管殼式換熱器腐蝕原因分析及預防

何亮

摘要：腐蝕是指材料在環境作用下發生的破壞和變質，由于換熱器接觸介質復雜且腐蝕性強，在運行過程中經常發生腐蝕泄漏，輕者影響生產降低產品質量，嚴重時發生爆炸危及人身與設備的安全。本文根據筆者從事壓力容器工作多年的經驗，對換熱器腐蝕原因進行分析，并根據實地應用過程提出針對性的預防措施。

關鍵詞：換熱器腐蝕；原因；預防措施

1 概述

目前國內的換熱器多數采用碳鋼材料，由于換熱器工作介質復雜且腐蝕性強，運行工況條件苛刻，換熱器管束經常泄露穿孔，換熱器腐蝕穿孔成為煉油企業十分重視的問題，科技工作者致力于對換熱器腐蝕影響因素進行分析，進而針對換熱器的腐蝕提出有效的防護措施，并將其應用于工程實際中來解決實際問題，對提高企業經濟效益、保障人民生命財產安全具有重要意義。

2 管殼式換熱器腐蝕類型分析

根據查閱的相關資料以及實地工作過程中的了解，常見的換熱器腐蝕破壞類型有均勻腐蝕、點蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、沖刷腐蝕及應力腐蝕等[1]。

（1）均勻腐蝕。均勻腐蝕是煉廠換熱器中碳鋼材料最常發生的一種腐蝕形式。當金屬材料發生均勻腐蝕時，其表面均勻減薄，沒有形成蝕坑，發生腐蝕反應的方程式為：陽極反應：2Fe→2Fe2++4e；陰極反應：O2+2H2O+4e→4OH-；總反應：2Fe+O2+2H2O→2Fe（OH）2。均勻腐蝕雖然對材料造成一定的破壞，但是它的危害程度具有可遇見性，只要把握好換熱器的運行趨勢，就可減輕其危害性。

（2）點蝕。點蝕是一種在金屬局部地方產生腐蝕小孔，并向金屬內部深處發展的腐蝕破壞形式。在換熱器的腐蝕失效中，點蝕所占的比例非常大。

（3）電偶腐蝕。電偶腐蝕是指電極電位不同的兩種金屬在電解質溶液中相互接觸，電位低的金屬作為電偶對的陽極受到腐蝕。在管殼式換熱器中，換熱管與管板、折流板等都采用不同的材料，因此就存在電偶腐蝕的可能性。

（4）縫隙腐蝕?？p隙腐蝕是金屬與金屬或非金屬之間，由于存在縫隙，在腐蝕介質的作用下發生的局部腐蝕。在換熱器中，兩構件接觸面間存在著很小的縫隙，當殼程介質進入到縫隙死角中時，縫隙內外的介質產生濃度差，在電化學作用下發生縫隙腐蝕。

（5）沖刷腐蝕。由于金屬表面與腐蝕流體的相對運動速度較大，導致金屬表面受到沖刷腐蝕。沖刷腐蝕在水相換熱器中廣泛存在，暴露在運動流體中的換熱器殼體、換熱管束遭受到沖刷腐蝕的破壞，將大大縮短換熱器的使用壽命。

（6）應力腐蝕。應力腐蝕是材料在外加或殘余應力和腐蝕介質的共同作用下產生的一種腐蝕形態。在換熱器中，最常發生應力腐蝕有Cl-應力腐蝕、硫化物應力腐蝕以及氫腐蝕。

3 換熱器腐蝕原因分析

（1）氯離子。氯離子是換熱器水介質中普遍存在的腐蝕性陰離子，氯離子會加快碳鋼、不銹鋼以及合金等金屬的局部腐蝕。尤其在使用碳鋼、不銹鋼換熱器的循環水系統中，應嚴格控制氯離子含量。

（2）鈣離子。當循環冷卻水中同時還存在SO42-、SiO42-等離子時，會與Ca2+、Mg2+發生反應生成難溶解的硫酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽，在換熱管表面沉積結垢，由于水垢的存在，降低了換熱效果，容易引起管束的垢下腐蝕。

