化工換熱器的腐蝕問題及防腐措施

胡培遠 高源（陽煤集團淄博齊魯?shù)谝换视邢薰?，山東 淄博 255436）

化工換熱器的腐蝕問題及防腐措施

胡培遠 高源（陽煤集團淄博齊魯?shù)谝换视邢薰荆綎| 淄博 255436）

隨著工業(yè)化建設進程不斷加快，化工行業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)代化工企業(yè)無論是企業(yè)規(guī)模還是生產(chǎn)能力，均得到了質(zhì)的提升，對于化工設備安全提出了更高的要求。換熱器是一種冷、熱流體發(fā)生熱能傳遞的設備，在化工行業(yè)有著極為廣泛的應用。但就化工行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀而言，換熱器腐蝕問題較為嚴重，限制了化工企業(yè)的進一步發(fā)展。筆者從換熱器常見腐蝕問題及成因入手，就相應的防腐措施，發(fā)表幾點看法，以供相關單位參考。

化工；換熱器；腐蝕問題；防腐措施

換熱器是一種常見的熱能交換設備，在化工行業(yè)中應用廣泛。隨著我國化工產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，化工企業(yè)規(guī)模越來越大、裝置設備數(shù)量越來越多，對于設備安全管理提出了更高的要求。換熱器設備在實際應用過程中，受工作介質(zhì)組成復雜、工藝條件較為苛刻等因素影響，設備腐蝕問題較為普遍，嚴重影響著化工行業(yè)的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)。因此，從換熱器設備常見腐蝕問題及成因入手，探討相應的腐蝕防治措施，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 換熱器腐蝕故障及成因分析

通常情況下，換熱器由管程和殼程兩部分構(gòu)成，冷、熱流體分別在不同的區(qū)域流通，借助換熱器設備實現(xiàn)熱能的交換。換熱器作為一種重要的基礎設備，在化工生產(chǎn)裝置中基數(shù)較為龐大，受化工生產(chǎn)工藝特殊性影響，換熱器內(nèi)部工作介質(zhì)較為復雜，且常需在高溫、高壓、腐蝕等極端條件下進行工作，容易出現(xiàn)腐蝕泄漏或沖刷泄露等腐蝕問題。換熱器發(fā)生腐蝕就會導致?lián)Q熱效果下降，甚至換熱器失效的問題，從而影響正常的化工生產(chǎn)狀態(tài)。

（1）換熱器內(nèi)部沉積物造成的電化學腐蝕

如工作介質(zhì)在換熱器內(nèi)部發(fā)生不均勻流動或停止流通，就可能在換熱管內(nèi)部形成一定的沉積物。這些沉積物的形狀并不規(guī)則，通常表現(xiàn)為深谷形狀或馬蹄形的凹槽。因其獨特的形狀構(gòu)造，在流體流動過程中，沉積物也會隨著流體流通方向，逐漸趨向金屬表面移動。將其與腐蝕的一些基本特性進行對比可以發(fā)現(xiàn)，沉積物在不均勻、不牢固等特性方面，與腐蝕具有一定的相似性。同時，由于換熱管中縫內(nèi)外的實際含氧量不同，進而導致電化學腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。如反應趨向陽極氧化反應進行，就會出現(xiàn)金屬溶解現(xiàn)象；如反應趨向陰極還原反應進行，就會相應產(chǎn)生堿性溶液或中性溶液。此外，隨著設備內(nèi)電化學反應的持續(xù)進行，腐蝕產(chǎn)物會不斷積聚增多，進一步破壞設備內(nèi)原有的化學平衡，加劇腐蝕反應的惡化進行。

（2）水質(zhì)問題導致的換熱器腐蝕

水是一種最常見的換熱器工作介質(zhì)，因此，由于水質(zhì)問題導致的設備腐蝕問題，必須引起相關人員的重視。換熱器設備水腐蝕的根本成因，就是水質(zhì)不合格，具體包括水汽滲透、pH值過低、溶解氧含量過高以及有毒有害陰離子如氯離子含量過高等。如在換熱器使用過程中，水質(zhì)無法達到設備使用標準，就會導致設備電化學腐蝕或化學腐蝕問題。

為降低水質(zhì)問題對于換熱器設備使用的不良影響，應對換熱器材質(zhì)提出一定的要求，具體包括抗離子腐蝕、抗水汽滲透等，同時在高溫條件還應保持相對穩(wěn)定的抗腐蝕性。此外，在設備正式投入使用前，還應對其進行相應的防腐處理，以提高設備的抗腐蝕能力。

