乙二醇载冷剂对制冷设备换热器铜管腐蚀分析

高永丰 高翔 汤浩江 裘科益

摘要：在空调制冷工程、工业生产和科学试验中，常常采用制冷装置间接冷却被冷却物，或者将制冷装置产生的冷量远距离输送，这时需采用载冷剂作为中间物质，其在装置的蒸发器内被冷却降温，然后再用它冷却被冷却物。制冷设备常用的载冷剂是水，但只能用于高于0℃的条件。当要求低于0℃时，一般采用盐水或采用乙二醇溶液。目前乙二醇溶液载冷剂使用较为广泛。但据昝世超等人的研究，乙二醇對碳钢、铸铁、焊料等金属具有较强腐蚀性。为了分析确认乙二醇溶液对壳管式换热器的腐蚀行为，对某型号冷水机组制冷设备换热器铜管穿孔问题进行腐蚀试验确认。本文主要分析乙二醇载冷剂对制冷设备换热器铜管腐蚀分析。

关键词：乙二醇;铜管腐蚀;失效分析;防护

引言

使用合理的缓蚀剂是常见的腐蚀控制措施。目前常见的缓蚀剂一般都为阳极抑制型，其原理是作用在阳极金属表面，生成氧化物或氢氧化物形成保护膜覆盖在阳极上，从而降低腐蚀电流密度，抑制制冷系统中碳钢材料的腐蚀。在往乙二醇溶液加入少量的缓蚀剂后，溶液pH值可在7.5～10.0左右。呈弱碱性的乙二醇溶液能中和乙二醇被氧化生成的酸性物质，避免生成的酸性物质与铁锈发生反应释放出三价铁离子腐蚀铜管。目前市场上有普通乙二醇和抑制性乙二醇，抑制性乙二醇指已添加有防腐蚀辅料成分的乙二醇纯溶液（质量浓度一般为95%）。为了避免不规范添加或漏添加造成腐蚀问题，建议优先选择已含缓蚀剂的抑制性乙二醇溶液，然后采取蒸馏水进行质量浓度调配后充注使用。

1、概述

该型号冷水机组蒸发器为壳管式换热器，因有低温制冷需求，故，使用乙二醇溶液作为载冷剂。机组投入运行前，采取溶液充注泵将乙二醇（质量浓度为99.9%）和自来水按相关质量比配对成的质量浓度为30%的乙二醇溶液充注到机组管路系统内。机组运行时，换热器内的铜管外壁通过乙二醇水溶液载冷，内壁通过系统中的R407C制冷剂。该壳管式换热器压力容器材料及工艺均按照NB/T47012-2010标准制造。该冷水机组充注上述质量浓度为30%的乙二醇溶液后投入运行，乙二醇载冷剂温度在-25℃～35℃区间长时间运行。在该机组运行10个月后，出现制冷系统低压报警，经对机组壳管式换热器进行解剖检查，确认是壳管式换热器内铜管出现穿孔泄漏。

2、空调制冷铜管使用的问题分析

2.1铜管泄露

使用空调冷铜管时，铜管泄漏是最常见的问题之一，是空调冷铜管致命缺陷。一旦泄漏，所有制冷剂都会从铜管溢出，由于传输介质不足，空调的运行停止。用户的制造因素和使用因素可能会在使用空调和冷铜管道时导致泄漏问题。对制造因素进行分析后，可以确定冷铜管材的涡流检测极为关键，国家标准规定涡流检测应达到100%。为确保涡流检测灵敏度符合要求，还应注意调节故障检测器所用样品管的人工通孔直径，以降低缺少检测的可能性。涡流检测虽然能够检测到气候和冷态铜管的缺陷，但如果铜管表面没有标记或标记不准确和不清楚，铜管泄漏问题仍可能出现。对用户使用因素的分析可以发现，涡流检测、加工问题和焊接不良所检测到的缺陷管道的滥用可能导致铜管泄漏。涡流检测检测发现的缺陷管道的滥用现象屡见不鲜。为避免出现此类问题，制造商应通过涡流检测来选择冷却铜管生产过程中出现故障的铜管，标出每个线圈上的创面数量，并在创面上打上黑色标记，以避免滥用。加工问题主要发生在弯曲、拉伸、燃烧和其他连接上。比如，弯曲时局部应力容易导致过度膨胀，铜管材的深色开裂和撕裂问题容易发生。在这种情况下，制冷剂容易泄漏;焊接不好也可能导致空调和冷却用铜管泄漏。铝箔穿孔后应使用小弯头通过焊接连接管道。但是，如果焊接表面有异物，焊接质量问题，焊接温度过高或过低，则无法保证焊接质量，最终导致空调和冷铜管道泄漏。

