印刷板式换热器在海洋环境下的腐蚀与防护

周修龙，付俪静，沈小兵

（惠生（南通）重工有限公司，江苏南通 226009）

0 引言

传统换热器由于具有重量大、交换效率低、设备体积大等缺点，一定程度上限制了其使用。针对这些问题，一种较为先进的板式热交换器产生了[1]。先进的紧凑型板式热交换器克服了传统热交换器的缺点，被广泛运用于各行各业[2]。

在船舶行业中，板式热交换器是一种被广泛使用的设备。船舶换热器大部分会“就地取材”，利用海水作为低温端冷却介质。然而海水的腐蚀性又特别强，在这种环境下，长期使用板式换热器会存在腐蚀泄漏的可能性，所以分析改进其耐腐蚀性能，对提高设备可靠性及降低设备维修保养成本具有重要意义[2]。

1 印刷板式换热器

印刷板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，主要由框架、传热板片组及夹紧螺栓等部件组成。框架包含1个固定压紧板和1个活动压紧板，由上导杆与下导杆支承，在另一端有1支柱。压制成的

波纹板片悬挂在2板之间的上导杆上，移动活动压紧板将板片组压紧，再用1组夹紧螺柱将固定压紧板和活动压紧板夹紧至一定尺寸。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。与管壳式相比，在流动阻力和泵功率消耗一定的情况下，其传热系数要高出很多，在适用的范围内有取代管壳式的趋势。板式换热器具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高（板式换热器的传热是管式换热器的3～5倍）、热损失小（热回收效率可达99%以上）、安装和清洗方便等特点。因此，板式换热器是一种高效、节能、节约材料、节约投资的先进热交换设备。

印刷板式热交换器由板片、压紧板、中间隔板、夹紧螺柱、法兰、上下导杆、垫片等主要零部件组成[3]，如图1所示。

图1 换热器结构组成示意图

1.1 部件材料选择

印刷板式热交换器主要零部件所用材料应符合规范NB/T 47004的要求，选择材料时应考虑其使用条件（如设计温度、设计压力、介质特性等）、焊接性能、加工性能及经济合理性。综合考虑板式换热器大部分部件采用不锈钢材质，如板片、压紧板、隔板等，但也有部分部件使用普通碳钢材质，如法兰等。因此，防腐从不锈钢和碳钢材质部件2方面考虑。

1.2 部件腐蚀机理

印刷板式热交换器腐蚀类型主要有：孔蚀、应力腐蚀、冲刷腐蚀、缝隙腐蚀。

印刷板式热交换器腐蚀机理如下：

1）物理腐蚀。海水中泥沙杂质与换热器金属部件发生摩擦从而破坏表面。

2）电化学腐蚀。不同电势的金属在海水中构成原电池，造成换热器碳钢部件的腐蚀。

3）微生物腐蚀。海洋环境中存在着大量的微生物，当其附着在金属表面时，会代谢产生一些有机物、无机物等物质，这些代谢产生的有机物、无机物、酸碱度变化和溶解氧浓度等会影响电化学反应速率，加速各类金属腐蚀。

2 部件表面处理及涂层系统

2.1 不锈钢部件表面处理及涂层系统

印刷板式热交换器的板片、压紧板、隔板等部件材料通常采用不锈钢材质，不锈钢表面覆盖着1层极薄（约1 nm）的致密的钝化膜以隔离腐蚀介质，是不锈钢防护的基本屏障。但由于换热器使用环境为海水，通常会发生上述腐蚀，因此有必要对不锈钢进行防腐处理。本文只介绍油漆涂层防腐方法。不锈钢表面有1层钝化膜，表面处理仅需进行简单的扫砂。由于不锈钢特殊的性能，油漆系统不能选用带金属的涂料，环氧系涂层是不锈钢涂层防护的最佳选择。

2.2 碳钢部件表面处理及涂层系统

印刷板式热交换器的法兰等部件通常采用碳钢材质制成。

根据国际标准ISO 12944规定，海洋环境中使用的印刷板式热交换器为C5-M，其中根据防腐年限又可以分为L（0～5年）、M（5～15年）、H（＞15年）。

碳钢表面处理分为动力工具喷砂和手动工具打磨。喷砂处理等级分为：Sa2、Sa2.5、Sa3。手工打磨等级分为：St2、St3。具体采用哪一种表面处理等级需要厂家根据防腐年限选择的涂层体系推荐决定。

很多涂料体系被广泛用于碳钢结构防腐蚀保护。根据涂料的物理及化学性能可分为：

1）非转化型漆基涂料。靠有机溶剂挥发后固化成膜，整个固化过程中不发生化学反应，亦即该过程是可逆的，且漆膜在任何时候可再次溶解于原溶剂中。这种类型的漆基种类有纤维素涂料（硝酸纤维素涂料）、乙烯类树脂涂料（过氯乙烯树脂涂料）、部分橡胶涂料、热塑性丙烯酸树脂。该类涂料干燥时间与空气流通状况及温度有关。在0℃温度下亦可干燥，温度越低干燥越慢。

2）转化型漆基涂料。一开始通过溶剂挥发成膜（如果存在溶剂），之后再通过化学反应或凝结成膜（一些水性漆中）。该过程是不可逆的，即干膜不可再溶于原溶剂。

以下介绍几种常见涂料：

1）气干型涂料。又称自干型涂料。在常温环境条件下，曝露于大气之中即可自行固化成膜的一类涂料。漆膜先通过溶剂的挥发，再通过空气中的氧气与漆基反应而干燥固化成膜。此类涂料最常见的漆基有环氧树脂、醇酸和聚氨酯改性醇酸。

2）水性涂料。用水作溶剂或分散介质的涂料，都可称为水性涂料。水性涂料漆基被分散在水中，随着水分的挥发和漆膜聚结而成膜。该过程是不可逆的，即这种涂膜在干燥后不能再分散于水中。此类涂料最常见的漆基有聚氨酯树脂、丙烯酸聚合物和乙烯聚合物。

3）化学固化涂料。在涂料从液体变成一层干燥膜状物质的过程中，必须发生化学反应才能干燥成膜的涂料叫化学固化涂料，由涂料和固化剂组成。涂膜干燥依靠溶剂挥发（如果存在溶剂）以及漆基与固化剂组分进行化学反应。常见的涂料有双组分环氧涂料（环氧、环氧乙烯基/环氧丙烯酸、环氧组合物）和双组分聚氨酯涂料（聚酯、丙烯酸、环氧、聚醚、氟树脂）。

结合上述涂料体系与印刷板式热交换器所处环境及使用要求，总结出印刷板式热交换器低合金碳钢部件的油漆配套，如表1所示[4]。

表1 印刷板式热交换器低合金碳钢的涂层体系

续表1

3 总结

板式热交换器在海水环境下受腐蚀非常严重，而板式热交换器在船舶行业中又被广泛使用，是非常重要的设备。因此，认知板式热交换器常见的腐蚀问题非常重要，需对板式热交换器在海水环境下进行有针对性、高效性的研究，对实现设备防腐性能的提高具有重要且现实意义。