李金鶴，陸 佳

（江蘇藍天安全科技有限公司，江蘇南通 226004）

0 引言

換熱器是化工行業(yè)常用的熱能交換設備，由于換熱器工作介質屬于強腐蝕性介質，同時伴有一定的高溫和高壓，導致化工設備換熱器面臨較大的腐蝕威脅，影響設備的正常使用。換熱器中換熱管的表面腐蝕容易引起換熱器泄漏，引發(fā)安全生產事故，因此探究化工設備換熱器的腐蝕機理和防腐措施十分必要。

1 換熱器概述

化工設備換熱器能夠將熱冷流體的某些能量傳輸到其他流體之中實現熱交換，目前常用的換熱器種類包括蓄熱式換熱器、混合式換熱器和間壁式換熱器。按冷熱流體的方向分類包括順流式保護、錯流式、逆流式以及混流式換熱器。工況穩(wěn)定的換熱器，傳熱面上的熱流和溫度并不隨著時間的變化而改變，如果工況不穩(wěn)定，則傳熱面上的溫度和熱流會隨時間的變化而變化。換熱器是煤炭領域、石油工業(yè)、鹽工業(yè)以及熱電領域生產過程中必不可少的設備，直接關系著企業(yè)的生產效益。由于化工設備換熱器介質具有強腐蝕性、高流速、高溫高壓、形態(tài)多元化等特征，接觸的物質成分復雜，導致換熱器容易腐蝕泄漏，影響換熱器的正常使用和生產的平穩(wěn)進行。換熱器腐蝕不僅會影響材料自身的強度和使用性質，而且會導致換熱交換整體運行故障，造成材料損傷和經濟損耗。一旦出現機械設備損壞，設備的外觀、色澤、性能都會發(fā)生較大變化，設備腐蝕修護工作會給企業(yè)帶來極大的額外支出，影響企業(yè)的生產成本和經濟效益。因此，必須加強對化工設備換熱器腐蝕現象的分析，提前做好腐蝕預防措施，避免換熱器腐蝕，使熱交換器能在復雜的條件下正常有序的生產[1]。

2 換熱器腐蝕類型及機理

2.1 表面磨損腐蝕

化工設備換熱器正常工作過程中，金屬構件與腐蝕介質相對運動速度較大，金屬構件表面容易受到腐蝕損壞，這種腐蝕類型為換熱器表面磨損腐蝕。腐蝕氣體介質、液體介質或者含有氣泡的氣體以及含有固體的顆粒等，都是造成腐蝕損壞的流動介質。從某種意義上說，腐蝕磨損是金屬表面高速流體對其產生的腐蝕產物的沖刷作用和裸露區(qū)表面腐蝕作用的綜合影響，磨損腐蝕在對已經產生腐蝕的表面進行沖刷的同時，也會對新露出的金屬表面造成新的腐蝕，給設備帶來進一步的破壞。造成化工設備換熱器腐蝕磨損的生產介質往往具有一定的粘連性，生產介質的流速通常會＞2 m/s，以防止介質沉淀結垢。流體在高速情況下對傳熱面的沖刷、尤其是含有氣泡和固體顆粒的高速流體的沖刷，會直接引起傳熱面局部壓力迅速增加，導致金屬表面局部性能的改變和破壞，造成疲勞腐蝕。目前，我國化工行業(yè)已普遍重視換熱器表面磨損腐蝕問題，在設計的過程中，為避免高速流體進入殼體，會在殼體進口處管束上安裝防沖板，但在流體長時間作用下，防沖板易被擊穿而使流體直接作用于換熱器表面引起磨損。同時，化工設備換熱器正常工作過程中，受到微振動或振動的影響，也經常會磨損折流板管孔位置，表現為深谷形和馬蹄形凹槽，影響管道的使用壽命。因此，需要加強對換熱器磨損腐蝕的研究，明確磨損腐蝕的主要因素，并采取有效措施降低磨損腐蝕發(fā)生概率[2]。