2.2铜管开裂

扩展孔和铜管上升孔都可能导致空调制冷铜管破裂。在生产过程中，延长孔和铜管上升孔是最连续的生产过程，通常是在一次操作中组成的。深入分析表明，铜管本身的质量问题以及用户使用不当可能导致铜管断裂。对铜管质量问题的分析本身表明，外表面缺陷、内表面划痕和内表面氧化是铜管的典型质量问题。在冷处理扩孔和提升管时，表面拉伸应力的影响可能会导致铜管变形和连续延长，使铜管外表面存在一定深度的伤口，表面拉伸应力可能导致铜管外表面断裂 因此，铜管外表面可能出现裂纹，铜管内表面的划痕也可能引起类似的裂纹问题。如果存在铜管内表面氧化，上升链将受内表面摩擦变化的影响，最后，相同长度的铜管的桩长将不同，膨胀链也会因膨胀开口过大而引起裂纹问题;用户使用情况分析显示，常见操作包括“修复蛇”、“使用规则切割”和“无接缝切割”。但是，在对铜管进行热处理后，较软的铜管表面可能会导致切割缺失、收缩过大、铜管收缩过大或毛刺过多，也可能导致端口硬化和飞边问题，这也可能导致扩口时铜管开裂。

3、铜管腐蚀原因调查

3.1化学成分分析

换热器铜管使用牌号为TP2的无氧铜管，规格为φ9.52×0.7mm内螺纹管。与GB/T5231-2012《加工铜及铜合金牌号和化学成分》规定的TP2材料元素含量进行比较。泄漏附近位置的铜管化学成分中的Cu、Pb和在标准规定的范围内，符合GB/T5231-2012规定的TP2材料含量要求。

3.2扫描电镜检查

采用扫描电镜对铜管外壁腐蚀坑进行腐蚀形貌分析。可以看出铜管外壁腐蚀坑呈椭圆状，表面覆盖大量的棕黑色的沉积物。观察到腐蚀坑铜管外壁拓展到内壁，可确认腐蚀行为是由铜管外壁延伸到内部的过程。根据机组应用场景，铜管内壁走制冷剂，外壁走载冷剂乙二醇溶液，因此该次腐蚀可能与乙二醇溶液有关。

3.3乙二醇载冷剂离子浓度分析

在试验设备中取样乙二醇溶液，观察溶液中有大量的棕黑色沉淀物。为进一步对腐蚀产物进行确认，对系统乙二醇载冷剂溶液按HJ84-2016和GB/T30902-2014标准进行离子浓度分析。系统中乙二醇溶液主要的离子为铁、锌、氟、硫酸根、硝酸根等。测试乙二醇溶液pH值为5.33，呈弱酸性。根据腐蚀产物分析的结果，可确认铜管腐蚀穿孔的主要是铁离子腐蚀导致。

3.4高频焊接

高频焊接的主要原则是：首先，所有电流必须聚集在焊接区内，然后加热，以刺激高频电流中的皮肤浓度效应和近距離效应，使加热工作能够尽快进行一般来说，高频焊接主要包括两种不同的焊接方法：接触式高频焊接和感应式高频焊接。第一种高频焊接方法，其焊接原理是将高频焊接电流输入管道触头和胚胎焊接边缘区进行焊接工作。但是，这种焊接方法可能会大量消耗电极接触并导致管线库变形，从而影响焊接质量;第二种焊接方法是利用高频电流中的皮肤效应和近距效应快速加热感应圈内的温度，使穿过感应圈的管胚能够在高温作用下完成焊接过程它不仅具有稳定的焊接工艺，焊接质量较高，不需要使用接触材料，而且更易于调整，因此其使用范围优于高频焊接。

3.5导向与焊接挤压

制导和焊接挤出主要指焊接中的杂质挤出和材料（如使用挤压轮给定的挤压压力铸造的金属），以及高温固相金属的紧密连接以实现焊接。请注意，夹紧压力的大小直接影响焊缝的强度和焊缝缺陷的状态。例如，压力过大可能导致变形;太小，无法挤出外部本体，导致熔接不足。若要调整压缩压力的大小，您可以透过记住压力设定和熔接过程来改善压缩轮之间的间距。

结束语

综上所述，空调制冷铜管使用的问题较为多样化。在此基础上，本文涉及的铜管泄露、铜管开裂、铜管“铜铝渗蚀”开裂等内容，则直观展示了空调制冷铜管使用问题的源头和应对措施。为更好解决空调制冷铜管使用面临的各类问题，油水腐蚀介质对空调制冷铜管造成的影响也需要得到重视，空调两器的加工工艺升级也不容忽视。

参考文献：

[1]岳振廷.制冷铜管，未来的市场在哪里[J].企业观察家，2019（09）：94-95.

[2]危利民，罗欣，余琪.退火工艺对薄壁铜管组织和性能的影响[J].铜业工程，2018（06）：9-13.

[3]申孟亮.TU1铜管在空调换热器防腐蚀性能方面替换TP2铜管的可行性研究[J].制冷与空调，2018，18（09）：38-41.

[4]曹玉红，刘献玲，张建成，等.乙二醇污水对碳钢的腐蚀性研究[J].石油化工腐蚀与防护，2019，30（5）：15-17.

[5]王瑾，沈小彬，梁志，等.冰蓄冷空调系统中乙二醇的缓蚀剂研究[J].上海理工大学学报，2019，36（2）：83-86.