淺論冷卻水換熱器腐蝕泄漏分析及防護

李澤洋

（陜西延長石油延安能源化工有限責任公司，陜西 延安 727500）

換熱器在石油、輕工、制藥、能源、化工工業中的應用是十分廣泛的，其重要性也是顯而宜見的，換熱設備利用率的高低值，也間接影響到石油、輕工、制藥、能源、化工工藝的效率以及成本的費用問題。在換熱器整體裝置的運行和檢修過程中，換熱器泄漏是經常遇到的問題。泄漏的表現，主要有化學腐蝕泄漏、物理磨損泄漏等，原因有工藝方面的問題，也有制造設備時的選材先天不足等問題，本文討論的重點是通過加入減緩腐蝕溶劑防腐，電化學措施進行防腐等，來提高換熱器的防護和利用率及使用壽命。

表1

1 冷卻水換熱器工作參數

根據長期實物研究分析我們對10-E-6413換熱器進行了研究探索，冷熱水換熱器其設備的構成方式是浮頭式的，并且其規格是φ1900×34×14575mm。

冷卻水換熱器的換熱面積1800m2，具體運行參數詳見表1。

2 研究方式方法與檢測結果

（1）外觀檢查。根據研究要求我們對10-E-6413進行了深入的剖析，從檢測的實際情況表現，我們發現冷卻水換熱器的外觀表面有腐蝕銹跡，并且其顏色呈現為黃褐色，其中有小面積呈現出大約小于1．5毫米的坑狀腐蝕，整體殼程有輕微腐蝕。因為殼程介質為C5～C8餾分，所以管束外表面形成粘結大約2．5毫米厚的一層黑色油垢，其中外表面管束的物理狀態有小塊狀的碎片掉落，范圍擴大，經過深入的剖析，我們把阻礙觀察的黑色油污層去掉，再重新進行清潔洗涮后，我們發現冷熱水換熱器的管束沒有比較大的腐蝕坑，僅僅呈現出一些腐蝕的銹跡，其顏色呈現為暗黃偏黑。見圖1。

圖1

在對冷熱水換熱器的管道兩邊以及管道的內壁進行檢測發現，也有暗黃偏黑的銹跡，其顏色和腐蝕的形狀與冷熱水換熱器的外觀相似。經過仔細勘察，我們發現管道兩邊的進水口位置有一些塊狀顆粒物，并且阻礙水流的進入。分析其構成的原因以及材料分析，可以判斷為是在冷卻水的源頭沒有進行良好的過濾，在冷卻水進入管道時引入的顆粒物，在對管箱進行檢查時，也發現其進出口位置有一些塊狀顆粒物。分析其構成的原因以及材料，可以判斷為冷卻水換熱器的冷卻水在進入時不僅僅攜帶大量的顆粒物，而且其攜帶的顆粒物有一定的腐蝕性并伴隨細菌的滲入，經過長時間的化學反應，顆粒物逐漸變大，阻礙了進水流量。在對管板以及管板與管板的連接處進行檢查分析，我們發現有部分的點狀以及坑狀的腐蝕，并且蔓延面積大，點坑的深度也比較大，并且經過長期的腐蝕與深入腐蝕逐漸的導致形成長條狀的腐蝕線，并且冷熱水換熱器的管道頭腐蝕更加嚴重，出現大量的腐蝕碎片，并且其質地性質酥脆，導致了冷熱水換熱器設備的管道頭鋼材減薄，影響其設備的使用壽命。觀測管道的內壁，到處都是點狀，坑狀腐蝕銹跡，腐蝕相對管道外表面以及管束兩頭要更加的嚴重，腐蝕的深度力度比較嚴重。見圖2。

（2）殼程的檢測結果以及分析。殼程的腐蝕原因是化學反應過程中產生的硫化氫腐蝕，而且其產生的硫化氫是化學反應必然的產生物。為獲得可靠的冷卻水換熱器殼程工藝介質中產生的硫化氫的含量、酸堿值和腐蝕垢產物中鐵離子和亞鐵離子含量，每月四次對冷卻水換熱器中的蒸汽轉為液態的水蒸氣進行深入的科學研究以及分析，我們發現從2013年1月份到2014年的1月份期間，檢測各離子的含量濃度，其中的硫離子含量濃度為1475毫克每升，而且其中的酸堿值顯示為7．55到9．46，經過現場的取樣化學分析，對其中含有的亞鐵離子和鐵離子也含量進行分析，其結果顯示含有量為0．01到0．45毫克每升。由此可見，我們進行化學分析鑒定，其冷卻水換熱器的內部腐蝕結構偏堿性，在長期的反復取樣和化學分析過程中，對殼程的物質的腐蝕相對弱化，碳性鋼材物質在當前的腐蝕情況下比其他設備的抗腐蝕性能要好很多。

