浅论冷却水换热器腐蚀泄漏分析及防护

李泽洋

（陕西延长石油延安能源化工有限责任公司，陕西 延安 727500）

换热器在石油、轻工、制药、能源、化工工业中的应用是十分广泛的，其重要性也是显而宜见的，换热设备利用率的高低值，也间接影响到石油、轻工、制药、能源、化工工艺的效率以及成本的费用问题。在换热器整体装置的运行和检修过程中，换热器泄漏是经常遇到的问题。泄漏的表现，主要有化学腐蚀泄漏、物理磨损泄漏等，原因有工艺方面的问题，也有制造设备时的选材先天不足等问题，本文讨论的重点是通过加入减缓腐蚀溶剂防腐，电化学措施进行防腐等，来提高换热器的防护和利用率及使用寿命。

表1

1 冷却水换热器工作参数

根据长期实物研究分析我们对10-E-6413换热器进行了研究探索，冷热水换热器其设备的构成方式是浮头式的，并且其规格是φ1900×34×14575mm。

冷却水换热器的换热面积1800m2，具体运行参数详见表1。

2 研究方式方法与检测结果

（1）外观检查。根据研究要求我们对10-E-6413进行了深入的剖析，从检测的实际情况表现，我们发现冷却水换热器的外观表面有腐蚀锈迹，并且其颜色呈现为黄褐色，其中有小面积呈现出大约小于1．5毫米的坑状腐蚀，整体壳程有轻微腐蚀。因为壳程介质为C5～C8馏分，所以管束外表面形成粘结大约2．5毫米厚的一层黑色油垢，其中外表面管束的物理状态有小块状的碎片掉落，范围扩大，经过深入的剖析，我们把阻碍观察的黑色油污层去掉，再重新进行清洁洗涮后，我们发现冷热水换热器的管束没有比较大的腐蚀坑，仅仅呈现出一些腐蚀的锈迹，其颜色呈现为暗黄偏黑。见图1。

图1

在对冷热水换热器的管道两边以及管道的内壁进行检测发现，也有暗黄偏黑的锈迹，其颜色和腐蚀的形状与冷热水换热器的外观相似。经过仔细勘察，我们发现管道两边的进水口位置有一些块状颗粒物，并且阻碍水流的进入。分析其构成的原因以及材料分析，可以判断为是在冷却水的源头没有进行良好的过滤，在冷却水进入管道时引入的颗粒物，在对管箱进行检查时，也发现其进出口位置有一些块状颗粒物。分析其构成的原因以及材料，可以判断为冷却水换热器的冷却水在进入时不仅仅携带大量的颗粒物，而且其携带的颗粒物有一定的腐蚀性并伴随细菌的渗入，经过长时间的化学反应，颗粒物逐渐变大，阻碍了进水流量。在对管板以及管板与管板的连接处进行检查分析，我们发现有部分的点状以及坑状的腐蚀，并且蔓延面积大，点坑的深度也比较大，并且经过长期的腐蚀与深入腐蚀逐渐的导致形成长条状的腐蚀线，并且冷热水换热器的管道头腐蚀更加严重，出现大量的腐蚀碎片，并且其质地性质酥脆，导致了冷热水换热器设备的管道头钢材减薄，影响其设备的使用寿命。观测管道的内壁，到处都是点状，坑状腐蚀锈迹，腐蚀相对管道外表面以及管束两头要更加的严重，腐蚀的深度力度比较严重。见图2。

（2）壳程的检测结果以及分析。壳程的腐蚀原因是化学反应过程中产生的硫化氢腐蚀，而且其产生的硫化氢是化学反应必然的产生物。为获得可靠的冷却水换热器壳程工艺介质中产生的硫化氢的含量、酸碱值和腐蚀垢产物中铁离子和亚铁离子含量，每月四次对冷却水换热器中的蒸汽转为液态的水蒸气进行深入的科学研究以及分析，我们发现从2013年1月份到2014年的1月份期间，检测各离子的含量浓度，其中的硫离子含量浓度为1475毫克每升，而且其中的酸碱值显示为7．55到9．46，经过现场的取样化学分析，对其中含有的亚铁离子和铁离子也含量进行分析，其结果显示含有量为0．01到0．45毫克每升。由此可见，我们进行化学分析鉴定，其冷却水换热器的内部腐蚀结构偏碱性，在长期的反复取样和化学分析过程中，对壳程的物质的腐蚀相对弱化，碳性钢材物质在当前的腐蚀情况下比其他设备的抗腐蚀性能要好很多。