2.2 應力腐蝕

外加應力和殘余應力作用下引起的腐蝕現象稱為應力腐蝕，應力腐蝕容易引起換熱器材料的斷裂而導致換熱器生產故障。目前常見的應力腐蝕主要包括陽極溶解應力腐蝕及氫致開裂應力腐蝕兩種。在腐蝕介質與應力的共同作用之下，換熱器表面的氧化膜會被破壞，破壞之后的材料與未破壞的材料分別形成陽極與陰極，導致陽極金屬腐蝕和損耗速度進一步加快，逐漸變成離子溶解到液體之中，產生原電池，電流流向陰極破壞材料表面強度，影響設備的正常使用[3]。

2.3 電化學腐蝕

換熱器內部的高速流體可以避免流體的沉降和板結，但在長期使用過程中會出現一定介質沉積情況，尤其在工作將近結束的區(qū)域，介質流速降低，會在換熱管內沉積較多的沉積物。受到管內流速和沉積物性質的影響，沉積物在換熱管表面分布并不均勻，粘連也不牢固，容易形成間隙和裂縫，導致沉積物間隙和間隙之間的含氧量不同，引起部分位置的電化學腐蝕，包括面積還原腐蝕、陽極氧化腐蝕等，陽極金屬溶解，陰極金屬還原為中性、堿性或酸性溶液。同時，由于縫隙內外產生的電化學反應速度并不均勻，在一定程度上擴大了腐蝕面積，對換熱器的正常使用造成更大的危害[4]。

2.4 低溫腐蝕

換熱器正常工作時，當煙氣進入換熱器開始熱交換之后會逐漸降低溫度。通常情況下，燃煤鍋爐空預器出口不會出現結露現象，但由于煙氣中往往存在一定的酸性氣體，導致酸結露出現概率大大增加。如果換熱器金屬壁溫度低于煙氣酸的結露點時，換熱器金屬壁表面會凝結含有硫酸酐的煙氣和水蒸汽，誘發(fā)管道腐蝕。這種腐蝕主要是由于煙氣溫度和管壁溫度較低導致，因此被稱為低溫腐蝕[5]。

2.5 水流引起的腐蝕

水是換熱器最常用的熱交換介質，換熱管內水流造成的沖刷和腐蝕是比較常見的腐蝕類型。首先，當水中所含pH 值不穩(wěn)定、尤其是水中pH 值降低呈現酸性狀態(tài)以及水中有溶解氧的存在時，容易誘發(fā)換熱管發(fā)生化學反應而導致化學腐蝕。此外，如果水中含有有害的陰離子，如氯離子和硫離子，這些離子的存在也會與管內金屬發(fā)生化學反應引起電化學腐蝕。因此必須加強換熱管防腐性能的研究，要求換熱管表面有利于沉積物的附著，具有良好的附著力，而且具有高耐溫變性和高導熱性能，以緩解水流帶來的侵蝕，保證換熱管正常工作[6]。

3 化工設備換熱器常用防護措施

3.1 涂刷防腐涂料

由于換熱器內部的腐蝕介質與換熱器內壁之間長期接觸引起介質與內壁金屬表層發(fā)生化學反應，因此可以在換熱器內表面適當涂抹適合的防腐涂料層，將腐蝕介質與換熱器內壁隔離開來，有效控制腐蝕問題。防腐涂料包括重防腐涂料、防溶劑涂料、高溫涂料、防油腐蝕涂料等。要結合化工設備換熱器實際容易發(fā)生腐蝕的種類和腐蝕造成的影響，合理選擇防腐涂料，切實提高防腐功效。其次，不同材料生產商、生產工藝以及生產方法所生產的換熱器防腐材料具有較大的性質差異，影響化工設備換熱器的整體防腐性能。因此，必須加強對防腐涂料的篩選與檢測工作，加強對防腐材料的驗收與檢查，并通過相關法律法規(guī)約束防腐涂料的生產，以保證防腐材料的質量?；て髽I(yè)在購買換熱器防腐材料時，要綜合考慮防腐材料的防腐性能，明確換熱器發(fā)生腐蝕的主要原因及類型，合理選擇有針對性的防腐材料。同時，電鍍、火焰噴涂以及蒸汽鍍等金屬涂層措施，也可以隔絕換熱器內部與容易引起銹蝕的物質，形成一層涂層防護膜，以防止換熱器內部出現腐蝕現象，降低腐蝕發(fā)生的概率[7]。

