化工换热器的腐蚀问题及防腐措施

喻付华

摘 要：在化工设备的装置中，最常见的腐蚀就是换热器的腐蚀，所以，此文重点讨论化工设备中经常见到的换热器的腐蚀以及防腐的问题，主要探讨换热器发生问题的主要原因，同时还在这个基础上概括出了预防换热器腐蚀的方法，对所出现的问题不同，对其所采取的防御方法也就随之不同。

关键词：化工换热器 腐蚀问题 防腐措施

中图分类号：TQ050.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0103-02

所谓热交换器，就是能够把冷、热流体的一些能量彼此之间传输给流体的设备，也叫换热器。换热器一般都在石油化工、煤化工、盐化工以及一些热电厂中使用，且使用量比较大。因为热交换器所要接触的物质的成分都很复杂，所以在生产时，它具有一些独特的性质，比如耐高温（近1000 ℃）、耐高压（2500 MPa）、高流速、腐蚀性强等等，所以出现冲刷泄露与腐蚀泄露是比较常见的一种现象。然而各种形式的泄漏和腐蚀，彼此之间都有或多或少的关系。泄露不仅对生产的稳定进行不利，还是导致这些设备出现问题的主。泄露中最为普遍的问题就是换热管的表面发生腐蚀，这种现象甚至可以达到腐蚀泄露90%以上，导致这种现象的原因就是介质的冲刷与介质所含化学物质彼此侵蚀作用。

1 致使化工换热器失效的原因

1.1 沉积物可以导致电化学腐蚀

若换热管中的介质流动不均匀或者是不流动时，就会在换热管上形成一定量的沉积物。而这些沉积物经常不是以马蹄形的凹槽或者是深谷形状存在的，所以它就会沿着流体的流动方向流向金属的表面。而腐蚀又具有这样一些特性，即连续不牢固性、不均匀性等，之所以会形成电化学腐蚀，就是因为缝内外氧的含量存在一定的差异。其包括：若是阳极氧化反应，就会导致金属溶解；若是阴极还原反应，就将物质还原成了中性溶液或者是碱性溶液；与此同时，腐蚀产物也会大量存在，致使缝内外化学成分极度的不均衡，进而会导致更严重的腐蚀。

1.2 换热管水侧的腐蚀

因为换热管的交换介质往往是水，所以水对换热管造成的腐蚀问题绝对不可以不屑。造成水腐蚀的原因就是水中所含的成分，即pH值过低、水汽渗透、含有一定的溶解氧以及含有的有毒有害阴离子（Cl-，S2-等），进而导致换热管发生化学腐蚀或是电化学腐蚀。所以说，预防换热管腐蚀要满足这样一些条件，即要求防腐表面的粘附性好，导热性好，能够抵抗温度的变化，硬度也要较高。与此同时，他们还要具有抵抗化学离子侵蚀、水汽的渗透、阻止产生污垢的能力，这样才能较好的预防换热管的腐蚀。

1.3 换热器表面的腐蚀磨损

金属部件的外侧和腐蚀介质之间的相对运动速度比较大，这样就会使得部件的外侧部分地方出现比较严重的腐蚀损坏，把这类腐蚀叫做磨损腐蚀，同时也叫磨损。导致这种腐蚀的原因很多，比如可以是说介质的流动，也可以是气体、液体或者是固体颗粒、气泡等等，都是造成此类的腐蚀原因。所谓磨损腐蚀，就是将高速流体对金属表面对已经生成腐蚀产物的机械冲刷作用与刚裸露金属表面腐蚀作用的结合。

在石油化工生产时经常会长生一些具有粘性的介质。为了使这些介质不发生沉淀结垢，因此介质的流速必须要大于2 m/s。若流体的流速特别高，尤其是一些含有固体颗粒、气泡的流体，速度过高就导致这些介质冲刷传热面，造成局部表面的压力可以达到几十兆帕。甚至更高。在设计的过程中，为了避免流体流入壳体，导致换热管受到直接的冲刷或间接冲刷，就会在壳体进口处的管道口上安装防冲板，然而由于流体或者是固体颗粒冲刷的时间比较长，就会导致防冲板发生损坏现象。此外，振动以及微振动也是导致折流板管孔处受到磨损不可忽略的因素。这些都属于磨损腐蚀的外在形式。

