乙二醇載冷劑對制冷設(shè)備換熱器銅管腐蝕分析

高永豐 高翔 湯浩江 裘科益

摘要：在空調(diào)制冷工程、工業(yè)生產(chǎn)和科學試驗中，常常采用制冷裝置間接冷卻被冷卻物，或者將制冷裝置產(chǎn)生的冷量遠距離輸送，這時需采用載冷劑作為中間物質(zhì)，其在裝置的蒸發(fā)器內(nèi)被冷卻降溫，然后再用它冷卻被冷卻物。制冷設(shè)備常用的載冷劑是水，但只能用于高于0℃的條件。當要求低于0℃時，一般采用鹽水或采用乙二醇溶液。目前乙二醇溶液載冷劑使用較為廣泛。但據(jù)昝世超等人的研究，乙二醇對碳鋼、鑄鐵、焊料等金屬具有較強腐蝕性。為了分析確認乙二醇溶液對殼管式換熱器的腐蝕行為，對某型號冷水機組制冷設(shè)備換熱器銅管穿孔問題進行腐蝕試驗確認。本文主要分析乙二醇載冷劑對制冷設(shè)備換熱器銅管腐蝕分析。

關(guān)鍵詞：乙二醇;銅管腐蝕;失效分析;防護

引言

使用合理的緩蝕劑是常見的腐蝕控制措施。目前常見的緩蝕劑一般都為陽極抑制型，其原理是作用在陽極金屬表面，生成氧化物或氫氧化物形成保護膜覆蓋在陽極上，從而降低腐蝕電流密度，抑制制冷系統(tǒng)中碳鋼材料的腐蝕。在往乙二醇溶液加入少量的緩蝕劑后，溶液pH值可在7.5～10.0左右。呈弱堿性的乙二醇溶液能中和乙二醇被氧化生成的酸性物質(zhì)，避免生成的酸性物質(zhì)與鐵銹發(fā)生反應(yīng)釋放出三價鐵離子腐蝕銅管。目前市場上有普通乙二醇和抑制性乙二醇，抑制性乙二醇指已添加有防腐蝕輔料成分的乙二醇純?nèi)芤海ㄙ|(zhì)量濃度一般為95%）。為了避免不規(guī)范添加或漏添加造成腐蝕問題，建議優(yōu)先選擇已含緩蝕劑的抑制性乙二醇溶液，然后采取蒸餾水進行質(zhì)量濃度調(diào)配后充注使用。

1、概述

該型號冷水機組蒸發(fā)器為殼管式換熱器，因有低溫制冷需求，故，使用乙二醇溶液作為載冷劑。機組投入運行前，采取溶液充注泵將乙二醇（質(zhì)量濃度為99.9%）和自來水按相關(guān)質(zhì)量比配對成的質(zhì)量濃度為30%的乙二醇溶液充注到機組管路系統(tǒng)內(nèi)。機組運行時，換熱器內(nèi)的銅管外壁通過乙二醇水溶液載冷，內(nèi)壁通過系統(tǒng)中的R407C制冷劑。該殼管式換熱器壓力容器材料及工藝均按照NB/T47012-2010標準制造。該冷水機組充注上述質(zhì)量濃度為30%的乙二醇溶液后投入運行，乙二醇載冷劑溫度在-25℃～35℃區(qū)間長時間運行。在該機組運行10個月后，出現(xiàn)制冷系統(tǒng)低壓報警，經(jīng)對機組殼管式換熱器進行解剖檢查，確認是殼管式換熱器內(nèi)銅管出現(xiàn)穿孔泄漏。

