换热器常见腐蚀问题及防范措施

2021-04-11

当代化工研究 2021年4期

（中核四0四有限公司甘肃 735112）

引言

换热器的种类繁多，但是其主要功能在于将热流体与冷流体之间的热量进行交换，因此在不同的工业系统中换热器的形式与结构也会发生一定的变化。换热器在石油化工、煤化工乃至炼油产业中都具备极为重要的系统设置地位。不同工作环境下的换热器存在不同的设计方案，为了满足不同的工作需求换热器所应用的结构材料也存在一定的差异性。导致换热器常常发生应用故障的主要问题就是腐蚀，大多数换热器损坏的原因都是由于腐蚀因素引发，为了有效延长换热器的使用寿命，强化换热器的使用效率，妥善解决、防范换热器腐蚀问题，是化工产业亟待解决的重要问题。

1.换热器常见腐蚀问题

(1)化学腐蚀问题

换热器化学腐蚀问题发生的主要原因为，大部分换热器的组成材料为金属材料，因此技术材料成分极易与换热器工作环境中的介质产生化学反应，导致换热器由于化学腐蚀问题损失大量金属。如换热器的金属管道高温氧化、部件减薄穿孔等问题，都会给企业、行业带来极为严重的经济财产损失。

(2)电化学腐蚀问题

换热管内的流体流动过程中，由于流体流动速度的不均匀性，导致在部分情况下流体并不会产生流动，甚至会产生一定的沉积物。换热管中沉积物的长期累积，随着管内流体流向金属表面，将会在金属表面形成马蹄形状的凹槽。由于换热器的腐蚀情况是连续性、不均匀性，因此换热管缝内外的沉积物含量存在一定的差异性，继而出现电化学腐蚀问题。无论是电化学产生阴极发生反应或是阳极发生反应，都会给换热器带来腐蚀问题。电化学产生阳性反应时，将会逐步溶解周边金属，电化学产生阴极还原反应时，换热器中的周边物质将会被还原成为中性或是碱性的溶液。一旦由于电化学反应出现腐蚀产物，将会打破散热器缝内外的化学成分平衡性，继而带来严重性的腐蚀问题。

(3)高温氢损伤腐蚀问题

在高温、高压的环境背景下，一旦氢气发生扩散问题，进入钢材的内部，将会与钢材内部的不稳定碳化物产生化学反应，继而产生甲烷等气体，大大影响钢材的碳含量，应钢材本身的材料硬度。同时甲烷气体未能从钢材中脱离出来，将会在晶界以及周边的空隙中聚集起来，一旦处于高温、高压环境状态下，甲烷聚集区域的钢材表面将会出现微小的裂缝及鼓包，钢材的延伸性以及钢材硬度将会大打折扣。随着钢材碳元素的逐步流失，钢材本身的应用性能将会逐步下降，钢材的表面将会出现大量的缝隙。

(4)磨损腐蚀问题

磨损腐蚀问题的出现，主要是由于金属构件以及换热器的表面介质发生摩擦，大致金属构件的表面被损坏。造成磨损问题出现的介质既可能是固体，也可能是液体，甚至气体也可能会造成磨损问题的出现。换热器在应用状态时，换热管道内介质一直处于高速流动的状态，不仅会对金属表面以发生腐蚀的区域进行撞击和冲刷，同时管道内的腐蚀物质也会跟随流体一起流动，导致金属构建出现新的裸露位置，介质对其再次进行撞击、冲刷。长此以往，换热器继而出现磨损腐蚀问题。

2.换热器腐蚀问题防范策略

(1)灵活应用涂抹防腐物质

对于换热器的易腐蚀区域涂抹有效的耐磨腐蚀物质，继而增加换热器的腐蚀防范能力。对于换热器的金属材料以及非金属材料管道的内外部，进行耐腐蚀物质的双面涂抹，在其表面形成一层耐腐蚀性保护层，继而降低腐蚀速率。同时这种腐蚀防范策略的应用成本低，应用效果较为明显。在防腐蚀物质无涂抹前，需要按照施工方案、施工工艺开展相应的准备工作，确保涂抹的防腐物质不会与换热器材料发生化学反应，同时需要根据换热器的工作环境、所接触到的介质以及换热器的结构材料选择相适应防腐涂层材料。

(2)灵活应用非金属保护层

非金属保护层的应用优势在于抗腐蚀性极强。如在部分换热器设备中可选取涂抹SHY-99新型专业级防腐物质。SHY-99新型专业级防腐物质的主要成分为高分子防蚀、改性耐热合成树脂以及多种耐高温、耐腐蚀的添加剂等。因此SHY-99新型专业级防腐物质在进行特殊防腐工艺处理应用至换热器设备后，可将换热器的使用周期延长至三倍。

