化工换热器的腐蚀问题及防腐措施

刘 亮，张小龙

（陕西延长石油（集团）有限责任公司延安石油化工厂，陕西延安 727406）

换热器在化工生产过程中不可或缺，在生产过程中，如果设备的温度长时间处于较高的状态，在很大程度上会降低设备的使用寿命，严重的会导致设备损坏。换热器通过换热系统降低设备工作过程中温度，保证其可以长期正常运行。换热器腐蚀的原因多种多样，长期处于高温状态、工作运行强度大、人为损坏等都可能导致换热器使用寿命降低，还会对设备的安全操作带来一定的影响。

1 化工换热器的概念

化工设备中的换热器可以实现将热冷流体中的能量输送到其他流体中，在传热面的热流传输过程中热流不会随着时间发生变化。换热器的合理、有效运用可以保障流体温度达到相关规定的指标，提高企业的能源利用效率。设备运行状态良好的情况下，换热器可以在工业生产的过程中作为冷却器、再沸器、加热器等使用。化工换热器目前的使用范围十分广泛，通常都是运用在石油化工厂、热电厂等场所中，设备的使用量巨大，所以化工换热器在运作的工程中会接触到许多物质，这也直接导致了化工换热器设备腐蚀问题存在的必然性[1]。目前使用率比较高的换热器类型分别是蓄热式换热器、混合式化热器、间壁式换热器。在煤炭领域、石油行业、电热行业中换热器都发挥着不可或缺的作用，直接影响到企业的经济效益。一旦换热器出现腐蚀的问题，会使设备发生故障，最终导致设备损坏，给企业带来一定的经济损失。

2 化工换热器的腐蚀类型

2.1 物理磨损导致的腐蚀

在化工生产过程中，大部分换热器都是由金属材质构成的，金属具有硬度较高、刚性较强的特点，也正是因为这些原因导致设备零件之间容易发生摩擦，摩擦过多导致设备出现摩擦腐蚀。气体、颗粒、液体都会导致设备出现物理性摩擦腐蚀。如果换热器的第一层保护介质被磨损，那么设备的第二次介质也会处在极易被磨损的条件下，会加剧换热器的腐蚀度。换热器表面之所以会出现物理磨损腐蚀的情况主要是因为受到了介质的高速运动以及设备中众多金属零件相互摩擦共同影响的。当前石油化工企业生产时，换热器金属部件上容易出现一些黏性介质，将介质的流动速度保持在2m/s，保持快速的流动状态，这个方法可以帮助冲刷换热器的传热面，在换热器的表面上形成强压。由于当前物理腐蚀的现象比较常见，各个化工企业都将预防物理腐蚀作为工作中的重点，积极地采取合理的措施，降低换热器内部进入一些容易导致物理腐蚀的介质。

2.2 电化学反应导致的腐蚀问题

换热器在长期的使用过程中由于液体的高速流动会出现一些介质沉淀的现象，在一些设备运行的末端，由于流动速度变慢会导致管内的沉积物增多。在管内流动速度和沉积物质的共同影响下，就会导致换热管表面的沉积物质分布不够均匀，彼此之间的黏连性较弱，极易导致间隙以及裂缝的出现，在设备的表面形成凹槽。由于各个沉积物质之间的间隙不同，就会导致设备的不同位置出现电化学腐蚀现象，其中最多的就是面积还原腐蚀、阳极金属腐蚀等。其中阳极金属会出现溶解的化学反应，将设备周边金属逐步溶解；阴极金属会出现还原反应，将周边物质还原成中性溶液或者碱性溶液[2]。由于化学反应存在时间上的差异，在这一定程度上也会增加设备的腐蚀面积，对设备造成更大的影响。

2.3 换热器管道水侧腐蚀

水是换热器管道中的主要介质，但是由于水中常常含有较多的杂质，因此这也导致了换热器管道中腐蚀问题的存在。在对化工产品进行生产的过程中，如果所使用的水pH较低，就会出现氧含量较低的情况，最终也会导致设备出现腐蚀的问题。除此之外热换气管道内气态水、酸性水、空气含量的增多也会导致管道壁表面的腐蚀情况加重，水汽会和管道中的铁元素发生反应，还会与氧化物发生溶解反应，最终引起水中的阴离子形成一定的化学腐蚀作用，与此同时换热器管道还会受到水汽渗入冲刷的影响，加快换热器管道的腐蚀速度。