涂刷防腐涂料時，要在涂刷后進行高溫烘烤，以提高噴涂材料與換熱器內壁之間的粘結，使涂層更具有防腐效果，避免金屬涂層的脫落和變形。應用無機涂層或金屬涂層時，要保證內層表面的完整性，避免出現涂料涂刷不均勻和微孔問題，防止局部出現原電池環(huán)境而引起電化學腐蝕，保證防腐效果。操作人員要嚴格按照施工規(guī)范進行操作，保證涂抹過程中沒有裂紋、麻點、針孔和漏涂現象，保證涂層表面光滑均勻、厚薄一致，以提高防腐質量。需要注意的是，雖然具有一定厚度的涂料層可以有效提高防腐效果，但并不是說防腐涂層越厚越好，如果防腐層過厚會降低換熱器的熱傳導功能以及涂層質量，容易出現涂層破裂。因此，要結合換熱器實際工作特點，合理控制防腐層的厚度，在滿足設備防腐功能的同時，確保換熱器設備正常使用，提高設備的使用效率[8]。

3.2 犧牲陽極的陰極保護法

化工換熱器的碳鋼材料處于電解質溶液中會形成微電池，由于碳鋼材料的組成是滲碳體和鐵素體，滲碳體的電子電位比鐵素體低，兩者之間容易構成原電池。滲碳體作為微電池的陰極，鐵素體作為電池的陽極，引起鐵元素的進一步損失，產生電化學腐蝕。在發(fā)生電化學腐蝕的過程中，陰極和陽極之間產生的電流為腐蝕電流。犧牲陽極的陰極保護法是最常用的一種電化學防腐方法?？梢岳秒娀瘜W原理對陰極材料進行保護，在被保護的金屬設備表面連接一個電極電位更低的金屬，比如在鐵材料設備中連接鎂、鋁、鎂鋁合金等材料，可以使被保護的金屬鐵元素作為陰極，增加的金屬作為陽極，保護陰極金屬材料，避免陰極被腐蝕。在化工換熱器設備常見的電化學腐蝕中，可以選擇比鐵素體電位更低的材料進行保護，比如以鋁元素作為陽極，在電化學反應作用下在金屬表面形成氧化膜，雖然并不會產生腐蝕電流，但氧化膜也會起到一定的防腐作用。常用的犧牲陽極材料為鋅金屬，其價格相對低廉且具有良好的陰極極化效果。換熱管陰極保護原理見圖1。

圖1 換熱管陰極保護原理

3.3 定期維修

工作人員在設備正常運行的過程中，需要依據實際情況進行定期清洗，有效避免換熱器沉積物和微生物繁殖而引起腐蝕，保證機器運轉正常，降低設備磨損腐蝕的概率，提高設備的使用壽命。首先要制定切實可行的日常維護制度，合理規(guī)劃防腐檢查工作以及換熱器維護工作，開展安全生產教育，提高工作人員的安全生產意識，落實獎罰分明的激勵制度，提高員工防腐工作的積極性，貫徹落實換熱器防腐新理念，使得工作能夠與時俱進，保證防腐效果。

4 結束語

綜上所述，化工設備換熱器在化工生產過程中起著十分關鍵的作用，直接關系著化工企業(yè)的生產效益?；ぴO備換熱器由于工作介質具有強腐蝕性的特點，容易發(fā)生腐蝕問題而影響設備的使用壽命和使用性能，因此必須加強對化工設備換熱器腐蝕類型和常見防腐問題的研究，總結有針對性的防腐方案，提高化工企業(yè)的經濟效益，促進化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。