10协调pH—磷酸盐处理(CPT)

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锅炉炉水协调磷酸盐－pH控制图
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计算R的一个公式
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3．锅内加药的配方
实施锅炉水协调pH—磷酸盐处理时，药品的配方应按 锅炉的不向水质条件决定。 (1)锅炉水中有游离NaOH，即锅炉水Na+／PO43-摩尔比 大于3.0。锅内处理应内原来的Na3PO4单—配方，改为 “Na3PO4十Na2HPO4”处理的配方。现场使用的是工业磷 酸三钠(Na3PO4· 12H2O)和工业磷酸氢二钠 (Na2HPO4· 12H2O)。配制药液时，这两种磷酸盐的质量比 与药液箱中药液的Na+／PO43-，摩尔比(R)如表3所示。
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5.适用范围及注意事项
锅炉水的协调 pH- 磷酸盐处理法 , 虽然是兼备防垢防腐蚀 效益的一种好的锅内水处理方法 , 但并不是所有的锅炉都能 采用,一般只宜用于具备以下两个条件的锅炉： 一是此锅炉的给水以除盐水或蒸馏水作补给水； 二是与此锅炉配套的汽轮机的凝汽器较严密，不会经常发 生凝汽器泄漏。否则，锅炉水水质容易变动，要使锅炉水 中 PO43- 与 pH 值的关系符合协调 pH- 磷酸盐处理的要求也很 困难。 协调pH-磷酸盐处理的加药系统、方法，加药处理时需要 注意的问题及锅炉水中应维持的 PO43 -含量等，与一般的锅 炉水磷酸盐垢处理时相同。
1/7 4.36 1/16 3.59
1/8 4.19 1/17 3.56
1/9 4.06 1/18 3.53
1/10 3.95 1/19 3.50
1/11 3.86 1/20 3.47
利用表4,制备“NaOH+Na3PO4”混合溶液是很方便的。
3 4
例如，欲制备Na/PO4摩尔比（R）约为4.2的混合溶液1.5m3，药品溶解 槽中加入的固体工业磷酸三钠和工业氢氧化钠的质量比大约为 8,即每加入 100Kg固体工业磷酸三钠,应加入12.5kg工业氢氧化钠,用除盐水溶解搅拌均 匀,然后加除盐水至容器刻度线,使混合溶液体积为1.5 m3,即可供使用(此混 合溶液的Na3PO4浓度约为3%)。
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Tri-sodium phosphate（TSP） will react with water to produce free hydroxide, which can concentrate underneath tube deposits and cause caustic corrosion. Thus, chemists usually operate phosphate treatment programs on a coordinated or congruent basis. In these applications, adding di-sodium phosphate（DSP） to the system maintains the solution`s sodium-to-phosphate molar ratio below 3:1. Maintaining sodium phosphate ratios between 2.3 and 2.8 causes the water to remain alkaline but keeps bulk hydroxide concentrations low enough to prevent under deposit caustic attack.
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Caustic under-deposit corrosion can be controlled through a coordinated phosphate/pH program.