3 化工换热器的防腐方法

3.1 使用防腐涂料

防腐涂料是目前可以有效避免化工换热器出现腐蚀问题的常规解决手段，在化工换热器的表面覆盖上无机防腐涂层或者金属防腐涂层，可以帮助换热器在一定程度上避免接触金属以及其他腐蚀物质。比较常见的金属涂层防腐方式有电镀、火焰喷涂、电镀等；无机防腐涂层的方式主要是化学转换等方法。在对化工设备进行喷涂防腐涂层之后需要将其放置到高温下进行烘烤，使化工换热器表面上的涂层可以牢固地黏附。其中金属涂层具有可变性的优点，无机防腐涂层较为脆弱，弯折后较易变形，一旦无机金属涂层出现裂痕或者破洞，那么损坏的部分将成为严重腐蚀区，在一定程度上加剧化工换热器的腐蚀速度，严重影响着化工换热器的使用寿命。

具体的操作方法是保证设备温度不能低于3℃或者空气湿度不能高于85%，以此为前提，需要先将换热器表面上的锈迹清理干净，进行除油工作，保证金属本体完全露出后，对换热器的喷涂指标进行严格把控，要同时满足防腐和增热的目标，换热器的防腐涂层厚度要尽可能地控制在80～250μm，如果换热器的防腐涂层过厚会导致换热器导热效果降低，防腐涂层也会不够牢固。管道外壁的防腐涂层可以采用浸泡的方法，换热器外壳可以借助泵循环喷涂，在喷涂的过程中，要保证两层底漆，四层面漆，每一层的厚度保持在25～40μm。在化工换热器防腐涂层喷涂工作完成后，要检查防腐涂层是否光滑，是否存在缝隙等，要保证涂层厚度均匀，检查工作无误后才可以投入使用。可以使用红单环氧作为主要的防腐防锈涂料，红单环氧的防锈防腐性能较好，可以承受大部分酸碱介质，具有耐高温、机械性强、硬度够、附着力强的优势。红单环氧可以有效地隔绝介质中的杂质，使水垢等一些聚集物难以在金属表面附着，在介质的推动作用下随水流流走，在一定程度上起到保护换热器金属表面的作用。其中红单环氧涂料中的金属元素可以起到快速导热的作用，红单环氧的涂层厚度仅仅是80～250μm，不起锈、不结垢的表面可以在很大程度上保证流水的速度，从而保障换热器的换热效果。聚氨基甲酸脂漆是目前使用量最大的涂层原料，聚氨酯具有附着力强、耐腐蚀的优点，可以在高聚物分子中形成闭环氢键，分离以及吸收一定的外部能量，在氢键反复形成的过程中，也会使聚氨酯漆形成高耐磨的性能。除此之外氯乙烯也是使用率比较高的涂层材料，这是一种通过高分子合成技术产生的具有一定防水、防霉能效的新型涂层材料，含有过氯乙烯的涂层材料可以在45℃的条件下，有效抵御浓度90%以下的浓硫酸以及浓度50%以下的硝酸，另外对于一些盐酸、碱性化学物质、盐类水溶液、海水等多种有机化合物也有很好的抗腐蚀能效。

3.2 加强对化工换热器的腐蚀监测以及修复工作

化工换热器在工作运行的过程中长期处于腐蚀环境中，不可避免接触到易导致腐蚀的化学物质，这也极大加快了换热器的腐蚀速度，最终还会引起换热器流体介质发生渗漏问题，出现严重的生产安全事故，严重影响化工企业的生产进度，导致企业的经济效益降低。因此要求相关的工作人员要做到定期对换热器进行程序化检查，避免出现相关的安全隐患，给企业带来一些不必要的经济损失。在检查的过程中，一旦发现安全隐患，应当及时将问题的具体情况上报给相关部门，及时对隐患进行处理，避免设备在后续运行的过程中出现难于挽回的损失。

例如在化工企业进行生产工作的过程中，较为常用的腐蚀监测方法有定期排气检查、采样分析等，除此之外还有一些像涡流检测、壁厚检查等高新技术检测手段也应当加以应用。当设备中气液两个不相溶介质换热时就需要进行排气检查，可以先对换热器高压一侧出口管线的排放情况进行检查，查看是否确实存在两种不同的介质，如果是气性介质有液或者是液性介质有气，就可以判断出换热器泄漏；采样分析的方法和排气检查的原理较为相似，主要运用的场景是在排气检查使用不便的情况下进行的，如当传热的两个介质之间相互融合，管道出现的泄漏情况无法进行排气检查，此时就需要使用采样分析的方式进行检查，通过化验分析可以进一步判断换热器是否存在泄漏的情况；当需要对换热器外壳厚度变薄的情况进行检测时可以使用壁厚检测的手段来帮助工作人员了解设备外壳的腐蚀状况，一般情况下都是采用声波测厚仪进行检测的，这种方法使用起来较为方便，检测的结果也相对比较精准，唯一的缺点就是不能对换热器进行实时在线检测；当需要对换热器管束的腐蚀情况进行检测时，可以采用涡流检测方法，使用涡流检测探头检测时，检测仪器会穿过换热管，仪器中的激励线圈会产生一定的电磁场，磁场会顺着管束竖向传播，最后返回到接收线圈，当仪器探头经过壁厚减少的区域时，磁场在线圈中的穿行时间会变少并随着壁厚减少而逐渐减弱，工作人员以此为依据可以确定热换气壁厚减少的具体位置，为后期设备的维修、更换、报废提供有利的参考依据。对于换热器存在安全隐患的部分要及时进行针对性的修复工作，如果换热器的腐蚀问题是由于换热器中的换热管变薄导致的，应当及时更换换热器的换热管；如果换热管出现了膨胀、收缩的情况，并且换热器的某些部位出现了温度变化，应当及时地对换热器进行防腐蚀修复工作。除此之外还需要对换热器中的换热管道进行防膨胀、防泄漏、防锈的处理工作。还需要制定一些设备日常维护制度，定期、合理地对化工换热器进行检查以及维修。另外，定期对相关的工作人员进行安全知识培训是很有必要的，可以帮助工作人员提高安全生产的意识，制定赏罚分明的激励制度，提高员工进行防腐检查工作的积极性，深入贯彻落实化工行业换热器防腐工作，可以保证化工企业防腐效果与时俱进，提高机器设备的使用年限，提高企业的生产效益。

