化工设备换热器的常见腐蚀问题与防腐措施研究

刘小磊

（大庆石化公司化工一厂裂解车间，黑龙江 大庆 163711）

在化工企业生产过程中，造成换热器腐蚀问题的原因较多，如化学原料腐蚀、换热器表面磨损腐蚀、应力腐蚀、低温腐蚀等，这些腐蚀问题将会影响换热器的正常运行，进而降低化工的生产效率。因此，在化工企业的生产过程中，应当深入分析换热器可能会出现的腐蚀问题，并采取有效措施保证换热器的正常运行，避免出现换热器腐蚀问题。

1 换热器概述

换热器是一种化工工艺设备，其主要作用是实现物料之间的传热。通过换热器可以将材料加热到相应温度，从而满足化工生产的工艺设计要求。在我国的大型化工石化企业中，换热器的组合可以更加合理地运用各级能源来减少产品生产的能耗，从而降低产品生产成本，为化工企业生产带来更好的经济效益。根据工作温度、压力以及工作条件、流动介质的不同，换热器也分为直接接触式换热器、壁间换热器与蓄热式换热器等三种类型。其中，直接接触式热换器是由两种不同溶介质混合而成的，可以实现两者之间热量的传递，所以被称为混合热换器。相较其他的热换器来说，直接接触式热换器不仅维护方便，且结构简单、传热效率较高，适用于两种介质相互混合的情况下使用。蓄热换热器则需要在设备的内部添加相应的固体填料，从而在短时间内达到存储热量的效果。在实际使用的过程中，固体填料的交替放置可以有效实现冷热流体热量的存储与传递，蓄热式换热器可以在高温条件下正常工作，是高温工作环境中的首要选择。在长时间的使用过程中，换热器会出现严重的腐蚀问题，影响换热器的正常性能与使用效果，需要进行更换处理，给化工企业生产带来了额外支出，增加了产品的生产成本。

2 化工设备换热器常见的腐蚀问题

2.1 换热器表面磨损腐蚀问题

化工设备换热器在生产运行的过程中难免会接触到一些化工原料，而化工原料本身就带有较强的腐蚀性，在长期的运转过程中，换热器表面便会出现较为严重的磨损情况，而换热器内部金属层也会出现磨损或是腐蚀等问题。

例如，在化工设备换热器的运行过程中，高速流体会对于换热器内部管道进行一定的冲刷，而流动介质中的颗粒状物体便会与换热器产生摩擦、碰撞，进而导致换热器表面裸露出的金属层出现腐蚀状况。除此之外，腐蚀气体介质、含有气泡的气体或是固体的颗粒液体介质都会造成换热器的表面腐蚀与磨损。

2.2 换热器电化学腐蚀问题

虽然换热器内部的介质流速较高，可以有效避免一些流体的板结与沉降，但是由于长时间的使用，难免会出现一些介质沉积的情况，从而影响沉积物周围相应介质的流速，并导致换热管内的沉积物越来越多。一旦管内的流速与沉积物性质超过相应标准，则沉积物便会在换热管内呈现不均匀的分布状态，甚至于出现黏连问题，影响换热管内流体的正常流动。而沉积物之间黏连不牢固或是分布不均匀等情况，也较易形成裂缝与间隙，进而引发部分管内位置的电化学腐蚀情况。换热器电化学腐蚀问题主要有面积还原腐蚀、阳极金属溶解、阴极金属还原、阳极氧化腐蚀等。此外，由于管内缝隙处的电化学反应速度并不一致，可能会在非同一时间段内出现大面积的腐蚀情况，给换热器的正常运用造成一定影响。

2.3 换热器氧腐蚀问题

从腐蚀呈现的状态上来看，氧腐蚀也属于是电化学腐蚀的一种，但是由于换热器设备在运行过程中会接触到水，水对金属设备的腐蚀力度较强，因此需要对氧腐蚀现象进行单独描述。氧腐蚀现象是由于铁的电极电位比氧电极电位低，所引发的电池中铁阳极的腐蚀问题。一般来说，氧腐蚀会出现换热器个别部位小孔型或溃疡型的局部腐蚀状态，且腐蚀物一般为黑色、黄褐色或是砖红色。

