化工设备换热器的常见腐蚀及其防腐

来源：发布时间：2014-07-17 12:50:32点击率：

换热器是将冷、热流体的部分能量互相传递给流体的设备，又称热交换器。换热器在石油化工、煤化工、盐化工及热电厂等工业系统中的用量非常大。在生产过程中，由于换热器管束所接触的介质比较复杂，往往具有高温(近1 000℃)、高压(2 500MPa)、高流速、强腐蚀等特点，因此常常出现冲刷泄漏和腐蚀泄漏。而各种泄漏与腐蚀，都直接或间接有着关系[1~2]。泄漏既影响了生产的平稳运行，也成为这些行业的主要设备故障之一。换热管的表面腐蚀，是泄漏中常见的现象，约占腐蚀泄漏的90%，它是介质的冲刷和介质中化学物质侵蚀综合作用的结果。
    1·换热器失效原因
    1.1换热器表面的腐蚀磨损腐蚀介质与金属构件的表面，相对运动速度较大，导致构件局部表面遭受严重的腐蚀损坏，这类腐蚀称为磨损腐蚀，简称磨损。造成腐蚀损坏的流动介质，可以是气体、液体或含有固体的颗粒、气泡的气体等。磨损腐蚀，是高速流体对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和新裸露金属表面的腐蚀作用的综合。
    由于石油化工中的生产介质，往往具有一定的粘连性。为了防止介质沉淀结垢，要求介质流速大于2 m/s。高速流体，特别是含有固体细粒、气泡的高速流体冲刷传热面，引起局部表面的压力可达数十兆帕，从而造成了金属表面的疲劳剥蚀。虽然在设计中，为了防止流体进入到壳体时，使管子直接受到冲击或冲刷，在壳体进口处的管束上安装了防冲板，但由于流体或是固体颗粒的长时间冲刷，防冲板也会发生损坏。另外，由于振动或微振动的原因，也常使折流板管孔处受到磨损。磨损腐蚀的外在特征常常呈现马蹄形的凹槽或深谷形状，一般按流体的流动方向切入金属表面。
    1.2沉积物引起的电化学腐蚀
    当介质流动不均或滞留时，很容易在换热管表面形成沉积物。由于沉积物是不连续不牢固且不均匀的，在某些部位形成了裂缝和间隙，由于缝内外氧的差异而形成了电化学腐蚀。包括：阳极氧化反应，金属溶解；阴极还原反应，还原为(中性或碱性溶液)；阴极还原反应，还原为(酸溶液)；同时，由于腐蚀产物的存在，导致了缝内外的电化学不均匀性，从而引起了更大的腐蚀。
    1.3换热管水侧的腐蚀
    由于换热器常用水做为热交换介质，因此水的腐蚀不容忽视。水的腐蚀主要是由于水中pH值降低、水汽渗透、溶解氧的存在，以及水中有害的阴离子(Cl-，S2-等)侵蚀，而引起的化学或电化学腐蚀。因此，换热管表面防腐要求是：防腐表面具有良好的附着力、导热性、耐温变性和较大的硬度。同时要求有优良的耐化学离子侵蚀能力、较高的抗水汽渗透能力和一定的阻垢性。
    2·换热器腐蚀防护
    2.1牺牲阳极保护法
    （1）碳素钢的电化学腐蚀。碳素钢在电解质溶液中(例如水)会形成微电池。碳素钢的基本金相组织为铁素体(Fe)和渗碳体(Fe3C)，其中铁素体的电极电位较低，而成为微电池的阳极，渗碳体则成为阴极。
    （2）牺牲阳极保护法。发生电化学腐蚀时，阴阳极之间产生腐蚀电流。采用电极电位比被防腐体低的金属并与被防腐体接触，利用低电位金属的腐蚀电流，作为高电位被防腐体的防腐蚀电流，这种防腐蚀方法称为牺牲阳极保护法。牺牲阳极材料的选择为碳素钢，碳素钢的基本金相组织是铁素体(Fe)，由表查出比Fe标准电极电位低的材料。若选择铝作为阳极，容易形成氧化膜，反而不产生腐蚀电流。其他材料则比较昂贵，所以选择锌作为牺牲阳极比较合适。
    2.2换热器防腐涂料及其应用
    一层相当薄的金属涂层和无机涂层，能够在金属和环境之间提供有效的屏障，这就是这类涂层的主要作用(除了锌一类的牺牲涂层外)。金属涂层(或称镀层)的施工方法有：电镀、火焰喷涂、包镀、热浸和蒸汽镀。无机涂层的施工方法有：喷涂、渗镀、或化学转化。喷涂后通常在高温烘烤。金属涂层往往显现出一些可变形性，而无机涂层则很脆，两种涂层都必须具有完全隔离的作用，如果存在微孔或其他缺陷，则由于电偶效应，将引起金属局部腐蚀的加速。
    CH-784防腐涂料系环氧氨基涂料，其特点是：耐腐蚀性能好，耐大多数酸碱，耐水，耐溶剂，耐温可达200℃；漆膜物理机械性能好，硬度大，表面光滑，附着力强，抗冲击，抗摩擦。因此，对水中不溶物摩擦力小，水垢及杂质被流动的冷却水带走，不易附着管壁。漆膜有明显防腐阻垢作用；CH-784防腐涂料底漆面漆含有金属颜料，导热系数大，漆层薄80~250μm。漆层热阻只有1.66×104M2h℃／kcal，不生锈不结垢，增加水的流速，提高换热效果。
    由于水质腐蚀，很多工厂改用不锈钢、铜合金、钛合金换热器，但造价昂贵。用碳钢换热器涂防腐涂层，其费用仅为不锈钢换热器的1/4～1/5，为钛换热器的1/11，使用期可达10年。
    2.3 CH-784防腐涂料及其应用
    （1）CH-784防腐涂料试制。CH-784防腐涂料系环氧胺基涂料，国外为Sakaphen-CH-784。其特点是：，酸碱、耐油、耐水、耐溶剂、耐热、耐磨、导热，抗冲击，坚硬光滑，抗水蒸气，附着力好。热固化型耐温150～200℃，CH-784涂料是单包装，施工方便，加热固化，可制成淡色漆。CH-784防腐涂料的主要成膜物质是环氧树脂。一般用609或607环氧树脂，环氧与胺基树脂成分以7∶3为佳。
    2.4施工工艺要求
    （1）设备喷砂除锈、除油，露出金属本色；（2）涂层厚度———换热器涂层厚度是关键指标，要求既达到防腐目的，又能满足增热要求，一般涂层厚为80～250μm。漆层过厚，会影响传热，漆膜发脆；
    （3）施工方式多为浸泡式或利用换热器本身作壳体，用泵循环来涂管内壁，管外壁利用浸泡方法；
    （4）涂层次数———底漆2层，面漆4层，每层厚度25～40μm；
    （5）加热方法———涂层表面干后，进烘房加热固化。从80℃开始升温，徐徐升高至160℃恒温2 h，然后自然降温；
    （6）漆层质量要求———平整光滑，无麻点、针孔、裂纹、漏涂，厚度均匀。
    3·结束语
    所有化工装置中，换热器的腐蚀形态比较接近，因此可以将腐蚀类型分为：沉积物引起的电化学腐蚀；负荷应力、热应力引起的应力腐蚀；入口处流速较高磨损腐蚀；溶解氧腐蚀和材质问题。另外，根据换热器的腐蚀状态、现场的实际条件，采用不同的防腐措施。

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