化工換熱器的腐蝕問題及防腐措施

劉 亮，張小龍

（陜西延長石油（集團）有限責任公司延安石油化工廠，陜西延安 727406）

換熱器在化工生產(chǎn)過程中不可或缺，在生產(chǎn)過程中，如果設(shè)備的溫度長時間處于較高的狀態(tài)，在很大程度上會降低設(shè)備的使用壽命，嚴重的會導致設(shè)備損壞。換熱器通過換熱系統(tǒng)降低設(shè)備工作過程中溫度，保證其可以長期正常運行。換熱器腐蝕的原因多種多樣，長期處于高溫狀態(tài)、工作運行強度大、人為損壞等都可能導致?lián)Q熱器使用壽命降低，還會對設(shè)備的安全操作帶來一定的影響。

1 化工換熱器的概念

化工設(shè)備中的換熱器可以實現(xiàn)將熱冷流體中的能量輸送到其他流體中，在傳熱面的熱流傳輸過程中熱流不會隨著時間發(fā)生變化。換熱器的合理、有效運用可以保障流體溫度達到相關(guān)規(guī)定的指標，提高企業(yè)的能源利用效率。設(shè)備運行狀態(tài)良好的情況下，換熱器可以在工業(yè)生產(chǎn)的過程中作為冷卻器、再沸器、加熱器等使用?；Q熱器目前的使用范圍十分廣泛，通常都是運用在石油化工廠、熱電廠等場所中，設(shè)備的使用量巨大，所以化工換熱器在運作的工程中會接觸到許多物質(zhì)，這也直接導致了化工換熱器設(shè)備腐蝕問題存在的必然性[1]。目前使用率比較高的換熱器類型分別是蓄熱式換熱器、混合式化熱器、間壁式換熱器。在煤炭領(lǐng)域、石油行業(yè)、電熱行業(yè)中換熱器都發(fā)揮著不可或缺的作用，直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益。一旦換熱器出現(xiàn)腐蝕的問題，會使設(shè)備發(fā)生故障，最終導致設(shè)備損壞，給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟損失。

2 化工換熱器的腐蝕類型

2.1 物理磨損導致的腐蝕

在化工生產(chǎn)過程中，大部分換熱器都是由金屬材質(zhì)構(gòu)成的，金屬具有硬度較高、剛性較強的特點，也正是因為這些原因?qū)е略O(shè)備零件之間容易發(fā)生摩擦，摩擦過多導致設(shè)備出現(xiàn)摩擦腐蝕。氣體、顆粒、液體都會導致設(shè)備出現(xiàn)物理性摩擦腐蝕。如果換熱器的第一層保護介質(zhì)被磨損，那么設(shè)備的第二次介質(zhì)也會處在極易被磨損的條件下，會加劇換熱器的腐蝕度。換熱器表面之所以會出現(xiàn)物理磨損腐蝕的情況主要是因為受到了介質(zhì)的高速運動以及設(shè)備中眾多金屬零件相互摩擦共同影響的。當前石油化工企業(yè)生產(chǎn)時，換熱器金屬部件上容易出現(xiàn)一些黏性介質(zhì)，將介質(zhì)的流動速度保持在2m/s，保持快速的流動狀態(tài)，這個方法可以幫助沖刷換熱器的傳熱面，在換熱器的表面上形成強壓。由于當前物理腐蝕的現(xiàn)象比較常見，各個化工企業(yè)都將預(yù)防物理腐蝕作為工作中的重點，積極地采取合理的措施，降低換熱器內(nèi)部進入一些容易導致物理腐蝕的介質(zhì)。

2.2 電化學反應(yīng)導致的腐蝕問題

換熱器在長期的使用過程中由于液體的高速流動會出現(xiàn)一些介質(zhì)沉淀的現(xiàn)象，在一些設(shè)備運行的末端，由于流動速度變慢會導致管內(nèi)的沉積物增多。在管內(nèi)流動速度和沉積物質(zhì)的共同影響下，就會導致?lián)Q熱管表面的沉積物質(zhì)分布不夠均勻，彼此之間的黏連性較弱，極易導致間隙以及裂縫的出現(xiàn)，在設(shè)備的表面形成凹槽。由于各個沉積物質(zhì)之間的間隙不同，就會導致設(shè)備的不同位置出現(xiàn)電化學腐蝕現(xiàn)象，其中最多的就是面積還原腐蝕、陽極金屬腐蝕等。其中陽極金屬會出現(xiàn)溶解的化學反應(yīng)，將設(shè)備周邊金屬逐步溶解；陰極金屬會出現(xiàn)還原反應(yīng)，將周邊物質(zhì)還原成中性溶液或者堿性溶液[2]。由于化學反應(yīng)存在時間上的差異，在這一定程度上也會增加設(shè)備的腐蝕面積，對設(shè)備造成更大的影響。

