碱冷却器的腐蚀及应对措施

周兴

(宁波镇洋化工发展有限公司，浙江 宁波 315040)

板式换热器是将薄金属板通过压制、叠装，用夹板、螺栓紧固而形成具有一定波纹形状的换热板片的换热器。各块板片之间形成薄矩形通道，工作流体在两块板片间形成的窄小而曲折的通道中流过，通过板片进行热量交换。板式换热器的结构及换热原理决定了其具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、操作灵活性大、应用范围广、热损失小、安装和清洗方便等特点，在氯碱生产装置中得到广泛应用。

宁波镇洋化工发展有限公司(以下简称“宁波镇洋”)是一家集氯碱、有机化工、新材料于一体的综合性化工企业,氯碱生产是公司的基础产业,经过多次改造，烧碱规模达到23万t/a。从电解槽出来的32%碱液采用板式换热器进行冷却。在碱冷却过程中，由于各种腐蚀因素，经常使得板片穿孔，严重影响了系统的正常进行，并危及到企业的安全生产。本文中结合宁波镇洋的生产实际，针对碱冷却器的腐蚀情况，分析了腐蚀原因，并提出了应对措施。

1 使用情况

E1273由苏州某公司2013年5月制造(30.38 m2,49片，材质为纯镍),2015年6月抽出穿孔板片5片,11月21日抽出穿孔板片22片,2016年5月因换热效果差补充至66片(41 m2)组装使用。

E1330由四平某公司于2005年7月制造(21 m2、77片、材质为纯镍)，曾因板片穿孔维修多次。2015年6月、10月进行过两次拆检，抽出穿孔板多片，目前运行板片共42片，为原设计面积的54.5%。

E2273A由宝鸡某换热设备厂制造(50 m2,98片，材质为纯镍)，2013年7月投用，2015年3月抽出穿孔板片，补充41片后仍保留为98片(50 m2)。

E2273B因原换热器板片腐蚀穿孔，继续检修已不经济而报废，2015年9月更新为904L材质(50 m2)，目前状况良好。

E2274由宝鸡某换热设备厂制造(30 m2,58片，材质为纯镍)，2013年7月投用，2015年11月抽出穿孔板片14片，剩44片(32.7 m2)组装使用。

3 原因分析

针对碱冷却器的腐蚀情况，进行了原因分析。

(1)循环水中氯离子超标是主要原因。日本旭化成公司曾做过这样的试验：镍板在70 ℃、NaCl质量分数为10-3的自来水环境中，通入空气64 h后，发生了深10 μm的间隙腐蚀。根据试验结果推导出镍在含Cl-的水中的腐蚀速率约为0.057 mm/a。经与同行沟通,循环水中Cl-质量分数约为0.26×10-3，板片腐蚀情况与宁波镇洋类似。宁波镇洋循环水中Cl-质量分数达(0.3～0.4)×10-3。

(2)从拆检情况看，板片腐蚀穿孔主要集中在垫片沟槽内侧与板片波纹过渡处，穿孔大小不一，主要为缝隙腐蚀和点腐蚀，腐蚀发生在水侧。板片波纹在制造过程中留有残余应力和局部损伤，与水侧富集在垫片缝隙水垢中的Cl-联合作用，引起缝隙腐蚀和点腐蚀。因宁波镇洋采用生产水作为循环水的补充水，而园区自来水公司提供的生产水中Cl-含量较高，加速了Cl-的富集，致使镍板发生局部腐蚀穿孔，造成内漏。

(3)循环水系统的pH值和碱度缓慢上升，虽通过加大排污量,但仍未见好转。因为循环水碱度高，生成钙镁沉淀在换热器循环水侧结垢，阻塞循环水侧循环水流量，使循环水侧水流量不足，进而导致换热器循环水水温高。水温高，更加容易结垢，这样形成恶性循环。当循环冷却水经过垢下部位时，由于传热不佳，局部升温，导致氯化物浓缩非常严重，此时氯化物含量会几个量级的倍增，所以换热器极易发生垢下应力腐蚀，导致穿孔。

(4)换热器设备振动会引起疲劳腐蚀。冷却器板片为压制的人字形波纹状，相邻板片之间有大量触点以保证板片间隙及刚度支撑，这就产生大量的应力集中点。随着温度的升高，应力腐蚀容易在这些集中点发生；宁波镇洋电解装置实行错峰运行，碱液流量波动较大，导致换热器温差波动大，振动加剧，腐蚀加重。

4 应对措施

(1)为改善碱换热器循环水的水质，减少氯碱装置长周期稳定运行的影响因素，宁波镇洋利用公司内原新材料装置的循环水系统与一、二期氯碱装置5台碱冷却器合成一体，并采用生活水作为补充水。生活水中Cl-含量远远低于生产水，这可以减少碱液冷却器的循环冷却水的Cl-，有助于延长换热器的使用寿命。

(2)向循环水增加药剂处理，已于2016年2月开始实施，并对循环水旁滤池进行了改造，去除循环水悬浮物。

(3)查阅资料发现，氯碱厂普遍存在减冷却器(镍材质)腐蚀的情况[1]，日本旭化成建议碱冷却器采用哈氏合金材质，但是哈氏合金价格昂贵，而且宁波镇洋曾在硫酸系统使用过哈氏合金，效果不是很理想。鉴于有的氯碱厂使用904L材质换热器的效果不错，而且904L材质换热器价格较低(只有镍换热器一半的价格)，2015年9月，宁波镇洋在E2273B台位也选用了904L材质的换热器。目前,设备专业人员对已投运的904L板式冷却器进行了跟踪记录，及时记录检修情况，以供今后设备选型、选材使用。

(4)电解装置实行错峰运行后，电解槽负荷上升，换热器负荷增大，工艺专业人员通过计算评估，提出合理的碱冷却器的换热面积。

(5) 在换热器前增设Y形过滤器,并安排48 h清洗1次,及时除去杂质。

(6)在板式换热器检修过程中，严格按规范检修，杜绝用钢刷清除水垢；安装板片时，须掌握好导向杆的预紧力，板片压紧距离严格控制在许可范围内。

5 结语

碱换热器产生腐蚀的主要原因是循环水中Cl-超标。为此,在原有的公用工程基础上,对循环水系统进行了适当的技术改造,显著降低了循环冷却水中Cl-的浓度,从根本上改变了产生腐蚀的因素,延长板式换热器的使用寿命。此外,采取增加换热器换热面积、改变换热器的材质、改造或增设循环水的过滤设施等措施,也有利于改善碱换热器的使用效果,从而保障生产的正常运行。

[1] 陈欣，傅建林. 阴极液冷却器板片泄漏原因[J].氯碱工业，2009,45(3) :37-40.