（3）冷却水换热器水样检测。根据我们对设备使用的方式方法进行分析，冷却水换热器的冷却物质为冷却水，经过取样对其进行化学分析，发现其中含有大量的离子并伴随有腐蚀性等等，我们对其离子的含有量进行化学分析得知，其中氯离子含量68．44～243．33，平均值为 176．94；四氧化硫离子含量 141．84 ～ 563．31，平均值为 340．99；钙离子含量 223．36 ～ 721．58，平均值为 508．43；总硬度 268．00 ～ 783．80，平均值为 575．51；酸碱度 8．34 ～ 8．77，平均值为 8．55；铁离子和亚铁离子 0．08～ 0．54，平均值为 0．23。经过数据分析得知冷却水中钙离子的含量、在反复的取样观测中的平均值偏高，由此我们得出结论，冷却水换热器中的冷却水在一定的条件下，一定的环境中可以在极短的时间下形成锈迹结垢物。

（4）管程块状颗粒物影响分析。在对冷热水换热器外观的管道两边以及管道的内壁进行检测发现管道进口的两端有一些块状颗粒物，而且也在管箱以及管束内壁当中也发现有一些块状颗粒物，经过长时间的设备使用，以及进行的化学反应这些块状的颗粒物，严重堵塞了管程进口部位的部分换热管，这对整体冷却水换热器的使用效果产生了严重的影响。其原因一是冷却水换热器的冷却水比正常的冷却水流在速度上有所减弱，一个是在现有的造成一些小块装颗粒物的前提下，导致其伴随有一定粘结性，引发了由小块状颗粒物向大块状颗粒物进行发展，在进行化学内部腐蚀，进行自我循环。更严重的是形成了大块状颗粒物后，其粘结在了管程和管束以及内壁表面，形成了封闭的微生物生长空间，导致其冷却水含有的杂质成分变得多样性和复合型，使得结垢成分变得复杂，结垢多样性结垢方式方法大大增加。

图2

3 腐蚀的原因分析

综合以上的各检测报告分析，我们发现管束和管壁以及壳程在当前的腐蚀环境下，对其环境的坑腐蚀性能比较差，而碳性钢材在当前环境条件腐蚀下，对其环境的坑腐蚀性能比较强，我们经过现场检查发现，管程和管板以及管道头内壁有部分腐蚀锈迹，其颜色呈现为暗黄偏黑，而且还含有淡黄色、生物黏泥垢。管板表面和焊缝处有大量深度小于2．5mm的点状腐蚀坑，管箱内进口呈现出显而易见的大量块状垢物，冷却水换热器里面使用的冷却水有强烈的腐蚀性，而且在管道的两头和管道的内壁形成块状颗粒物，再由小块状颗粒物变为大块状颗粒物，严重阻碍了冷却水换热器的冷却水流通和运行，也使其冷却水的循环变得缓慢，导致了块状颗粒物在此进行化学反应，经过长期的化学反应，形成了由点状和坑状的腐蚀局部，向外延伸，向内部延伸，并且导致了管束和管程内壁几乎穿透。经过以上进行分析的结果得知，造成此次检查的冷却水换热器的腐蚀以及泄漏问题原因是冷却水换热器里面的冷却水。