2 化工换热器的防腐措施

2.1 牺牲阳极保护法

（1）碳素钢的电化学腐蚀：若碳素钢处于电解质溶液中（例如水）时会会形成微电池。组成碳素钢的基本元素是铁素体（Fe）与渗碳体（Fe，C），又由于铁素体的电极电位相对比较低，故它能够成为微电池的阳极，而渗碳体自然而然就是阴极。（2）牺牲阳极保护法：在发生电化学腐蚀的过程中，两极之间产生的电流为腐蚀电流。那么什么才是所谓的牺牲阳极保护法，即在被保护的金属设备上连接一个电位更负（相对于被保护的金属设备而言）的金属（如刚铁设备上连接的锌等），使被保护的金属设备发生阴极极化。一般情况下，碳素钢作为牺牲阳极材料，因为组成碳素钢的基本元素是铁素体（Fe），同时在相关的表中也可以查到铁是电位极低的标准材料。如果将择铝作为阳极，这样就比较容易产生氧化膜，但是不会产生腐蚀电流。而其他一些材料的价格不菲，故将锌作为阴极极化的材料比较划算。

2.2 换热器防腐涂料以及应用

（1）CH-784防腐涂料属于环氧氨基涂料，具有这样一些特性：耐腐蚀性能好，耐大部分酸碱，耐水，耐溶剂，可承受的最高温度可达200 ℃；同时这种漆膜的物理性能也较好，硬度大，表面较滑，粘附性较强，耐冲击，耐摩擦。所以，与水中的不易溶解的物质之间的摩擦力小，所沉淀的物质又会被冷却水冲走，不会粘附在管壁上。漆膜的防腐阻垢的作用很明显，CH-784防腐涂料底漆面漆含有一定的金属颜料，因此导热系数大，漆层的厚度大致在80～250 μm。漆层热阻最大只会有1.66×104M2h℃/kcal，既不生锈也不结垢，同时还能够增加水的流速，使换热效果提高。因为水质的腐蚀，有很多工厂都开始使用不锈钢、铜合金、钛合金的换热器，但是价格成本较高。在碳钢的表面涂上防腐层，这样成本仅为不锈钢换热器1/4～1/5，为钛换热器的1/11，使用年限可达到10年。（2）若是为了保障金属与环境之间的作用，那么就可以涂一层较薄的金属涂层与无机涂层，这是除了牺牲锌以外的又一种保护方法。在金属的表面涂层（或称镀层）时，具体方法有：电镀、，火焰喷涂、包镀、热浸以及蒸汽镀。无机涂层具体方法有：喷涂、渗镀、化学转化等等。在喷涂后进场在高温下烘烤。金属涂层的变化性比较强，同时无机涂层也很脆弱，所以这两种涂层都必须有完全隔离的作用，若是出现唯恐或者是其他一些问题，会发生电偶效应，会使金属的局部发生快速腐蚀。

2.3 CH-784防腐涂料以及使用效果

（1）CH-784防腐涂料试制的特征：CH-784防腐涂料属于环氧胺基涂料，具有这样一些特性：耐酸碱、耐油、耐水、耐溶剂、耐高温、耐磨损、导热性好，抗冲击强，坚硬光滑，抗水蒸气，附着行好。热固化型可以承受的温度可达到150 ℃～200 ℃，CH-784涂料属于单包装，因此施工简单，加热使其融化，就可以制成淡色漆。CH-784防腐涂料的成分是环氧树脂。通常使用609或者是607环氧树脂，环氧和胺基树脂成分比例最好是7∶3。

（2）施工工艺要求：①设备喷砂可以除锈、除油，同时也可露出金属原有颜色。②涂层厚度—— 换热器的屠城要达到要求，即不仅达到防腐蚀的目，还要满足多热的要求，因此涂层一般为80～250 μm。若漆层太厚，对传热不利，漆膜较脆。③施工方法一般为浸泡式或者是利用换热器本身作为壳体，涂管内壁时使用泵循环，管外壁一般用浸泡的方式。④涂层次数—— 底漆与面漆共6层，每一层的厚度大约在25～40 μm。⑤加热方法—— 在涂层表面干后，把它送入烘烤房进行加热固化。温度从80 ℃慢慢升至，然后160 ℃恒温烘烤2 h，最后自然降温。

（3）CH-784防腐涂料试制的应用效果：采用CH-784防腐涂料试制工艺防腐方案后取得了较好的防腐效果，如表1所示与以往的腐蚀监测数据对比，Fe离子浓度大为减少。2012年9月19日，通过观测换热器比较干净，能够看到防护涂层本色，没有见到垢及腐蚀产物。

3 结语

在化工设备的装置中，最常见的腐蚀就是换热器的腐蚀，所以，可以将腐蚀分为这样一些类型：有沉积物导致的电化学腐蚀；有负荷应力、热应力导致的应力腐蚀；有入口流体速度较高导致的磨损腐蚀；也有溶解氧腐蚀以及材质等方面的问题。此外，可以依据换热器的腐蚀形态、实际具体条件，采取与之相应的防腐措施。

参考文献

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