会加速氧气腐蚀。
问 3：防止锅炉系统二氧化碳腐蚀的主要方法有哪些？ 答 3：关键的预防方法包括：对锅炉给水进行高效除气以去除溶解的 CO₂，管理给水碱度，以及使用中和胺或成膜胺对凝结水进行化学处理，以提高 pH 值并形成保护屏障。
如需了解更多相关水处理工艺的信息，可参阅 过滤。