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总之，协调pH磷酸盐处理要求炉水的Na+/PO43-摩尔比（R）在 2.30-2.8的范围内。从这个要求出发，在进行锅内处理时：
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某种超高压锅炉锅炉水Na+/PO43-摩尔比大于3.0。实施炉水 协调pH-磷酸盐处理时，按“1：1”制备R=2.5的磷酸盐溶液， 用加药泵加入汽包中，只要锅炉水的PO43->4mg/L，锅炉水pH 和锅炉水Na+/ PO43-摩尔比便一直保持合格（R为2.5～2.8） （2）锅炉水PO43-已达到10mg/L、锅炉水pH值仍低于9的锅 炉。锅内处理应由原来的Na3PO4单一配方，改为 “Na3PO4+NaOH”处理的配方。 现场使用的是固体工业磷酸三钠（Na3PO4· 12H2O）和工 业氢氧化钠（NaOH）。配制药液时，这两种药品的质量比与 药液箱中的Na+/ PO43-摩尔比（R）见表4
利用表3，可按需要方便地配制各种不同（R）的磷酸盐溶 液。例如：欲制备摩尔比（R）为2.5的磷酸盐溶液，则在溶 解槽中加入Na3PO4· 12H2O、Na2HPO4· 12H2O它们的配比为 1：1。 或者利用公式： R 3 x 2.12
x 1.06
则，如R=2.5,可计算出x=1。
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综上所述可知，协调pH—磷酸盐处理除了可以 使锅内没有游离NaOH因而不发生炉管的碱性腐蚀 外，还使锅炉水有足够的PO43-和较高的pH值，因而 不会产生钙垢，也不会发生因锅炉水pH值偏低所引 起的故障。
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2.水质控制
实施高压和超高压锅炉炉水的协调pH—磷酸盐处理时，锅 炉水实际上可看成Na3PO4和Na2HPO4的缓冲溶液。对于以除盐 水(或蒸馏水)作为补给水的高压、超高压汽包锅炉，因为锅炉 水中的盐类杂质的含量很小，炉水中NH3含量也较少，而且已 采取了提高炉水pH(25℃)和控制Na+/PO43- （R）下限的方法， 这样就可用理论计算结果，由锅炉水的pH值(25℃)和PO43-查出 炉水Na+/PO43-摩尔比（R）。 锅炉水的pH(25℃)和PO43-的精确测定值，应落在下图的黑 线所示的控制区域内，这里就是协调pH-磷酸盐处即所提供的炉 水运行的“安全区”。
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表3磷酸盐溶液制备箱中药液 Na3 PO4 12H 2 O 质量比（x）与药液 的Na+/PO43-摩尔比（R）对照表 Na2 HPO4 12H 2O
x R 1/4 2.19 1/2 2.32 3/4 2.41 1/1 2.49 1.5/1 2.591 2/1 2.65 2.5/1 2.70 3/1 2.74 3.5/1 2.77 4/1 2.79
或者利用公式：R 3 9.5 x 则，如R=4.2，可计算出x=0.126。
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实例
某高压汽包锅炉,以二级除盐水作补给水,因给水受到有 机物污染,锅内单加磷酸三钠处理锅炉水,已不可能使锅炉水 pH值(25℃)合格。为了保证该锅炉运行的安全,实施协调 pH-磷酸盐处理。该炉按工业磷酸三钠和氢氧化钠质量比为 6:1制备混合药液(R=4.58)加入锅内，只要锅炉水PO43 -维持 5mg/L以上,锅炉水pH值(25℃)就在9.3以上(根据曲线判断), 锅炉水Na+/ PO43-摩尔比可以保持在2.5~2.8范围内。
叫炉水磷酸盐-pH控制。
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1．原理
协调pH—磷酸盐处理就是除向汽包内添加Na3PO4外,还添加其他适 当的药品，使锅炉水既有足够高的pH值和维持一定的PO43-含量, 又不 含有游离NaOH。 要保证锅内不存在游离NaOH，则必须解决以下两个问题： (1)使锅炉水中没有游离NaOH； (2)在发生盐类暂时消失现象时，锅炉炉管管壁边界层液相中不因 化学反应而产生游离NaOH。 我们知道，当向锅炉水中添加磷酸氢盐时，它可以与游离NaOH发 生反应。如用Na2HPO4时: Na2HPO4+NaOH=Na3PO4+H2O 所以，只要加入足够的Na2HPO4,使得锅炉水中的NaOH都成为 Na3PO4的一级水解物，就消除了锅炉水中的游离NaOH。但是这样不能 保证不发生以上所述的问题2）。这是因为，Na3PO4溶液在发生盐类暂 时消失现象（既“隐藏”现象）时，由于在炉管管壁上生成了附着物 Na2.85H0.15PO4，所以在管壁边界层液相中又会产生游离NaOH。
