管殼式換熱器腐蝕原因分析及預(yù)防

何亮

摘要：腐蝕是指材料在環(huán)境作用下發(fā)生的破壞和變質(zhì)，由于換熱器接觸介質(zhì)復(fù)雜且腐蝕性強(qiáng)，在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏，輕者影響生產(chǎn)降低產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時發(fā)生爆炸危及人身與設(shè)備的安全。本文根據(jù)筆者從事壓力容器工作多年的經(jīng)驗，對換熱器腐蝕原因進(jìn)行分析，并根據(jù)實地應(yīng)用過程提出針對性的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：換熱器腐蝕；原因；預(yù)防措施

1 概述

目前國內(nèi)的換熱器多數(shù)采用碳鋼材料，由于換熱器工作介質(zhì)復(fù)雜且腐蝕性強(qiáng)，運(yùn)行工況條件苛刻，換熱器管束經(jīng)常泄露穿孔，換熱器腐蝕穿孔成為煉油企業(yè)十分重視的問題，科技工作者致力于對換熱器腐蝕影響因素進(jìn)行分析，進(jìn)而針對換熱器的腐蝕提出有效的防護(hù)措施，并將其應(yīng)用于工程實際中來解決實際問題，對提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、保障人民生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

2 管殼式換熱器腐蝕類型分析

根據(jù)查閱的相關(guān)資料以及實地工作過程中的了解，常見的換熱器腐蝕破壞類型有均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、沖刷腐蝕及應(yīng)力腐蝕等[1]。

（1）均勻腐蝕。均勻腐蝕是煉廠換熱器中碳鋼材料最常發(fā)生的一種腐蝕形式。當(dāng)金屬材料發(fā)生均勻腐蝕時，其表面均勻減薄，沒有形成蝕坑，發(fā)生腐蝕反應(yīng)的方程式為：陽極反應(yīng)：2Fe→2Fe2++4e；陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e→4OH-；總反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O→2Fe（OH）2。均勻腐蝕雖然對材料造成一定的破壞，但是它的危害程度具有可遇見性，只要把握好換熱器的運(yùn)行趨勢，就可減輕其危害性。

（2）點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕是一種在金屬局部地方產(chǎn)生腐蝕小孔，并向金屬內(nèi)部深處發(fā)展的腐蝕破壞形式。在換熱器的腐蝕失效中，點(diǎn)蝕所占的比例非常大。

（3）電偶腐蝕。電偶腐蝕是指電極電位不同的兩種金屬在電解質(zhì)溶液中相互接觸，電位低的金屬作為電偶對的陽極受到腐蝕。在管殼式換熱器中，換熱管與管板、折流板等都采用不同的材料，因此就存在電偶腐蝕的可能性。

（4）縫隙腐蝕?？p隙腐蝕是金屬與金屬或非金屬之間，由于存在縫隙，在腐蝕介質(zhì)的作用下發(fā)生的局部腐蝕。在換熱器中，兩構(gòu)件接觸面間存在著很小的縫隙，當(dāng)殼程介質(zhì)進(jìn)入到縫隙死角中時，縫隙內(nèi)外的介質(zhì)產(chǎn)生濃度差，在電化學(xué)作用下發(fā)生縫隙腐蝕。

（5）沖刷腐蝕。由于金屬表面與腐蝕流體的相對運(yùn)動速度較大，導(dǎo)致金屬表面受到?jīng)_刷腐蝕。沖刷腐蝕在水相換熱器中廣泛存在，暴露在運(yùn)動流體中的換熱器殼體、換熱管束遭受到?jīng)_刷腐蝕的破壞，將大大縮短換熱器的使用壽命。

（6）應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是材料在外加或殘余應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下產(chǎn)生的一種腐蝕形態(tài)。在換熱器中，最常發(fā)生應(yīng)力腐蝕有Cl-應(yīng)力腐蝕、硫化物應(yīng)力腐蝕以及氫腐蝕。

3 換熱器腐蝕原因分析

（1）氯離子。氯離子是換熱器水介質(zhì)中普遍存在的腐蝕性陰離子，氯離子會加快碳鋼、不銹鋼以及合金等金屬的局部腐蝕。尤其在使用碳鋼、不銹鋼換熱器的循環(huán)水系統(tǒng)中，應(yīng)嚴(yán)格控制氯離子含量。

（2）鈣離子。當(dāng)循環(huán)冷卻水中同時還存在SO42-、SiO42-等離子時，會與Ca2+、Mg2+發(fā)生反應(yīng)生成難溶解的硫酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽，在換熱管表面沉積結(jié)垢，由于水垢的存在，降低了換熱效果，容易引起管束的垢下腐蝕。

（3）溫度。腐蝕過程與循環(huán)水的溫度也有很大的關(guān)系。隨著循環(huán)水溫度的升高，水的電導(dǎo)率增加，電極反應(yīng)速度加快；同時水的對流和擴(kuò)散隨溫度的升高而加強(qiáng)，使氧向金屬表面的擴(kuò)散加速，從而加速了金屬的腐蝕。

