化工設(shè)備換熱器的常見腐蝕及其防腐

作者： 2015年10月13日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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換熱器是將冷、熱流體的部分能量互相傳遞給流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器在石油化工、煤化工、鹽化工及熱電廠等工業(yè)系統(tǒng)中的用量非常大。在生產(chǎn)過程中，由于換熱器管束所接觸的介質(zhì)比較復(fù)雜，往往具有高溫(近100
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　　換熱器是將冷、熱流體的部分能量互相傳遞給流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器在石油化工、煤化工、鹽化工及熱電廠等工業(yè)系統(tǒng)中的用量非常大。在 生產(chǎn)過程中，由于換熱器管束所接觸的介質(zhì)比較復(fù)雜，往往具有高溫(近1 000℃)、高壓(2 500MPa)、高流速、強(qiáng)腐蝕等特點(diǎn)，因此常常出現(xiàn)沖刷泄漏和腐蝕泄漏。而各種泄漏與腐蝕，都直接或間接有著關(guān)系[1~2]。泄漏既影響了生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn) 行，也成為這些行業(yè)的主要設(shè)備故障之一。換熱管的表面腐蝕，是泄漏中最常見的現(xiàn)象，約占腐蝕泄漏的90%，它是介質(zhì)的沖刷和介質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)侵蝕綜合作用的 結(jié)果。

 
　　1·換熱器失效原因
 
　　1.1換 熱器表面的腐蝕磨損腐蝕介質(zhì)與金屬構(gòu)件的表面，相對運(yùn)動(dòng)速度較大，導(dǎo)致構(gòu)件局部表面遭受嚴(yán)重的腐蝕損壞，這類腐蝕稱為磨損腐蝕，簡稱磨損。造成腐蝕損壞的 流動(dòng)介質(zhì)，可以是氣體、液體或含有固體的顆粒、氣泡的氣體等。磨損腐蝕，是高速流體對金屬表面已經(jīng)生成的腐蝕產(chǎn)物的機(jī)械沖刷作用和新裸露金屬表面的腐蝕作 用的綜合。
 
　　由于石油化工中的生產(chǎn)介質(zhì)，往往具有一定的粘連性。為了防止介質(zhì)沉淀結(jié)垢，要求介質(zhì) 流速大于2 m/s。高速流體，特別是含有固體細(xì)粒、氣泡的高速流體沖刷傳熱面，引起局部表面的壓力可達(dá)數(shù)十兆帕，從而造成了金屬表面的疲勞剝蝕。雖然在設(shè)計(jì)中，為了 防止流體進(jìn)入到殼體時(shí)，使管子直接受到?jīng)_擊或沖刷，在殼體進(jìn)口處的管束上安裝了防沖板，但由于流體或是固體顆粒的長時(shí)間沖刷，防沖板也會(huì)發(fā)生損壞。另外， 由于振動(dòng)或微振動(dòng)的原因，也常使折流板管孔處受到磨損。磨損腐蝕的外在特征常常呈現(xiàn)馬蹄形的凹槽或深谷形狀，一般按流體的流動(dòng)方向切入金屬表面。
 
　　1.2沉積物引起的電化學(xué)腐蝕
 
　 　當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)不均或滯留時(shí)，很容易在換熱管表面形成沉積物。由于沉積物是不連續(xù)不牢固且不均勻的，在某些部位形成了裂縫和間隙，由于縫內(nèi)外氧的差異而形成 了電化學(xué)腐蝕。包括：陽極氧化反應(yīng)，金屬溶解；陰極還原反應(yīng)，還原為(中性或堿性溶液)；陰極還原反應(yīng)，還原為(酸溶液)；同時(shí)，由于腐蝕產(chǎn)物的存在，導(dǎo) 致了縫內(nèi)外的電化學(xué)不均勻性，從而引起了更大的腐蝕。
 
　　1.3換熱管水側(cè)的腐蝕
 
　 　由于換熱器常用水做為熱交換介質(zhì)，因此水的腐蝕不容忽視。水的腐蝕主要是由于水中pH值降低、水汽滲透、溶解氧的存在，以及水中有害的陰離子 (Cl-，S2-等)侵蝕，而引起的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕。因此，換熱管表面防腐要求是：防腐表面具有良好的附著力、導(dǎo)熱性、耐溫變性和較大的硬度。同時(shí)要求 有優(yōu)良的耐化學(xué)離子侵蝕能力、較高的抗水汽滲透能力和一定的阻垢性。
　　2·換熱器腐蝕防護(hù)
 
　　2.1犧牲陽極保護(hù)法
 
　　（1）碳素鋼的電化學(xué)腐蝕。碳素鋼在電解質(zhì)溶液中(例如水)會(huì)形成微電池。碳素鋼的基本金相組織為鐵素體(Fe)和滲碳體(Fe3C)，其中鐵素體的電極電位較低，而成為微電池的陽極，滲碳體則成為陰極。
 