（3）溫度。腐蝕過程與循環水的溫度也有很大的關系。隨著循環水溫度的升高，水的電導率增加，電極反應速度加快；同時水的對流和擴散隨溫度的升高而加強，使氧向金屬表面的擴散加速，從而加速了金屬的腐蝕。

（4）pH值。金屬的腐蝕速度與循環冷卻水的pH值密切相關，介質的pH值不同對設備產生的腐蝕程度的不同。在含有氧的酸性水中，pH值越低，金屬發生腐蝕的速度越大，當pH值在7-8附近時，金屬的腐蝕速度基本不隨pH值的變化而變化，當pH值較高時，尤其是在8-10區間，隨著環境中pH值的增大，腐蝕速度降低。

（5）溶解氧。水中的溶解氧是參加陰極過程的氧化劑，一般情況下在循環水運行過程中，水中的氧含量越多，鋼鐵的腐蝕越嚴重。但在一些特定條件下，鋼鐵受溶解氧腐蝕會在其表面上產生保護膜，從而減緩腐蝕速度，此時水中的氧含量愈大，產生保護膜的可能性就愈大，所以會使腐蝕減弱[2]。

通過對我國目前換熱器腐蝕情況進行分析，總結出造成換熱器腐蝕的主要原因有三個方面：①結垢引起的腐蝕，其中換熱器水質中由于含有鈣鎂鹽產生的結垢最為嚴重，使得換熱器管束發生垢下腐蝕，這是換熱器管束穿孔的主要原因；②介質中腐蝕性成分引起的腐蝕，換熱器水質中除水外，不同程度的含有Cl-，H2S，NH3等腐蝕成分，這些都是造成加速腐蝕的進行的因素；③固體微粒引起的沖刷腐蝕，若在換熱器介質中含有固體顆粒等雜質，將在高流速下對金屬形成沖刷，造成金屬的物理損傷和加速電化學腐蝕，沖刷腐蝕在水相換熱器中廣泛存在。

4 換熱器的腐蝕預防措施

（1）工藝防腐。工藝防腐普遍采用“一脫三注（脫鹽，注氨、堿、緩蝕劑 ）” 的方法。工藝防腐技術的應用，使得有害侵蝕雜質對設備的腐蝕顯著降低，從一定程度上確保了設備能夠正常運行。

（2）升級設備的材質。實際應用過程中發現，換熱器的腐蝕種類復雜多樣，單純的某一種高性能不銹鋼是無法適應其防腐要求。因此針對不同的腐蝕類型防腐的材料也應該不斷地更新。使用一些非金屬材料、Ti等貴金屬材料對設備的腐蝕起到明顯的保護作用。

（3）防腐表面工程技術。根據換熱器基體材料使用環境的需要設計表面防腐層，使其達到預防、控制基體材料腐蝕的目的。防腐表面工程技術包括熱浸鍍、表面轉化技術、電沉積、涂裝等。

（4）針對不同腐蝕形式的預防措施。換熱器的腐蝕形式具有多樣性，應根據腐蝕程度、部位及經濟成本等因素選擇防腐措施。根據換熱器材料的組織狀態、緩蝕劑的適用性、陰陽極保護形式進行分析、選擇、改進，以便使換熱器的材料達到最佳的耐腐蝕效果的目的。

（5）滲、鍍耐蝕層。滲鋅是鋼鐵材料防腐蝕的最經濟和最普遍的方法之一，它是在鋅的熔點溫度以下使活性鋅原子滲入工件表面的化學熱處理工藝。鍍覆表面處理中具有代表性的是化學鍍鎳磷技術，非晶態鎳磷合金由于沒有晶界、位錯等缺陷，具有較高的抗腐蝕性能。

換熱器根據不同的實際情況，防腐蝕技術方法也不同。但大多數控制腐蝕的方法均圍繞以下三種思路進行：①使金屬表面與環境介質隔離；②改善金屬電位，使陽極或陰極反應在可控制范圍內；③使用高耐腐蝕金屬。

參考文獻：

[1]屈昀麗等.淺談換熱器的腐蝕與防腐蝕[J].內蒙古石油化工，2006，9：144-145.

[2]韓麗燕.循環冷卻水系統腐蝕性能評價[D].河北：華北電力大學，2008.