2、空調(diào)制冷銅管使用的問題分析

2.1銅管泄露

使用空調(diào)冷銅管時，銅管泄漏是最常見的問題之一，是空調(diào)冷銅管致命缺陷。一旦泄漏，所有制冷劑都會從銅管溢出，由于傳輸介質(zhì)不足，空調(diào)的運行停止。用戶的制造因素和使用因素可能會在使用空調(diào)和冷銅管道時導致泄漏問題。對制造因素進行分析后，可以確定冷銅管材的渦流檢測極為關(guān)鍵，國家標準規(guī)定渦流檢測應(yīng)達到100%。為確保渦流檢測靈敏度符合要求，還應(yīng)注意調(diào)節(jié)故障檢測器所用樣品管的人工通孔直徑，以降低缺少檢測的可能性。渦流檢測雖然能夠檢測到氣候和冷態(tài)銅管的缺陷，但如果銅管表面沒有標記或標記不準確和不清楚，銅管泄漏問題仍可能出現(xiàn)。對用戶使用因素的分析可以發(fā)現(xiàn)，渦流檢測、加工問題和焊接不良所檢測到的缺陷管道的濫用可能導致銅管泄漏。渦流檢測檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷管道的濫用現(xiàn)象屢見不鮮。為避免出現(xiàn)此類問題，制造商應(yīng)通過渦流檢測來選擇冷卻銅管生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障的銅管，標出每個線圈上的創(chuàng)面數(shù)量，并在創(chuàng)面上打上黑色標記，以避免濫用。加工問題主要發(fā)生在彎曲、拉伸、燃燒和其他連接上。比如，彎曲時局部應(yīng)力容易導致過度膨脹，銅管材的深色開裂和撕裂問題容易發(fā)生。在這種情況下，制冷劑容易泄漏;焊接不好也可能導致空調(diào)和冷卻用銅管泄漏。鋁箔穿孔后應(yīng)使用小彎頭通過焊接連接管道。但是，如果焊接表面有異物，焊接質(zhì)量問題，焊接溫度過高或過低，則無法保證焊接質(zhì)量，最終導致空調(diào)和冷銅管道泄漏。

2.2銅管開裂

擴展孔和銅管上升孔都可能導致空調(diào)制冷銅管破裂。在生產(chǎn)過程中，延長孔和銅管上升孔是最連續(xù)的生產(chǎn)過程，通常是在一次操作中組成的。深入分析表明，銅管本身的質(zhì)量問題以及用戶使用不當可能導致銅管斷裂。對銅管質(zhì)量問題的分析本身表明，外表面缺陷、內(nèi)表面劃痕和內(nèi)表面氧化是銅管的典型質(zhì)量問題。在冷處理擴孔和提升管時，表面拉伸應(yīng)力的影響可能會導致銅管變形和連續(xù)延長，使銅管外表面存在一定深度的傷口，表面拉伸應(yīng)力可能導致銅管外表面斷裂 因此，銅管外表面可能出現(xiàn)裂紋，銅管內(nèi)表面的劃痕也可能引起類似的裂紋問題。如果存在銅管內(nèi)表面氧化，上升鏈將受內(nèi)表面摩擦變化的影響，最后，相同長度的銅管的樁長將不同，膨脹鏈也會因膨脹開口過大而引起裂紋問題;用戶使用情況分析顯示，常見操作包括“修復蛇”、“使用規(guī)則切割”和“無接縫切割”。但是，在對銅管進行熱處理后，較軟的銅管表面可能會導致切割缺失、收縮過大、銅管收縮過大或毛刺過多，也可能導致端口硬化和飛邊問題，這也可能導致擴口時銅管開裂。

3、銅管腐蝕原因調(diào)查

3.1化學成分分析

換熱器銅管使用牌號為TP2的無氧銅管，規(guī)格為φ9.52×0.7mm內(nèi)螺紋管。與GB/T5231-2012《加工銅及銅合金牌號和化學成分》規(guī)定的TP2材料元素含量進行比較。泄漏附近位置的銅管化學成分中的Cu、Pb和在標準規(guī)定的范圍內(nèi)，符合GB/T5231-2012規(guī)定的TP2材料含量要求。

3.2掃描電鏡檢查

采用掃描電鏡對銅管外壁腐蝕坑進行腐蝕形貌分析?？梢钥闯鲢~管外壁腐蝕坑呈橢圓狀，表面覆蓋大量的棕黑色的沉積物。觀察到腐蝕坑銅管外壁拓展到內(nèi)壁，可確認腐蝕行為是由銅管外壁延伸到內(nèi)部的過程。根據(jù)機組應(yīng)用場景，銅管內(nèi)壁走制冷劑，外壁走載冷劑乙二醇溶液，因此該次腐蝕可能與乙二醇溶液有關(guān)。

