水冷器结垢和腐蚀机理分析

贾忠喜

（大庆油田化工有限公司轻烃分馏分公司，黑龙江大庆 163411）

为延长水冷器使用寿命，保障装置的正常运行，缩减企业生产运营成本，降低企业生产中对环境的破坏，必须分析水冷器结垢及腐蚀机理，以分析腐蚀机理原因，查找水冷器泄漏的关键因素，探寻对应的防腐解决措施，以改善水冷器结构及腐蚀的发生情况。

1 水冷器腐蚀状况

水冷器腐蚀产物及结垢现象较多，极易引发水冷器泄漏事故，泄漏部位主要集中在管程循环水侧端部位，循环水的侧端封头部分锈瘤数量较多，且结垢情况十分严重，对锈瘤进行去除以后，腐蚀以坑状展现，在管束口位置也存在大量的腐蚀杂质和结垢现象，冷水器在打开以后，大量微生物黏泥会附着于管箱部位[1]。具体腐蚀情况如图1所示。

图1 水冷器腐蚀情况图

分析当前水冷器腐蚀情况，主要表现为以下几个方面：

1.1 U型管和浮头式散热器

采用循环冷却水与热介质换热。材质为10#钢，由于换热器运行大多处于循环水环境下的热交换状态，加之工艺过程往往处于高温高压的状态，恶化的循环水质以及化学介质具有严重的腐蚀特性，会加剧对换热器的腐蚀，降低换热器的使用寿命，影响到化工生产的顺利进行。介质的高流速，对换热器的金属产生摩擦阻力，长期的冲击作用，引起换热器金属的磨蚀腐蚀，还存在应力腐蚀、溶解氧腐蚀和电化学腐蚀的情况，每年检修时采用高压水枪清洗。从实际应用情况分析，一般情况下该类散热器的更换周期为4～6a。

1.2 柴油——热水冷器

该热水冷器的管程介质主要为循环水和热水，对管束行打开和抽出干预后，可见管束内部结垢情况，极易产生垢下腐蚀，该换热器主要位于三层平台位置，由于循环水的压力值欠缺，极易导致换热管束无法填充罐内，导致介质侧的温度超过为填满位置，水汽化现象的产生导致管道结垢现象时有发生，由于原设计与使用实际情况存在一定的差异性，极易对换热器材料的性能产生不良影响。

1.3 重碳四冷却器

该冷却器属于气体分流装置，管程介质为循环水，重碳四为壳程介质，管束制作材料型号为10#，观察管束，其循环水介质的侧封头部位锈瘤数量较多，结垢现象极为严重，对锈瘤进行去除以后，腐蚀坑大量存在，管束口的杂质和结垢现象异常严重，重碳四介质表面极为光滑，存在轻微腐蚀。

1.4 贫吸收油冷却器

该冷却器属于催化裂化装置的一种，循环水为管程介质，柴油为壳程介质，管束材质主要以10#材料为主，以SHY-99作为管内涂料，管束进行高压清洗试压干预，可见泄漏，其大都由于换热器在地面工作，对能源消耗进行控制，低流速下，会长时间结垢，最终导致腐蚀情况的发生。

2 水冷器泄漏问题

2.1 管子泄漏

在常规情况下，一旦水冷器产生频繁泄漏，可发现循环水部位泥及水垢等物质大量存在，在管束管子外部及表面位置，管子及管板的焊接位置，经常发现水垢腐蚀现象，导致管束管子穿孔情况十分严重，管子焊接缝部位泄漏现象严重。

2.2 水垢沉积物产生原因

循环水系统工作过程中，大都针对工业污水开展有效处理，以保障工业用水的回收价值，依据系统开展补水处理，可促进污水处理效果的提升，但是，由于水循环系统应用中，缺少旁滤结构，无法有效对悬浮物质进行去除，所以管理形式较差，金属表面沉积物数量也比较多，在进行污水回用过程中，水循环系统劣化情况十分严重，机械设备的腐蚀速度会随之升高，可发现腐蚀因子含量增加，包括氯离子和电导率，大量菌藻物质产生，菌藻大量在金属表面沉淀，水质恶化问题十分严重。

3 水冷器水垢加速产生因素分析

水冷器产生频繁漏水的原因大都是由于水垢数量过多，腐蚀常见表现为穿孔，依据水垢形成的原因进行划分，以科学合理地进行控制方案和管理方案的制定，保障系统运行水平的正常，下面就水冷器中水垢产生的原因进行论述分析：

3.1 机械设备制造质量

当前，我国进行水冷器机械装备制造时，质量问题大都十分严重，若是不能对质量问题进行把控，将增加设备的维护次数，影响设备实际管理效果。经相关研究表明，由于水冷器焊接缝质量无法满足预期标准需求，缝隙中腐蚀现象就会比较严重，水垢生成速度随之增加。

3.2 机械设备结构问题

水冷器产生频发泄漏问题以后，对其设备结构开展研究，发现，换热器结构大都为浮头式结构，设备实际运行过程中，内部泄漏情况十分严重，分析浮头式结构应用情况，在应用该结构过程中，污泥存在大小浮头中沉积现象十分严重，沉积后水垢问题严重，腐蚀穿孔问题发生概率随之提升，若是不能采取合理形式对其进行管理，将对系统的运行产生不良影响。