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4.水质异常时的调节
锅炉水Na/PO4摩尔比偏离控制范围时,调节方法如下: 1 ）当锅炉水 Na/PO4 摩尔比高于规定的控制上限而不能很快 恢复时(因系统中进入碱性污染物所至),可暂时单加磷酸氢二钠, 使锅炉水Na/PO4摩尔比下降。为此,可将固体工业磷酸二氢钠在 一个备用小小药箱内(也可暂用计量箱)配成质量分数为3%左右 的溶液,用加药泵加入锅内,直到锅炉水Na/PO4摩尔比合格,然后 再继续把原来贮存箱中的磷酸盐溶液加入锅内。 2）锅炉水Na/PO4摩尔比低于规定的控制下限时 (因系统中进 入酸性污染物所致),可相应临时加氢氧化钠溶液 ,在一个备用小 药箱内(也可暂用计量箱),临时配制成2%左右的NaOH溶液,用加 药泵加入汽包中 ,使锅炉水 Na/PO4 恢复正常值 , 然后再继续往汽 包中加入原来的混合溶液。
（1）若锅炉水的Na+/PO43-摩尔比（R）大于2.80，则相应地 要往锅内混加Na2HPO4； （2）若锅炉水Na+/PO43-摩尔比（R）小于2.30，应相应地改 变加药组分，必要时要往锅内混加适量的NaOH，从而在维 持锅炉水PO43-为正常值的条件下，锅炉水的Na+/PO43-摩尔比 相应有所提高。 此外，实施锅炉水协调pH—磷酸盐处理时，应保证： 高压锅炉炉水pH(25℃)≥9.10； 超高压锅炉炉水pH(25℃)≥9.20；
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如果能使锅炉水中同时含有Na3PO4和Na2HPO4这 两种磷酸盐，并且使锅炉水的Na+／PO43-摩尔比(R) 小于2.80，那么，不仅锅炉水中没有游离NaOH，而 且即使发生盐类暂时消失现象，锅内也不可能出现 游离NaOH。这样就可避免炉管发生碱性腐蚀。 为了防止炉管有发生酸性腐蚀的可能性，必须保 证锅炉水的pH值较高。此外，考虑到高压和超高压 锅护炉水中含有少量NH3，为了“淹没”炉水中NH3 所产生的影响，因此将锅炉水Na+/PO43-摩尔比（R） 的下限定为2.30较合适。
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CPT技术的演变与局限
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研究发现，磷酸盐溶液发生暂时消失现象时，析出的 固相附着物是磷酸氢盐，它的组成与溶液中磷酸盐的组
分有关。
为了描述水溶液中不同组分的磷酸盐，人为地给定一 个比值记为Na+/PO43- (或者Na+:PO43-)，它代表磷酸盐溶 液中钠离子（Na+）的摩尔数与磷酸根（PO43-）的摩尔数 之比，为了方便起见，有时简称为摩尔比（R）。 例如,Na3PO4溶液中Na+/PO43-摩尔比（R）为3； Na2HPO4溶液中Na+/PO43-摩尔比（R）为2；对于各种不 同组成比例的Na3PO4和Na2HPO4混合溶液，Na+/PO43-摩 尔比（R）在2-3之间，且Na2HPO4越多，溶液的 Na+/PO43-摩尔比越接近于2。 研究得知，当磷酸盐溶液的Na+／PO43-摩尔比 (R)小于 2.85，大于2.2时．即使发生磷酸盐暂时消失现象，析出 磷酸氢盐固相附着物时，炉管管壁边界层中也不会产生 游离的NaOH。
协调pH—磷酸盐处理（CPT）
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（congruent phosphate treatment ，CPT）
协调pH—磷酸盐处理
协调pH—磷酸盐处理是一种既严格又合理的 炉内水质调节方法 它不仅能防止钙垢的产生而 且能防止锅炉炉管的腐蚀。 实施这种锅内处理时，锅炉水水质调节的要 点是使锅炉水磷酸盐(其总含量用PO43-表示)和 pH仅相应地控制在一个特定的范围内，因此也
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表4 混合药液中比值 Na PO 12H O质量 （用x表示） 与药液的Na+/ PO43-摩尔比R对照表
3 4 2
NaOH质量
x R x R
1/3 6.16 1/12 3.79
1/4 5.40 1/13 3.73
1/5 4.90 1/14 3.68
1/6 4.58 1/15 3.63