[发明专利]用于产生和分析热水系统的温度和压力氧化还原电势标记以便预防腐蚀的方法和设备

说明书

技术领域

本发明通常涉及获取热水系统中的实时氧化还原电势(“ORP”)数据的方法。更具体地说，本发明涉及在工作温度和工作压力下测量一个或多个操作保护区域内的实时ORP并利用这些测量结果来产生热水系统的ORP标记(signature)和/或ORP空间。本发明与局部地和/或全面地抑制简单的或复杂的热水系统中的腐蚀特别相关。 

背景 

热水系统可以包括全黑色金属冶金(all-ferrous metallurgy)或混合冶金诸如铜或铜合金系统、镍和镍基合金、不锈钢，且可以与低碳钢组分混合。存在许多普通种类/部分的热水系统，诸如锅炉、热水加热器、换热器、蒸汽发生器、核能电力系统、内燃机和柴油机冷却剂系统、蒸发器系统、热脱盐系统、造纸操作、发酵工艺、类似系统以及附属到其上的辅助设备。这些系统是动态的操作系统，动态的操作系统经受大量的REDOX应力事件(Stress event)(即，热水系统中与氧化电势或还原电势的变化有关的任何电化学事件)。这种事件通常包括牵涉系统中的ORP标记或空间的任何过程。 

这些事件源于多种因素，这些因素包括来自不同部件的泄漏、来自漏入空气的污染物、故障泵、密封件、真空管线以及计量器。而且，诸如锅炉补给水、回流蒸汽冷凝物和/或未净化的地表水或地下水的富氧水的增大使用、脱气器故障、汽轮机负荷摆动以及有关化学品供给泵的问题造成了化学处理供给速率意外地减小或增大。不受控制的REDOX应力事件可以 造成严重的腐蚀问题，诸如热水系统中的局部腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和/或流动加速腐蚀问题。就这些问题的性质来说，这些问题往往是电化学问题且因而与环境的氧化还原特性和结构材料的相互作用有关。 

当今，虽然施行了一些常规方法来识别热水系统中的REDOX应力事件，但是由于热水系统的动力学，所以大多数REDOX应力事件是不可预测的。由于这些方法具有固有的缺陷(参见下述内容)，所以它们并未得到广泛实施。因此，大部分REDOX应力事件是未被检测的且因而是未被调整的。不受控制的REDOX应力事件可以导致这些系统中的严重的腐蚀问题，这会对工厂设备寿命预期、可靠性、生产能力、安全性、环境管制、资本支出和总的工厂操作成本产生不利的影响。 

识别REDOX应力事件目前包括在线仪器和随机采集的样品湿法化学分析测试法(grab sample wet chemical analysis test method)。在两种方法中，在测量之前，样品必须首先经受样品调节，诸如冷却。在线仪器的示例包括溶解氧计、阳离子导电率仪器、室温ORP仪器、pH仪器、钠分析仪、硬度分析仪、比导率计、二氧化硅分析仪、颗粒和浊度计、还原剂分析仪以及类似物。通常在冷却样品之后或在高温下施行诸如试样和电化学分析的均匀腐蚀监测。随机采集的样品测试法包括分析溶解氧、pH、硬度、二氧化硅电导率、总的和可溶的铁、铜和二氧化硅、还原剂过量以及类似物。 

这些方法中的一些缺陷包括下述内容。随机采集的样品分析给出了时间测量中的单一点且因此并不是用于REDOX应力事件的可靠的连续监测法。还通常具有不足够低水平的检测限值。在线监测器未提供REDOX应力的直接测量，且因而不能指示在任何特定的时间REDOX应力事件是否发生。腐蚀监测器检测均匀腐蚀，但是不能够测量由REDOX应力事件引起的局部腐蚀速率的变化。在线还原剂分析仪测量了还原剂的量，但不是在系统的温度和压力下系统正在经受的净REDOX应力。因而，在明显存在还原剂时可以发生REDOX应力是此技术的另一缺陷。 

溶解氧(“DO”)计具有类似的缺陷。测量DO(氧化剂)的量，但是系统正在经受的净REDOX应力并不必须是腐蚀应力的准确指示 (indicator)。在进行DO测量之前，还必须冷却样品，因而在REDOX应力事件开始时，增加了检测的滞后时间。而且，样品管线中的氧消耗的电势能够造成不准确的读数。在明显不存在DO时还可以发生REDOX应力，且样品中很少的或没有DO可能是假阴性(false negative)。此外，上述所有仪器购买相对昂贵，且需要经常校准和维护。 

腐蚀试样给出了总的系统腐蚀的时间平均的结果。而且，此技术并不提供REDOX应力事件的实时指示或控制。在线电化学腐蚀工具不足以用于局部腐蚀确定且不能使用在低电导率的环境中。