3.3 缺少节能观念

在机械设备生产应用过程中，缺少节能观念和节能意识，无法科学合理地进行系统调控与装置调控，比如，在对进水阀开展调整时，无法依靠节能工艺开展工作，水量增加情况时有发生，沉积物的沉积速度不断增加，水垢发生速度也随之增长。

3.4 缺少合理的设计及操作工艺

在进行冷水器机械设计与工艺操作的过程中，未能依据原定管理方案开展设计，设计内容缺少合理性，对设备的良好运行产生不利影响，从一个角度分析，机械设备工作开展中，未能对腐蚀及水垢问题进行解决，盲目重视设计成本，无法有效进行成本控制，也无法将工艺操作模式与原设备方案相结合，从另一角度分析，在应用工艺进行分析的过程中，无法满足负荷与操作压力，待关闭小阀门以后，水流量会逐渐减少，沉积物数量不断增加，水垢现象极为严重。水冷器制造运行时，由于缺少经验，无法有效对水流速度进行把控，也无法保障焊缝连接的紧密性，对设备整体运行质量产生不良影响。

4 水垢与腐蚀机理

冷水器系统中存在的水垢物质，结垢大都以重盐酸盐结构为主，浓度越高，水分的蒸发量越多，待其浓度达到一定数值以后，会大量从水体中析出，并形成水垢。在一般情况下，空气与冷却水接触，水中的溶解氧会达到饱和状态，受到高温条件影响，将产生金属截骨的腐蚀效果，若是情况严重，甚至会导致穿孔问题的发生，若是无法对这类问题进行解决，将对冷水器的运行产生严重不良影响。

电化学腐蚀属于腐蚀发生的最主要因素，由于电化学腐蚀，金属设备的表面存在不均匀特质，这些特质极大程度会导致电极电位异常，若是两个电极电位存在差异性，则可依靠金属本体生产原电池，原电池的高位为阴极，低电位为阳极，以此生成电化学腐蚀效果。金属表面位置存在的不均匀性可受多种因素影响，包括表面沉积物不均匀、溶解浓度不均匀、温度不均匀等，均会导致溶解氧的不均匀。电化学腐蚀作用的发生必须与重组的水和金属混合以后，才可受到极化因素的影响，继续发生电化学腐蚀效果，此外，若是水中盐分含量的增加，将直接导致水的导电性能提升，导致腐蚀加快。氯离子在金属表面存在，对金属表面的氧化膜产生破坏作用，加速了腐蚀。温度越高，水流速度也会随之增加，导致氧扩散面积的增加，引起严重腐蚀现象。

5 冷水器频繁泄漏的应对措施

为对冷水器系统进行有效管理，降低泄漏问题发生概率，必须合理去除水垢，科学合理地进行水垢的分析，以保障冷水器运行的良好性。所以，应对冷水器频繁泄漏，应从以下几个方面开展。

5.1 管理工作

针对水循环系统的旁滤结构来说，必须强化其管理，以促进水循环结构旁滤效果的优化，促进旁滤效果的提升，可以采用增加旁滤罐的方式，对旁滤罐加强管理和清洗。

5.2 细化回用水并合理处理

水循环系统中，回用水属于最常见的循环介质，必须对回用水进行优化，一旦水循环系统运行过程中出现水电导率超标情况，必须对其进行整体性的调整，以降低机械设备质量受到影响，使用寿命缩减的情况发生。

5.3 管控体系的创建

分析碳钢水冷器应用情况，在应用过程中，合理涂抹防腐蚀行的涂料，依据管理需求，进行管理体系的创建。在一般情况下，循环水与金属隔绝管理，可以采用涂抹环氧氨基树脂材料方式开展干预，进行材料的修复以实现预防腐蚀的效果。在进行管理的过程中，必须定期检查防腐蚀涂料的涂抹状况，以促进水垢预防效果的增加。为对水垢问题进行规避，保障冷水器系统能够正常运行，在进行水流管理过程中，小水流位置可安装停止水阀，以预防水垢的发生。

5.4 与厂家沟通联系

冷水器系统应用管理过程中，必须与生产厂家沟通联系，对冷水器的质量进行严格的控制和检查，对设计工艺中存在的不足进行分析，制定科学合理的解决措施进行干预，明确操作设计方案，构建良好的管理机制，以保障冷水器系统应用的合理性。

5.5 浮头式换热器的应用

在应用浮头式换热器的过程中，必须从现代化的设计原则出发，进行管内水流速度的设计与预算，确保管内水流速度能够维持在0.5m/min，以确保整个系统运行的正常化，降低水垢问题的发生概率。

6 结束语

当前，循环水正常运行过程中，极大程度受到水冷器泄漏的影响，水冷器泄漏属于不可避免的重要事故，为保障冷却水介质在进入循环水以后，降低其对机械设备产生的腐蚀作用，就必须分析水冷器结垢腐蚀机理，并采取针对性的措施解决结垢腐蚀问题，以降低水冷器泄漏的发生概率，保障水冷器运行的稳定安全。