（1）结垢腐蚀。经过长期的检测取样结果进行分析，冷却水换热器冷却器管程介质为循环水，里面含有大量的冷却水塔填料，管箱内存在大量块状垢物，并且伴随产生一些大量的粒子颗粒物，对冷却水换热器的管程里循环水部位进行每月四次的化学分析检测，我们发现冷却水换热器的冷却水中钙离子含量较高，并且由于长期的化学反应，钙离子不断增多，由此进行吸附导致其形成结垢，发现有非常高的结垢性质，而且由于小块状颗粒物变成大块状颗粒物以及腐蚀造成的点状坑状变为线状腐蚀，综合原因导致了冷却水的流通问题，造成了冷却水换热器的冷却水流通变得缓慢以及严重情况下的冷却水流通停滞。当冷却水的流通速率低于一定的要求时，也会出现大量的结垢现象。在大量的调查过程中我们还发现温度这一因素也影响着大量结垢的问题，当温度高于100摄氏度时，管程结垢更加明显，而当换热器温度为115摄氏度时，管程水侧的结垢时间则明显早于100摄氏度时的环境。垢下腐蚀属于电化学腐蚀其反应方程式为：阳极反应:Fe－2e→Fe2+，阴极反应：1/2O2+H2O+2e→2OH－。垢下电化学腐蚀发生初期，垢下金属生成铁离子，与冷却水中没有经过过滤携带进来的颗粒物，在此时颗粒物形成化学反应，并且释放出大量的氯离子，然而当氯离子出现时，氯离子与铁离子在此融合形成了氯化铁，然后与冷却水进行反应，产生了高浓度和腐蚀性质非常强的盐酸，导致了其腐蚀的性能增加，由点状和坑状腐蚀锈迹进行不断地扩大，而循环水又带来新的冷却水，伴随大量的离子和污垢物块状和片状的颗粒物，使得循环水又进行停滞，导致化学反应的不断进行。对此进行了研究分析得知，造成本次冷却水换热器的结垢腐蚀原因是化学反应的不断反应导致，在特定的环境条件下形成了自我催化化学反应，在相应的短时间就会造成冷却水换热器的管程管束内壁进行腐蚀穿孔泄漏。

（2）冷却水中氯离子的腐蚀。冷却水换热器中的冷却水对管束和管壁也会形成腐蚀，造成这种腐蚀的原因是，冷却水中含有大量的氯离子，与产生的铁离子进行反应，并且生成氯化铁FeCL2，再水解成盐酸和氢氧化铁，盐酸本就溶解性很强，若冷却器为不锈钢材质则必须避免氯离子，因为氯离子对不锈钢腐蚀性很大。

4 腐蚀及泄漏防护

（1）对冷却水换热器的管理系统进行加强。在冷却水换热器的冷却水进水口进行拦截处理，对水质量进行检测，设置一处冷却水杂质处理厂，对冷却水杂质进行过滤，减少其中含有的杂质，并且相应的添加一些化学助剂，提高水质的要求，而且要长期定期的对水质进行抽样检测分析，防治因为水源头的问题增加腐蚀强度。

（2）改善冷却水的水质量。减少冷却水中含有的钙离子、镁离子、氯离子及溶解氧含量，有效抑制冷却水换热器中冷却水含有的腐蚀离子，而产生的垢下腐蚀、氯离子腐蚀及溶解氧腐蚀速率，延常设备使用周期。

（3）外表面进行涂料防护。对冷却水换热器的各设备表面进行刷漆防护，减少冷却水中的含有的腐蚀离子与设备表面进行化学反应，从而相应的增大力度，降低各设备器材的腐蚀保养速率，延长其设备使用寿命。

5 结语

经过长时间定期对10-E-6413二段冷却水换热器的内外表面检测及冷却水的取样检测分析得知，壳程工艺介质腐蚀性偏小，碳钢管束的耐腐蚀性较好一些。造成10-E-6413冷却水换热器冷却器管束泄漏的主要原因是进入管程管壁设备器材当中的冷却水。经过研究分析得知，腐蚀的方向是从内部向外部进行层层腐蚀的，而且在形成污垢物自我化学反应是造成冷却水换热器泄漏的主要原因，经过多种腐蚀方式和复杂的化学反应，冷却水换热器发生了腐蚀泄漏。

[1]衡世权,姜莉．换热器腐蚀污垢的形成机理及其防治措施 [J]．节能 ,2004,(4):28-30．

[2]王淑娟,郑美丽．板式换热器的腐蚀与防护[J]．石油化工设备,1996,25(5):47-49．