2.3 換熱器管道水側(cè)腐蝕

水是換熱器管道中的主要介質(zhì)，但是由于水中常常含有較多的雜質(zhì)，因此這也導致了換熱器管道中腐蝕問題的存在。在對化工產(chǎn)品進行生產(chǎn)的過程中，如果所使用的水pH較低，就會出現(xiàn)氧含量較低的情況，最終也會導致設(shè)備出現(xiàn)腐蝕的問題。除此之外熱換氣管道內(nèi)氣態(tài)水、酸性水、空氣含量的增多也會導致管道壁表面的腐蝕情況加重，水汽會和管道中的鐵元素發(fā)生反應(yīng)，還會與氧化物發(fā)生溶解反應(yīng)，最終引起水中的陰離子形成一定的化學腐蝕作用，與此同時換熱器管道還會受到水汽滲入沖刷的影響，加快換熱器管道的腐蝕速度。

3 化工換熱器的防腐方法

3.1 使用防腐涂料

防腐涂料是目前可以有效避免化工換熱器出現(xiàn)腐蝕問題的常規(guī)解決手段，在化工換熱器的表面覆蓋上無機防腐涂層或者金屬防腐涂層，可以幫助換熱器在一定程度上避免接觸金屬以及其他腐蝕物質(zhì)。比較常見的金屬涂層防腐方式有電鍍、火焰噴涂、電鍍等；無機防腐涂層的方式主要是化學轉(zhuǎn)換等方法。在對化工設(shè)備進行噴涂防腐涂層之后需要將其放置到高溫下進行烘烤，使化工換熱器表面上的涂層可以牢固地黏附。其中金屬涂層具有可變性的優(yōu)點，無機防腐涂層較為脆弱，彎折后較易變形，一旦無機金屬涂層出現(xiàn)裂痕或者破洞，那么損壞的部分將成為嚴重腐蝕區(qū)，在一定程度上加劇化工換熱器的腐蝕速度，嚴重影響著化工換熱器的使用壽命。

具體的操作方法是保證設(shè)備溫度不能低于3℃或者空氣濕度不能高于85%，以此為前提，需要先將換熱器表面上的銹跡清理干凈，進行除油工作，保證金屬本體完全露出后，對換熱器的噴涂指標進行嚴格把控，要同時滿足防腐和增熱的目標，換熱器的防腐涂層厚度要盡可能地控制在80～250μm，如果換熱器的防腐涂層過厚會導致?lián)Q熱器導熱效果降低，防腐涂層也會不夠牢固。管道外壁的防腐涂層可以采用浸泡的方法，換熱器外殼可以借助泵循環(huán)噴涂，在噴涂的過程中，要保證兩層底漆，四層面漆，每一層的厚度保持在25～40μm。在化工換熱器防腐涂層噴涂工作完成后，要檢查防腐涂層是否光滑，是否存在縫隙等，要保證涂層厚度均勻，檢查工作無誤后才可以投入使用?？梢允褂眉t單環(huán)氧作為主要的防腐防銹涂料，紅單環(huán)氧的防銹防腐性能較好，可以承受大部分酸堿介質(zhì)，具有耐高溫、機械性強、硬度夠、附著力強的優(yōu)勢。紅單環(huán)氧可以有效地隔絕介質(zhì)中的雜質(zhì)，使水垢等一些聚集物難以在金屬表面附著，在介質(zhì)的推動作用下隨水流流走，在一定程度上起到保護換熱器金屬表面的作用。其中紅單環(huán)氧涂料中的金屬元素可以起到快速導熱的作用，紅單環(huán)氧的涂層厚度僅僅是80～250μm，不起銹、不結(jié)垢的表面可以在很大程度上保證流水的速度，從而保障換熱器的換熱效果。聚氨基甲酸脂漆是目前使用量最大的涂層原料，聚氨酯具有附著力強、耐腐蝕的優(yōu)點，可以在高聚物分子中形成閉環(huán)氫鍵，分離以及吸收一定的外部能量，在氫鍵反復(fù)形成的過程中，也會使聚氨酯漆形成高耐磨的性能。除此之外氯乙烯也是使用率比較高的涂層材料，這是一種通過高分子合成技術(shù)產(chǎn)生的具有一定防水、防霉能效的新型涂層材料，含有過氯乙烯的涂層材料可以在45℃的條件下，有效抵御濃度90%以下的濃硫酸以及濃度50%以下的硝酸，另外對于一些鹽酸、堿性化學物質(zhì)、鹽類水溶液、海水等多種有機化合物也有很好的抗腐蝕能效。