2.4 换热器应力腐蚀问题

应力腐蚀现象是由于换热器受到了外加应力、残余应力与腐蚀的同时作用下而出现的腐蚀现象。应力腐蚀现象会引发换热器部件的断裂，影响设备的正常使用性能。一般来说，应力腐蚀可以分为精制开裂与分裂阳极溶解两种类型。由于应力腐蚀的破坏面积较大，在换热器表面遭到破坏后，会造成阳极与阴极出现阴极阳极金属离子溶解的问题，导致电流流向阴极，从而影响换热器的稳定运行。

2.5 换热器低温腐蚀问题

在换热器的工作过程中，若是烟气进入换热器内出现热交换情况，会导致管内温度逐渐降低，进而造成低温腐蚀问题的发生。通常情况下，燃煤锅炉的空滤器出口不会出现结露现象，但由于烟气中的酸性气体较多，便会在一定程度上增加酸结露的概率，若是换热器内金属壁的温度较低将会触发烟气酸的接入点，从而出现换热器金属壁表面水蒸汽与烟气凝结的现象，进而诱发管道内的低温腐蚀性问题。换热器低温腐蚀问题都是由于烟气温度与管壁温度较低所引发的，因此，低温腐蚀问题的解决方法便是利用合理手段提高换热器内管壁的温度或是提高烟气温度。

2.6 换热器长期运作腐蚀问题

在我国的工业生产与发展过程中，化工企业是支柱型产业，其生产效率与生产质量会对我国的国民生产以及工业发展有着重要影响。随着我国化工生产量的不断加大，化工企业的生产工作任务越加繁重，其设备的运转效率也随之增加。在长期的设备运作过程中，换热器存在超负荷运转的现象，从而导致换热器表面严重磨损，或是内零部件损坏的问题。此外，由于在换热器使用过程中，工作人员未能根据换热器的实际运行性能以及使用情况进行定期的维修与保养，导致换热器出现较为严重的磨损、腐蚀问题，且未能得到及时的更换与修复，腐蚀磨损情况便会越发严重，进而影响化工生产工作的顺利开展。

2.7 换热器水流引发的腐蚀问题

换热器中最常用的热交换设置介质便是水，由于在水流在换热器的换热管内长时间的冲刷，会造成较为严重的腐蚀情况。一般来说，水流引起的热换气腐蚀问题主要原因有以下几方面：第一，水中的pH 值不稳定，或是水中pH 值呈现酸性状态，进而引发热换管出现化学反应，出现化学腐蚀现象；第二，水中含有较高的阴离子、氯离子或硫离子成分，进而引发换热管内金属出现化学腐蚀的化学反应。这一腐蚀问题，也可以理解为是电化学腐蚀类型；第三，水中含有溶解氧，导致换热管内出现相应的化学腐蚀情况。对于这些水流引起的换热器腐蚀问题，应当加强对换热器内换热管的防腐性能研究，并及时更换设备内的换热管，以避免因换热管腐蚀引发换热器腐蚀问题，或是增加换热管表面的沉积物附着能力，进而提高换热管的导热性能与耐高温性能，以减少水流对换热管造成的腐蚀，从而确保换热管可以在换热器运行期间正常工作。

3 化工设备换热器的有效防腐措施

3.1 利用防腐涂料涂刷换热器

换热器内部的腐蚀介质会与换热器的内壁进行长时间接触，进而引发换热器内部金属表层的化学反应，造成换热器内部腐蚀。针对这种腐蚀情况，可以在换热器内的表面或是换热器其他可能会出现腐蚀问题的区域进行防腐涂料的涂刷，以避免换热器内各腐蚀介质与换热器的直接接触，达到一定的隔离效果，有效避免换热器腐蚀问题的发生。针对换热器常用的防腐涂料有防溶剂涂料、防油腐蚀涂料、重防腐涂料与高温涂料等。在选择相应的防腐涂料时，应当根据化工设备换热器的实际种类、使用性能和腐蚀造成的影响来科学选择防腐涂料，切勿盲目选择，以避免出现防腐涂料功效无法得到实际发挥的现象。