（4）pH值。金屬的腐蝕速度與循環(huán)冷卻水的pH值密切相關(guān)，介質(zhì)的pH值不同對設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕程度的不同。在含有氧的酸性水中，pH值越低，金屬發(fā)生腐蝕的速度越大，當(dāng)pH值在7-8附近時，金屬的腐蝕速度基本不隨pH值的變化而變化，當(dāng)pH值較高時，尤其是在8-10區(qū)間，隨著環(huán)境中pH值的增大，腐蝕速度降低。

（5）溶解氧。水中的溶解氧是參加陰極過程的氧化劑，一般情況下在循環(huán)水運(yùn)行過程中，水中的氧含量越多，鋼鐵的腐蝕越嚴(yán)重。但在一些特定條件下，鋼鐵受溶解氧腐蝕會在其表面上產(chǎn)生保護(hù)膜，從而減緩腐蝕速度，此時水中的氧含量愈大，產(chǎn)生保護(hù)膜的可能性就愈大，所以會使腐蝕減弱[2]。

通過對我國目前換熱器腐蝕情況進(jìn)行分析，總結(jié)出造成換熱器腐蝕的主要原因有三個方面：①結(jié)垢引起的腐蝕，其中換熱器水質(zhì)中由于含有鈣鎂鹽產(chǎn)生的結(jié)垢最為嚴(yán)重，使得換熱器管束發(fā)生垢下腐蝕，這是換熱器管束穿孔的主要原因；②介質(zhì)中腐蝕性成分引起的腐蝕，換熱器水質(zhì)中除水外，不同程度的含有Cl-，H2S，NH3等腐蝕成分，這些都是造成加速腐蝕的進(jìn)行的因素；③固體微粒引起的沖刷腐蝕，若在換熱器介質(zhì)中含有固體顆粒等雜質(zhì)，將在高流速下對金屬形成沖刷，造成金屬的物理損傷和加速電化學(xué)腐蝕，沖刷腐蝕在水相換熱器中廣泛存在。

4 換熱器的腐蝕預(yù)防措施

（1）工藝防腐。工藝防腐普遍采用“一脫三注（脫鹽，注氨、堿、緩蝕劑 ）” 的方法。工藝防腐技術(shù)的應(yīng)用，使得有害侵蝕雜質(zhì)對設(shè)備的腐蝕顯著降低，從一定程度上確保了設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

（2）升級設(shè)備的材質(zhì)。實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，換熱器的腐蝕種類復(fù)雜多樣，單純的某一種高性能不銹鋼是無法適應(yīng)其防腐要求。因此針對不同的腐蝕類型防腐的材料也應(yīng)該不斷地更新。使用一些非金屬材料、Ti等貴金屬材料對設(shè)備的腐蝕起到明顯的保護(hù)作用。

（3）防腐表面工程技術(shù)。根據(jù)換熱器基體材料使用環(huán)境的需要設(shè)計表面防腐層，使其達(dá)到預(yù)防、控制基體材料腐蝕的目的。防腐表面工程技術(shù)包括熱浸鍍、表面轉(zhuǎn)化技術(shù)、電沉積、涂裝等。

（4）針對不同腐蝕形式的預(yù)防措施。換熱器的腐蝕形式具有多樣性，應(yīng)根據(jù)腐蝕程度、部位及經(jīng)濟(jì)成本等因素選擇防腐措施。根據(jù)換熱器材料的組織狀態(tài)、緩蝕劑的適用性、陰陽極保護(hù)形式進(jìn)行分析、選擇、改進(jìn)，以便使換熱器的材料達(dá)到最佳的耐腐蝕效果的目的。

（5）滲、鍍耐蝕層。滲鋅是鋼鐵材料防腐蝕的最經(jīng)濟(jì)和最普遍的方法之一，它是在鋅的熔點(diǎn)溫度以下使活性鋅原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。鍍覆表面處理中具有代表性的是化學(xué)鍍鎳磷技術(shù)，非晶態(tài)鎳磷合金由于沒有晶界、位錯等缺陷，具有較高的抗腐蝕性能。

換熱器根據(jù)不同的實際情況，防腐蝕技術(shù)方法也不同。但大多數(shù)控制腐蝕的方法均圍繞以下三種思路進(jìn)行：①使金屬表面與環(huán)境介質(zhì)隔離；②改善金屬電位，使陽極或陰極反應(yīng)在可控制范圍內(nèi)；③使用高耐腐蝕金屬。

參考文獻(xiàn)：

[1]屈昀麗等.淺談?chuàng)Q熱器的腐蝕與防腐蝕[J].內(nèi)蒙古石油化工，2006，9：144-145.

[2]韓麗燕.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕性能評價[D].河北：華北電力大學(xué)，2008.