3.2 加強對化工換熱器的腐蝕監(jiān)測以及修復(fù)工作

化工換熱器在工作運行的過程中長期處于腐蝕環(huán)境中，不可避免接觸到易導致腐蝕的化學物質(zhì)，這也極大加快了換熱器的腐蝕速度，最終還會引起換熱器流體介質(zhì)發(fā)生滲漏問題，出現(xiàn)嚴重的生產(chǎn)安全事故，嚴重影響化工企業(yè)的生產(chǎn)進度，導致企業(yè)的經(jīng)濟效益降低。因此要求相關(guān)的工作人員要做到定期對換熱器進行程序化檢查，避免出現(xiàn)相關(guān)的安全隱患，給企業(yè)帶來一些不必要的經(jīng)濟損失。在檢查的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，應(yīng)當及時將問題的具體情況上報給相關(guān)部門，及時對隱患進行處理，避免設(shè)備在后續(xù)運行的過程中出現(xiàn)難于挽回的損失。

例如在化工企業(yè)進行生產(chǎn)工作的過程中，較為常用的腐蝕監(jiān)測方法有定期排氣檢查、采樣分析等，除此之外還有一些像渦流檢測、壁厚檢查等高新技術(shù)檢測手段也應(yīng)當加以應(yīng)用。當設(shè)備中氣液兩個不相溶介質(zhì)換熱時就需要進行排氣檢查，可以先對換熱器高壓一側(cè)出口管線的排放情況進行檢查，查看是否確實存在兩種不同的介質(zhì)，如果是氣性介質(zhì)有液或者是液性介質(zhì)有氣，就可以判斷出換熱器泄漏；采樣分析的方法和排氣檢查的原理較為相似，主要運用的場景是在排氣檢查使用不便的情況下進行的，如當傳熱的兩個介質(zhì)之間相互融合，管道出現(xiàn)的泄漏情況無法進行排氣檢查，此時就需要使用采樣分析的方式進行檢查，通過化驗分析可以進一步判斷換熱器是否存在泄漏的情況；當需要對換熱器外殼厚度變薄的情況進行檢測時可以使用壁厚檢測的手段來幫助工作人員了解設(shè)備外殼的腐蝕狀況，一般情況下都是采用聲波測厚儀進行檢測的，這種方法使用起來較為方便，檢測的結(jié)果也相對比較精準，唯一的缺點就是不能對換熱器進行實時在線檢測；當需要對換熱器管束的腐蝕情況進行檢測時，可以采用渦流檢測方法，使用渦流檢測探頭檢測時，檢測儀器會穿過換熱管，儀器中的激勵線圈會產(chǎn)生一定的電磁場，磁場會順著管束豎向傳播，最后返回到接收線圈，當儀器探頭經(jīng)過壁厚減少的區(qū)域時，磁場在線圈中的穿行時間會變少并隨著壁厚減少而逐漸減弱，工作人員以此為依據(jù)可以確定熱換氣壁厚減少的具體位置，為后期設(shè)備的維修、更換、報廢提供有利的參考依據(jù)。對于換熱器存在安全隱患的部分要及時進行針對性的修復(fù)工作，如果換熱器的腐蝕問題是由于換熱器中的換熱管變薄導致的，應(yīng)當及時更換換熱器的換熱管；如果換熱管出現(xiàn)了膨脹、收縮的情況，并且換熱器的某些部位出現(xiàn)了溫度變化，應(yīng)當及時地對換熱器進行防腐蝕修復(fù)工作。除此之外還需要對換熱器中的換熱管道進行防膨脹、防泄漏、防銹的處理工作。還需要制定一些設(shè)備日常維護制度，定期、合理地對化工換熱器進行檢查以及維修。另外，定期對相關(guān)的工作人員進行安全知識培訓是很有必要的，可以幫助工作人員提高安全生產(chǎn)的意識，制定賞罰分明的激勵制度，提高員工進行防腐檢查工作的積極性，深入貫徹落實化工行業(yè)換熱器防腐工作，可以保證化工企業(yè)防腐效果與時俱進，提高機器設(shè)備的使用年限，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