（3）換熱器設備表面腐蝕磨損問題分析

就換熱器設備實際應用而言，在腐蝕介質(zhì)與設備金屬部件外側(cè)表面間有著較大的運動速度。隨著設備使用時間不斷增加，就會導致設備金屬部件外側(cè)出現(xiàn)較嚴重的腐蝕損壞問題，通常情況下將這種腐蝕問題稱為磨損腐蝕，又稱磨損。磨損腐蝕問題的根本原因是由于介質(zhì)流動導致的，但由于介質(zhì)種類眾多，如液體、氣體、固體顆粒等，導致其具體問題成因較為復雜?？偟膩碚f，磨損腐蝕可以理解為高運動速度狀態(tài)下的流體對于設備金屬表面已存在腐蝕產(chǎn)物的機械沖刷，以及與設備外部裸露金屬表面腐蝕反應的共同作用。

實際化工生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工況較為復雜，常涉及一些粘性介質(zhì)的換熱作業(yè)。為避免此類粘性介質(zhì)在設備中發(fā)生沉淀結(jié)構(gòu)，在換熱操作中就會賦予其一定的速度，通常介質(zhì)的流速不得低于2m/s。高運動速度狀態(tài)下，尤其是組成復雜帶有氣泡或固體顆粒的流體，就會對設備金屬表面造成強烈的沖刷，局部區(qū)域所承受的壓力可達幾十兆帕。因此，在換熱器實際應用中，通常會在殼程入口處設置相應的防沖板，以避免設備換熱管直接與介質(zhì)接觸。但隨著時間的推移，防沖板在流體沖擊作用下，也會發(fā)生損壞。

2 化工換熱器設備的腐蝕防治措施分析

（1）陽極犧牲保護措施分析

如碳素鋼處于電解質(zhì)溶液環(huán)境下，就會相應形成微電池，碳素鋼主要由滲碳體和鐵素體構(gòu)成，其中鐵素體的電極電位普遍較低，因此其可以視為微電池的陽極，相應地滲碳體就是微電池的陰極。

換熱器產(chǎn)生電化學腐蝕時，陰陽兩極間具有的電流，就是腐蝕電流。陽極犧牲保護法就是在需保護的設備金屬表面連接一具有更低電位的金屬，使被保護金屬變?yōu)殛帢O，進而達到防腐保護的目的。碳素鋼作為換熱器的主要材料，其作為犧牲陽極的情況較為常見，因此需挑選比鐵元素電位更低的材料進行保護，綜合防腐保護性能、經(jīng)濟性等多方面要求，通常選用鋅作為陰極極化材料更加科學、合理。

（2）防腐涂料防腐措施分析

防腐涂層防腐是一種傳統(tǒng)的設備防腐措施，在換熱器腐蝕防治中有著廣泛的應用。CH-784是一種環(huán)氧氨基涂料，具有耐腐蝕、耐酸堿、耐溶劑以及耐高溫等特點。另外，使用此種涂料獲得的漆膜同樣具有良好的物理性能，包括表面平滑、硬度大、耐摩擦以及粘附性強等。因此，CH-784漆膜在水中與不易溶解物間的摩擦力相對較小，設備內(nèi)不易產(chǎn)生沉淀堆積或粘附。

CH-784涂料中的底漆和面漆中具有一定的金屬顏料含量，故而其導熱性能良好，在實際應用過程中，抗結(jié)構(gòu)、生銹效果良好，且具有提高換熱效果和促進水質(zhì)流速提高的作用。受水質(zhì)腐蝕影響，許多化工企業(yè)在選擇換熱器設備時，不得不選擇銅合金、不銹鋼等材質(zhì)，導致?lián)Q熱器成本居高不下。合理使用防腐涂層，可有效提高換熱器設備的抗腐蝕能力，同時大幅度降低設備成本，如選擇碳鋼材質(zhì)的換熱器，進而提高化工生產(chǎn)的綜合效益。

（3）金屬或無機涂層保護措施分析

在換熱器設備金屬表面設置一層金屬或無機涂層，也可以達到相應的防腐保護效果，即鍍層防腐保護。金屬鍍層保護具體方法包括電鍍、包鍍、蒸汽鍍等；無機鍍層保護具體措施包括滲鍍、噴涂以及化學轉(zhuǎn)化等。就金屬涂層而言，其變化性相對較強，而無機涂層則較為脆弱。因此，在實際保護過程中，需保障涂層的完全隔離狀態(tài)，如存在缺陷、孔洞等問題，就會產(chǎn)生電偶效應，加速局部區(qū)域的腐蝕速率，導致反向的保護效果。

3 結(jié)語

綜上所述，換熱器作為化工生產(chǎn)的重要基礎設備，在化工行業(yè)中有著廣泛的應用，其設備安全問題直接影響著化工企業(yè)安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)。因此，相關人員必須提高對于換熱器防腐問題的重視，從換熱器常見腐蝕問題及成因入手，針對實際問題采取相應的防治措施，以提高設備的抗腐蝕能力，促進化工產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

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