3.3 及时对换热器进行清洗以及保养工作

为了保证化工换热器设备的正常工作运行，需要对设备进行定期的清洗以及维修，定期清洗设备可以避免化学沉积物以及微生物对设备的腐蚀，保障机器设备的正常运转，减少设备的腐蚀概率，提高化工换热器设备的使用寿命。换热器的清洗方法可以选择机械清洗、化学清洗等，其中化学清洗又包含海绵球清洗、栲胶与碱剂清洗、盐酸清洗等。

例如针对换热器垢层的机械清洗方法主要是使用高压射流的方法。通常是在进行化学清洗之后使用的。使用机械清洗的清洗手段可以有效地降低换热器的磨损率，除此之外更为重要的原因就是机械清洗相对其他清洗方式的经济成本较低。在进行机械清洗工作之前，要事先对换热器设备进行预实验工作，在确定最佳的水压范围后再开始高压射流清洗，在清洗的过程中要尽可能地避免出现压力过高或者过低的情况，以防对清洗效果产生不必要的影响或者导致换热器设备损坏。当换热器设备管内、管外外壳内壁出现垢层时就可以选择机械清洗的方式，使用机械清洗的方法对碳钢或者不锈钢材质进行清洗工作时，需要将水压控制在50～70MPa，避免清洗过程中出现设备损坏的情况，产生不必要的经济损失[3]。由于换热器出现腐蚀问题时，无法通过常用的清洗方法对换热器内部进行清洗，因此大多数情况下都会选择使用海绵球进行清洗。在使用海绵球进行清洗的过程中，要先将换热器的垢层材料以及产生腐蚀问题的主要环境原因进行充分的分析，以此作为依据选择不同种类的海绵球对换热器内部进行清洗工作。一般情况下，如果换热器内部的垢层硬度相对较大，通常会使用取砂式海绵球进行清洗工作，将砂式海绵球深入到换热器内部的深处，不断摩擦垢层，直到垢层被全部去除。使用栲胶与碱剂的清洗方法时，要先将这两种化学试剂添加到换热器需要清洗的位置，在清洗工作开始之前，需要先对清洗工作进行预实验，严格把控清洗过程中栲胶等化学物质的使用量。正常情况下1t水需要添加5～10kg的栲胶，这种防腐蚀的清洗方法可以降低换热器的损伤程度，与此同时使用栲胶与碱剂清洗可以方便工作人员操作，保证清洗过程的安全性，降低清洗的经济成本。使用盐酸清洗换热器设备具有成本低，应用范围广的优势，盐酸清洗的方式具有剥离、输送、溶解的重要价值。盐酸对于换热器中的碳钢以及不锈钢部分的垢层都有一定的腐蚀作用，可以很好地达到清洗的目的，在进行清洗的过程中需要加入一定量的缓冲剂，以免盐酸过度腐蚀设备。在进行盐酸清洗的过程中，相关工作人员需要佩戴防护用具，避免盐酸与身体产生化学效果，在配备化学试剂时要注意配制的比例，保证试剂的清洗效果。即便对换热器进行了一定的防腐工作，但是设备仍然会出现一定的腐蚀问题，所以在机器的日常使用过程中要定期进行保养工作。

4 结语

为了保证我国现代工业的全面可持续发展，首先就需要保证换热器的使用效率，提升换热器的使用年限，对换热器进行一系列的防腐工作，对换热器的防腐问题及时进行修复。对于不同原因导致的腐蚀问题需要采用不同的防腐手段，适当的防腐措施可以帮助企业顺利开展化工作业，帮助企业提升企业形象，降低化工换热器的损坏率，提高企业的经济效益，保障我国化工行业长期稳定、持续、健康发展。