3.3 及時對換熱器進行清洗以及保養(yǎng)工作

為了保證化工換熱器設(shè)備的正常工作運行，需要對設(shè)備進行定期的清洗以及維修，定期清洗設(shè)備可以避免化學沉積物以及微生物對設(shè)備的腐蝕，保障機器設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，減少設(shè)備的腐蝕概率，提高化工換熱器設(shè)備的使用壽命。換熱器的清洗方法可以選擇機械清洗、化學清洗等，其中化學清洗又包含海綿球清洗、栲膠與堿劑清洗、鹽酸清洗等。

例如針對換熱器垢層的機械清洗方法主要是使用高壓射流的方法。通常是在進行化學清洗之后使用的。使用機械清洗的清洗手段可以有效地降低換熱器的磨損率，除此之外更為重要的原因就是機械清洗相對其他清洗方式的經(jīng)濟成本較低。在進行機械清洗工作之前，要事先對換熱器設(shè)備進行預(yù)實驗工作，在確定最佳的水壓范圍后再開始高壓射流清洗，在清洗的過程中要盡可能地避免出現(xiàn)壓力過高或者過低的情況，以防對清洗效果產(chǎn)生不必要的影響或者導致?lián)Q熱器設(shè)備損壞。當換熱器設(shè)備管內(nèi)、管外外殼內(nèi)壁出現(xiàn)垢層時就可以選擇機械清洗的方式，使用機械清洗的方法對碳鋼或者不銹鋼材質(zhì)進行清洗工作時，需要將水壓控制在50～70MPa，避免清洗過程中出現(xiàn)設(shè)備損壞的情況，產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟損失[3]。由于換熱器出現(xiàn)腐蝕問題時，無法通過常用的清洗方法對換熱器內(nèi)部進行清洗，因此大多數(shù)情況下都會選擇使用海綿球進行清洗。在使用海綿球進行清洗的過程中，要先將換熱器的垢層材料以及產(chǎn)生腐蝕問題的主要環(huán)境原因進行充分的分析，以此作為依據(jù)選擇不同種類的海綿球?qū)Q熱器內(nèi)部進行清洗工作。一般情況下，如果換熱器內(nèi)部的垢層硬度相對較大，通常會使用取砂式海綿球進行清洗工作，將砂式海綿球深入到換熱器內(nèi)部的深處，不斷摩擦垢層，直到垢層被全部去除。使用栲膠與堿劑的清洗方法時，要先將這兩種化學試劑添加到換熱器需要清洗的位置，在清洗工作開始之前，需要先對清洗工作進行預(yù)實驗，嚴格把控清洗過程中栲膠等化學物質(zhì)的使用量。正常情況下1t水需要添加5～10kg的栲膠，這種防腐蝕的清洗方法可以降低換熱器的損傷程度，與此同時使用栲膠與堿劑清洗可以方便工作人員操作，保證清洗過程的安全性，降低清洗的經(jīng)濟成本。使用鹽酸清洗換熱器設(shè)備具有成本低，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢，鹽酸清洗的方式具有剝離、輸送、溶解的重要價值。鹽酸對于換熱器中的碳鋼以及不銹鋼部分的垢層都有一定的腐蝕作用，可以很好地達到清洗的目的，在進行清洗的過程中需要加入一定量的緩沖劑，以免鹽酸過度腐蝕設(shè)備。在進行鹽酸清洗的過程中，相關(guān)工作人員需要佩戴防護用具，避免鹽酸與身體產(chǎn)生化學效果，在配備化學試劑時要注意配制的比例，保證試劑的清洗效果。即便對換熱器進行了一定的防腐工作，但是設(shè)備仍然會出現(xiàn)一定的腐蝕問題，所以在機器的日常使用過程中要定期進行保養(yǎng)工作。

4 結(jié)語

為了保證我國現(xiàn)代工業(yè)的全面可持續(xù)發(fā)展，首先就需要保證換熱器的使用效率，提升換熱器的使用年限，對換熱器進行一系列的防腐工作，對換熱器的防腐問題及時進行修復(fù)。對于不同原因?qū)е碌母g問題需要采用不同的防腐手段，適當?shù)姆栏胧┛梢詭椭髽I(yè)順利開展化工作業(yè)，幫助企業(yè)提升企業(yè)形象，降低化工換熱器的損壞率，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，保障我國化工行業(yè)長期穩(wěn)定、持續(xù)、健康發(fā)展。