(3)灵活应用电化学保护技术

电化学保护方法是将负电子直接引导至被保护的物质上，让被保护物质的表面的腐蚀性正电子与负电子相结合，继而达到静电平衡的模式，起到物质防腐功效。电化学保护法可细分为两种，其中牺牲阳极的阴极保护法，是以原电池构造的方式让被保护部位的物质作为阴极，继而得到电子，这种电化学保护方法是需要阳极物质活泼性高于阴极物质。另一种则是外加电源的阴极保护法，其保护原理为将电源的负极外连接在被保护的物质上，与被保护物质附近的腐蚀性阳离子结合得到电子，继而实现静电平衡，最终达到腐蚀消除的作用价值。但电化学保护技术应用成本相对较高，甚至会消耗大量的电能且相关应用技术并未完全发展成熟，因此只能在特殊情况下应用。

(4)换热介质中灵活添加缓蚀剂

缓蚀剂具备减缓腐蚀的价值作用，在换热器的流动介质中增加一定的缓蚀剂，能够达到降低腐蚀甚至于停止腐蚀的应用目的。但是缓蚀剂应用不能过量，不然将会出现一定的生产风险。因此缓蚀剂具体应用过程中，需要经由严格、科学、合理的计算后，把控换热介质的缓释添加量。

3.换热器防腐维护手段

(1)开展换热器的定期检查工作

换热器的工作环境具备腐蚀性特征，再加上换热器需要常年对于腐蚀性物质进行接触，因此换热器构件的腐蚀速率将会大大增加，甚至会导致换热器中的流体介质发生泄漏，出现大规模的生产性事故，给化工企业带来极大的经济损失。因此需要定期对换热器进行程序性检查，有效降低安全隐患发生的可能性。在换热器检查过程中，需要严格遵守换热器检查的相关注意事项，避免引发出不必要的经济损失。同时需要对换热器的外漏、内漏等部分进行重点性检测。一旦发现换热器出现安全性问题，需要立即上报给相关部门进行检修，最大程度降低换热器存在的安全隐患问题，实现换热器利用功能的最大化。

(2)开展换热器的针对性维修工作

对换热器开展程序性的检查工作后，对于存在安全隐患的换热器部分，需要进行针对性的维修。如对于由于腐蚀问题或是其他问题导致换热管管壁减薄发生穿孔问题时，需要立即更换换热管。对于已经发生温度变化的区域以及出现膨胀、收缩的换热管，及时进行防腐蚀处理工作。对于换热管中的流通换热介质管道进行防膨胀、防泄漏以及防锈处理。

(3)开展换热器的清洗工作

①机械清洗

换热器的机械清洗方法主要是利用高压射流方法进行清洗。这种清洗手段多应用于化学清洗方法应用后，对于换热器中的碳化污垢层进行清洗处理。机械性清洗处理方法对于换热器设备的磨损率相对较小，同时机械清洗的经济成本相对较低。在机械清洗工作开展前，工作人员需要先进行预实验工作，在得到合适的水压清洗范围后开展高压射流清洗工作，避免过高或过低出现，清洗效果不理想或是损坏设备的问题。机械清洗方法适用于管内、管外以及外壳内壁等区域的清洗工作，在对碳钢以及不锈钢材料进行机械清洗过程中，需要严格控制水中Cl-浓度，将清洗水压控制在50-70MPa之中，避免机械清晰过程中出现不必要的财产损失。

②化学清洗

A.海绵球清洗。换热器的内部是无法进行常用的清洗方法，因此需要利用海绵球对换热器内部进行清洗。在海绵球清洗过程中，需要根据换热器的垢层组成材料以及具体性使用环境进行分析，继而采取不同类型的海绵球进行清洗。通常情况下，对于硬度相对较大的垢层需要采取砂式海绵球进行清理，将其深入换热器内部，对其进行不断性的摩擦，直至将垢层完全祛除。

B.栲胶与碱剂清洗。清洗人员需要将栲胶以及碱剂者两种化学试剂同时应用至换热器需要被清洗的区域。在具体应用工作开展前，工作人员需要开展预实验工作，在获得相对精准的数据后，控制清洗应用的栲胶数量。通常情况下。一吨水能够添加5-10kg的栲胶。栲胶与碱剂联合应用的化学清理方法，能够最大程度降低对于金属的损伤程度，同时栲胶与碱剂的化学清理手段具备操作简单、安全性强的应用特征，使用的经济成本相对较低。

C.盐酸清洗方法。盐酸清洗方法具备应用成本低、应用范围广的特征，因此在需要化学清理方法中都存在盐酸清洗方式。盐酸清洗方法具备剥离、溶解以及输送的价值作用。盐酸因对于换热器中的碳钢以及不锈钢区域也会带来基础腐蚀，因此在利用盐酸清洗过程中需要增添一定量的缓蚀剂，降低盐酸清洗基本腐蚀带来的负面影响。在进行盐酸清洗液配置过程中，需要佩戴好相应的防护用具，注意盐酸配置浓度，确保盐酸清洗的效果。