（3）冷卻水換熱器水樣檢測。根據我們對設備使用的方式方法進行分析，冷卻水換熱器的冷卻物質為冷卻水，經過取樣對其進行化學分析，發現其中含有大量的離子并伴隨有腐蝕性等等，我們對其離子的含有量進行化學分析得知，其中氯離子含量68．44～243．33，平均值為 176．94；四氧化硫離子含量 141．84 ～ 563．31，平均值為 340．99；鈣離子含量 223．36 ～ 721．58，平均值為 508．43；總硬度 268．00 ～ 783．80，平均值為 575．51；酸堿度 8．34 ～ 8．77，平均值為 8．55；鐵離子和亞鐵離子 0．08～ 0．54，平均值為 0．23。經過數據分析得知冷卻水中鈣離子的含量、在反復的取樣觀測中的平均值偏高，由此我們得出結論，冷卻水換熱器中的冷卻水在一定的條件下，一定的環境中可以在極短的時間下形成銹跡結垢物。

（4）管程塊狀顆粒物影響分析。在對冷熱水換熱器外觀的管道兩邊以及管道的內壁進行檢測發現管道進口的兩端有一些塊狀顆粒物，而且也在管箱以及管束內壁當中也發現有一些塊狀顆粒物，經過長時間的設備使用，以及進行的化學反應這些塊狀的顆粒物，嚴重堵塞了管程進口部位的部分換熱管，這對整體冷卻水換熱器的使用效果產生了嚴重的影響。其原因一是冷卻水換熱器的冷卻水比正常的冷卻水流在速度上有所減弱，一個是在現有的造成一些小塊裝顆粒物的前提下，導致其伴隨有一定粘結性，引發了由小塊狀顆粒物向大塊狀顆粒物進行發展，在進行化學內部腐蝕，進行自我循環。更嚴重的是形成了大塊狀顆粒物后，其粘結在了管程和管束以及內壁表面，形成了封閉的微生物生長空間，導致其冷卻水含有的雜質成分變得多樣性和復合型，使得結垢成分變得復雜，結垢多樣性結垢方式方法大大增加。

圖2

3 腐蝕的原因分析

綜合以上的各檢測報告分析，我們發現管束和管壁以及殼程在當前的腐蝕環境下，對其環境的坑腐蝕性能比較差，而碳性鋼材在當前環境條件腐蝕下，對其環境的坑腐蝕性能比較強，我們經過現場檢查發現，管程和管板以及管道頭內壁有部分腐蝕銹跡，其顏色呈現為暗黃偏黑，而且還含有淡黃色、生物黏泥垢。管板表面和焊縫處有大量深度小于2．5mm的點狀腐蝕坑，管箱內進口呈現出顯而易見的大量塊狀垢物，冷卻水換熱器里面使用的冷卻水有強烈的腐蝕性，而且在管道的兩頭和管道的內壁形成塊狀顆粒物，再由小塊狀顆粒物變為大塊狀顆粒物，嚴重阻礙了冷卻水換熱器的冷卻水流通和運行，也使其冷卻水的循環變得緩慢，導致了塊狀顆粒物在此進行化學反應，經過長期的化學反應，形成了由點狀和坑狀的腐蝕局部，向外延伸，向內部延伸，并且導致了管束和管程內壁幾乎穿透。經過以上進行分析的結果得知，造成此次檢查的冷卻水換熱器的腐蝕以及泄漏問題原因是冷卻水換熱器里面的冷卻水。