3.3乙二醇載冷劑離子濃度分析

在試驗設(shè)備中取樣乙二醇溶液，觀察溶液中有大量的棕黑色沉淀物。為進一步對腐蝕產(chǎn)物進行確認，對系統(tǒng)乙二醇載冷劑溶液按HJ84-2016和GB/T30902-2014標準進行離子濃度分析。系統(tǒng)中乙二醇溶液主要的離子為鐵、鋅、氟、硫酸根、硝酸根等。測試乙二醇溶液pH值為5.33，呈弱酸性。根據(jù)腐蝕產(chǎn)物分析的結(jié)果，可確認銅管腐蝕穿孔的主要是鐵離子腐蝕導致。

3.4高頻焊接

高頻焊接的主要原則是：首先，所有電流必須聚集在焊接區(qū)內(nèi)，然后加熱，以刺激高頻電流中的皮膚濃度效應(yīng)和近距離效應(yīng)，使加熱工作能夠盡快進行一般來說，高頻焊接主要包括兩種不同的焊接方法：接觸式高頻焊接和感應(yīng)式高頻焊接。第一種高頻焊接方法，其焊接原理是將高頻焊接電流輸入管道觸頭和胚胎焊接邊緣區(qū)進行焊接工作。但是，這種焊接方法可能會大量消耗電極接觸并導致管線庫變形，從而影響焊接質(zhì)量;第二種焊接方法是利用高頻電流中的皮膚效應(yīng)和近距效應(yīng)快速加熱感應(yīng)圈內(nèi)的溫度，使穿過感應(yīng)圈的管胚能夠在高溫作用下完成焊接過程它不僅具有穩(wěn)定的焊接工藝，焊接質(zhì)量較高，不需要使用接觸材料，而且更易于調(diào)整，因此其使用范圍優(yōu)于高頻焊接。

3.5導向與焊接擠壓

制導和焊接擠出主要指焊接中的雜質(zhì)擠出和材料（如使用擠壓輪給定的擠壓壓力鑄造的金屬），以及高溫固相金屬的緊密連接以實現(xiàn)焊接。請注意，夾緊壓力的大小直接影響焊縫的強度和焊縫缺陷的狀態(tài)。例如，壓力過大可能導致變形;太小，無法擠出外部本體，導致熔接不足。若要調(diào)整壓縮壓力的大小，您可以透過記住壓力設(shè)定和熔接過程來改善壓縮輪之間的間距。

結(jié)束語

綜上所述，空調(diào)制冷銅管使用的問題較為多樣化。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的銅管泄露、銅管開裂、銅管“銅鋁滲蝕”開裂等內(nèi)容，則直觀展示了空調(diào)制冷銅管使用問題的源頭和應(yīng)對措施。為更好解決空調(diào)制冷銅管使用面臨的各類問題，油水腐蝕介質(zhì)對空調(diào)制冷銅管造成的影響也需要得到重視，空調(diào)兩器的加工工藝升級也不容忽視。

參考文獻：

[1]岳振廷.制冷銅管，未來的市場在哪里[J].企業(yè)觀察家，2019（09）：94-95.

[2]危利民，羅欣，余琪.退火工藝對薄壁銅管組織和性能的影響[J].銅業(yè)工程，2018（06）：9-13.

[3]申孟亮.TU1銅管在空調(diào)換熱器防腐蝕性能方面替換TP2銅管的可行性研究[J].制冷與空調(diào)，2018，18（09）：38-41.

[4]曹玉紅，劉獻玲，張建成，等.乙二醇污水對碳鋼的腐蝕性研究[J].石油化工腐蝕與防護，2019，30（5）：15-17.

[5]王瑾，沈小彬，梁志，等.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中乙二醇的緩蝕劑研究[J].上海理工大學學報，2019，36（2）：83-86.