在选择材料生产商时，应当对材料生产商的生产规模、生产方法、生产工艺以及生产流程进行了解，以避免因为防腐材料之间的差异性影响换热器的整体防腐性能。此外，还应当加强对防腐涂料的筛选与检查工作，在防腐涂料运输至化工企业后，对防腐材料进行抽查与检验，以保证防腐材料的使用质量与使用性能。由此可见，化工企业相关部门在购买换热器防腐材料时，不仅要考虑防腐材料的防腐性能，还应当明确换热器实际会出现的腐蚀类型、引起换热器腐蚀的主要原因，从而科学选择适合的防腐涂料，保证换热器的整体防腐性能。在涂刷防腐材料时，一定要根据换热器内壁金属的特点来选择涂刷方式与涂刷流程，并在涂刷完成后进行高温烘烤，以避免涂料与换热器内部出现黏连现象，并保证涂层的均匀分布效果，进而提高涂防腐涂料的防腐效果。在应用一些特殊的无机防腐涂料时，应当确保换热器内表层的完整性，避免因换热器表面凹凸不平而造成的涂料涂刷不均匀或微孔问题，保证防腐涂料的实际防腐效果。与此同时，在施工涂刷的过程中，还应确认操作人员会严格按照施工要求与施工规范进行防腐涂料的涂刷，并在涂抹完成后查验涂层的表面是否厚薄一致、光滑均匀。虽然防腐涂料具有一定的防腐效果，可以在换热器内部与表面形成一层涂层防护膜，防止换热器内部出现腐蚀现象。但是，若是防腐层过厚会影响换热器的实际热传导功能，进而出现涂层破裂现象，并影响换热器的正常使用。对此，相应工作人员应当结合换热器的实际工作流程，合理控制防腐涂料的厚度，以保证在满足换热器防腐功能的基础上，换热器设备可以在化工生产过程中正常运行，从而降低腐蚀情况的发生概率，提高换热器设备的使用效率。

3.2 应用电化学防腐保护措施

化工设备换热器的电化学腐蚀分为碳素钢的电化学腐蚀与阴阳极之间的电流腐蚀两种情况。其中电流腐蚀是由于阴阳极之间摩擦不平衡所导致的。电流腐蚀问题会对换热器内部造成一定的影响，针对这一腐蚀情况，相关部门可以利用电极电位转化法来对换热器的内部进行防腐处理，将换热器中比防腐体金属置换高的电极电位原位替换为比防腐体低的金属电极电位，从而使电极电位原位能够与防腐体进行接触，进而将腐蚀电流导入低电位金属中，达到保护高电位化工设备的目的，这一防护保护措施也被称为牺牲阳极保护法。电化学腐蚀保护方法的原理是将化工设备中的换热器微电池的阴阳极进行转换，在一定程度上可以改善电化学腐蚀对换热器造成的不良影响，从而降低化工设备换热器的腐蚀问题的发生概率，保证换热器设备的正常运转，进而促进化工生产工作的顺利开展。

3.3 制定完善换热器检修制度

为了有效提高化工设备的使用寿命与运行效率，化工企业可以根据换热器的实际运行状况制定完善的换热器检修制度，安排专业的检修人员定期对换热器进行检修与维护，及时找到换热器可能存在的问题并有效解决问题，以避免因为重大故障与腐蚀问题的发生影响到换热器的整体运行效果与工作质量。与此同时，化工企业的相关部门还应当根据化工企业的生产情况以及生产规定制定严格的换热器检修标准与员工责任制度，对检修人员的工作开展进行约束与监管，以避免出现逃避检修工作、检修工作不严谨等现象的发生，推动化工设备换热器检修工作的规范化、科学化开展，进而有效保证换热器的工作质量。

3.4 定期开展换热器的维修与养护工作

要想进一步保证换热器的正常运行，就应当在换热器工作过程中，根据换热器的实际运行情况定期开展换热器维修与养护工作，这样才能够确保换热器各项功能的正常使用。首先，工作人员应当依据换热器的实际情况，对换热器进行定期的清洗，从而避免换热器内出现沉积物或是微生物繁殖情况，减少因沉积物与微生物所引起的腐蚀问题；其次，制定切实可行的日常维修保养制度，合理规划防腐检查工作，并对工作相应工作人员开展安全生产教育，提高工作人员对换热器的维护意识，从而降低设备生产所造成的磨损情况；最后，贯彻落实全新的换热器防腐理念，学习全新的换热器维修与养护手段，降低设备的磨损腐蚀概率，进一步提高换热器的使用寿命。

4 结语

综上所述，换热器对于我国化工企业的生产有着重要的影响。在换热器的长期使用过程中，往往会出现换热器腐蚀问题，影响化工生产的顺利开展。采用科学手段合理进行换热器防腐处理，能够有效提高换热器的使用寿命，保证换热器的防腐效果，避免因各项原因所引起的腐蚀问题，从而保障换热器在化工生产过程中的高效运行，推动我国化工产业的长期稳定发展。