（1）結垢腐蝕。經過長期的檢測取樣結果進行分析，冷卻水換熱器冷卻器管程介質為循環水，里面含有大量的冷卻水塔填料，管箱內存在大量塊狀垢物，并且伴隨產生一些大量的粒子顆粒物，對冷卻水換熱器的管程里循環水部位進行每月四次的化學分析檢測，我們發現冷卻水換熱器的冷卻水中鈣離子含量較高，并且由于長期的化學反應，鈣離子不斷增多，由此進行吸附導致其形成結垢，發現有非常高的結垢性質，而且由于小塊狀顆粒物變成大塊狀顆粒物以及腐蝕造成的點狀坑狀變為線狀腐蝕，綜合原因導致了冷卻水的流通問題，造成了冷卻水換熱器的冷卻水流通變得緩慢以及嚴重情況下的冷卻水流通停滯。當冷卻水的流通速率低于一定的要求時，也會出現大量的結垢現象。在大量的調查過程中我們還發現溫度這一因素也影響著大量結垢的問題，當溫度高于100攝氏度時，管程結垢更加明顯，而當換熱器溫度為115攝氏度時，管程水側的結垢時間則明顯早于100攝氏度時的環境。垢下腐蝕屬于電化學腐蝕其反應方程式為：陽極反應:Fe－2e→Fe2+，陰極反應：1/2O2+H2O+2e→2OH－。垢下電化學腐蝕發生初期，垢下金屬生成鐵離子，與冷卻水中沒有經過過濾攜帶進來的顆粒物，在此時顆粒物形成化學反應，并且釋放出大量的氯離子，然而當氯離子出現時，氯離子與鐵離子在此融合形成了氯化鐵，然后與冷卻水進行反應，產生了高濃度和腐蝕性質非常強的鹽酸，導致了其腐蝕的性能增加，由點狀和坑狀腐蝕銹跡進行不斷地擴大，而循環水又帶來新的冷卻水，伴隨大量的離子和污垢物塊狀和片狀的顆粒物，使得循環水又進行停滯，導致化學反應的不斷進行。對此進行了研究分析得知，造成本次冷卻水換熱器的結垢腐蝕原因是化學反應的不斷反應導致，在特定的環境條件下形成了自我催化化學反應，在相應的短時間就會造成冷卻水換熱器的管程管束內壁進行腐蝕穿孔泄漏。

（2）冷卻水中氯離子的腐蝕。冷卻水換熱器中的冷卻水對管束和管壁也會形成腐蝕，造成這種腐蝕的原因是，冷卻水中含有大量的氯離子，與產生的鐵離子進行反應，并且生成氯化鐵FeCL2，再水解成鹽酸和氫氧化鐵，鹽酸本就溶解性很強，若冷卻器為不銹鋼材質則必須避免氯離子，因為氯離子對不銹鋼腐蝕性很大。

4 腐蝕及泄漏防護

（1）對冷卻水換熱器的管理系統進行加強。在冷卻水換熱器的冷卻水進水口進行攔截處理，對水質量進行檢測，設置一處冷卻水雜質處理廠，對冷卻水雜質進行過濾，減少其中含有的雜質，并且相應的添加一些化學助劑，提高水質的要求，而且要長期定期的對水質進行抽樣檢測分析，防治因為水源頭的問題增加腐蝕強度。

（2）改善冷卻水的水質量。減少冷卻水中含有的鈣離子、鎂離子、氯離子及溶解氧含量，有效抑制冷卻水換熱器中冷卻水含有的腐蝕離子，而產生的垢下腐蝕、氯離子腐蝕及溶解氧腐蝕速率，延常設備使用周期。

（3）外表面進行涂料防護。對冷卻水換熱器的各設備表面進行刷漆防護，減少冷卻水中的含有的腐蝕離子與設備表面進行化學反應，從而相應的增大力度，降低各設備器材的腐蝕保養速率，延長其設備使用壽命。

5 結語

經過長時間定期對10-E-6413二段冷卻水換熱器的內外表面檢測及冷卻水的取樣檢測分析得知，殼程工藝介質腐蝕性偏小，碳鋼管束的耐腐蝕性較好一些。造成10-E-6413冷卻水換熱器冷卻器管束泄漏的主要原因是進入管程管壁設備器材當中的冷卻水。經過研究分析得知，腐蝕的方向是從內部向外部進行層層腐蝕的，而且在形成污垢物自我化學反應是造成冷卻水換熱器泄漏的主要原因，經過多種腐蝕方式和復雜的化學反應，冷卻水換熱器發生了腐蝕泄漏。

[1]衡世權,姜莉．換熱器腐蝕污垢的形成機理及其防治措施 [J]．節能 ,2004,(4):28-30．

[2]王淑娟,鄭美麗．板式換熱器的腐蝕與防護[J]．石油化工設備,1996,25(5):47-49．