化工設(shè)備換熱器的常見腐蝕及其防腐

                                                                                                                    夏強(qiáng)
                                                                          （江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院常熟分院，江蘇常熟215500）

    摘要：對化工設(shè)備中常見的換熱器腐蝕與防腐問題進(jìn)行探討，重點(diǎn)分析了換熱器常見的失效原因，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了換熱器腐蝕的防護(hù)措施，說明針對不同的原因，需要采取相適應(yīng)的防腐措施。
    關(guān)鍵詞：換熱器；腐蝕原因；防腐措施
    中圖分類號:TQ050.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1672-545X（2010）03-0145-02
    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)計中，為了防止流體進(jìn)入到殼體時，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間沖刷，防沖板也會發(fā)生損壞。另外，由于振動或微振動的原因，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)流動不均或滯留時，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，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。
    （2）犧牲陽極保護(hù)法。發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，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
    （1）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，會影響傳熱，漆膜發(fā)脆；
    （3）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；
    （4）涂層次數(shù)———底漆2層，面漆4層，每層厚度25～40μm；
    （5）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；
    （6）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。
    參考文獻(xiàn)：
    [1]王贏利，王建生.煉油廠電脫鹽換熱器腐蝕失效分析[J].機(jī)械工程材料，2008，32(1)：56-57.
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