　 ?。?）犧牲陽極保護(hù)法。發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，陰陽極之間產(chǎn)生腐蝕電流。采用電極電位比被防腐體低的金屬并與被防腐體接觸，利用低電位金屬的腐蝕電流，作為 高電位被防腐體的防腐蝕電流，這種防腐蝕方法稱為犧牲陽極保護(hù)法。犧牲陽極材料的選擇為碳素鋼，碳素鋼的基本金相組織是鐵素體(Fe)，由表查出比Fe標(biāo) 準(zhǔn)電極電位低的材料。若選擇鋁作為陽極，容易形成氧化膜，反而不產(chǎn)生腐蝕電流。其他材料則比較昂貴，所以選擇鋅作為犧牲陽極比較合適。
 
　　2.2換熱器防腐涂料及其應(yīng)用
 
　 　一層相當(dāng)薄的金屬涂層和無機(jī)涂層，能夠在金屬和環(huán)境之間提供有效的屏障，這就是這類涂層的主要作用(除了鋅一類的犧牲涂層外)。金屬涂層(或稱鍍層)的 施工方法有：電鍍、火焰噴涂、包鍍、熱浸和蒸汽鍍。無機(jī)涂層的施工方法有：噴涂、滲鍍、或化學(xué)轉(zhuǎn)化。噴涂后通常在高溫烘烤。金屬涂層往往顯現(xiàn)出一些可變形 性，而無機(jī)涂層則很脆，兩種涂層都必須具有完全隔離的作用，如果存在微孔或其他缺陷，則由于電偶效應(yīng)，將引起金屬局部腐蝕的加速。
 
　 　CH-784防腐涂料系環(huán)氧氨基涂料，其特點(diǎn)是：耐腐蝕性能好，耐大多數(shù)酸堿，耐水，耐溶劑，耐溫可達(dá)200℃；漆膜物理機(jī)械性能好，硬度大，表面光 滑，附著力強(qiáng)，抗沖擊，抗摩擦。因此，對水中不溶物摩擦力小，水垢及雜質(zhì)被流動(dòng)的冷卻水帶走，不易附著管壁。漆膜有明顯防腐阻垢作用；CH-784防腐涂 料底漆面漆含有金屬顏料，導(dǎo)熱系數(shù)大，漆層薄80~250μm。漆層熱阻只有1.66×104M2h℃／kcal，不生銹不結(jié)垢，增加水的流速，提高換熱 效果。
 
　　由于水質(zhì)腐蝕，很多工廠改用不銹鋼、銅合金、鈦合金換熱器，但造價(jià)昂貴。用碳鋼換熱器涂防腐涂層，其費(fèi)用僅為不銹鋼換熱器的1/4～1/5，為鈦換熱器的1/11，使用期可達(dá)10年。
 
　　2.3 CH-784防腐涂料及其應(yīng)用
 
　 ?。?）CH-784防腐涂料試制。CH-784防腐涂料系環(huán)氧胺基涂料，國外為Sakaphen-CH-784。其特點(diǎn)是：，酸堿、耐油、耐水、耐溶 劑、耐熱、耐磨、導(dǎo)熱，抗沖擊，堅(jiān)硬光滑，抗水蒸氣，附著力好。熱固化型耐溫150～200℃，CH-784涂料是單包裝，施工方便，加熱固化，可制成淡 色漆。CH-784防腐涂料的主要成膜物質(zhì)是環(huán)氧樹脂。一般用609或607環(huán)氧樹脂，環(huán)氧與胺基樹脂成分以7∶3為佳。
 
　　2.4施工工藝要求
 
　　（1）設(shè)備噴砂除銹、除油，露出金屬本色；（2）涂層厚度———換熱器涂層厚度是關(guān)鍵指標(biāo)，要求既達(dá)到防腐目的，又能滿足增熱要求，一般涂層厚為80～250μm。漆層過厚，會(huì)影響傳熱，漆膜發(fā)脆；
 
　?。?）施工方式多為浸泡式或利用換熱器本身作殼體，用泵循環(huán)來涂管內(nèi)壁，管外壁利用浸泡方法；
 
　?。?）涂層次數(shù)———底漆2層，面漆4層，每層厚度25～40μm；
 
　?。?）加熱方法———涂層表面干后，進(jìn)烘房加熱固化。從80℃開始升溫，徐徐升高至160℃恒溫2 h，然后自然降溫；
 
　?。?）漆層質(zhì)量要求———平整光滑，無麻點(diǎn)、針孔、裂紋、漏涂，厚度均勻。
 
　　3·結(jié)束語
 
　　所有化工裝置中，換熱器的腐蝕形態(tài)比較接近，因此可以將腐蝕類型分為：沉積物引起的電化學(xué)腐蝕；負(fù)荷應(yīng)力、熱應(yīng)力引起的應(yīng)力腐蝕；入口處流速較高磨損腐蝕；溶解氧腐蝕和材質(zhì)問題。另外，根據(jù)換熱器的腐蝕狀態(tài)、現(xiàn)場的實(shí)際條件，采用不同的防腐措施。
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