涂裝車間通風(fēng)裝置換熱器腐蝕原因分析

王海波 梁 斌

（1.南京瑞柯徠姆環(huán)保科技有限公司，江蘇南京211103；2.南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院，江蘇南京210019）

0 引言

某汽車制造廠涂裝車間用于噴涂的氣體必須經(jīng)過通風(fēng)裝置進行過濾和冷卻。在運行過程中發(fā)現(xiàn)通風(fēng)裝置中用于噴涂氣體冷卻的換熱器管板存在多處腐蝕。為查明腐蝕原因，給出相應(yīng)的防腐蝕措施，廠方要求對其進行失效分析。

1 現(xiàn)場調(diào)查與腐蝕形貌分析

換熱器結(jié)構(gòu)型式為板翅式，低溫的水在銅管中流動，氣體通過銅管和翅片被冷卻到需要的溫度，如圖1所示。從圖中可以看出，腐蝕沿著管板上冷凝水下流的方向發(fā)生，腐蝕產(chǎn)物呈黃褐色，靠近上部銅管接頭附近的管板腐蝕得較為嚴(yán)重（圖2）；由于冷凝水的匯集，翅片板和管板的下部同樣發(fā)生了明顯的腐蝕（圖3）。車間空氣非常潮濕，冷的銅管接頭附近管板上有水漬，為冷凝水。

圖1 被腐蝕的板翅式換熱器

圖2 上部銅管接頭附近管板腐蝕

圖3 下部翅片板和管板腐蝕

2 管板化學(xué)成分分析

打磨去除管板表面的鍍鋅層，依據(jù)GB/T 4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》[1]，采用牛津PMI-MASTER-Smart便攜式全譜直讀光譜儀檢測化學(xué)成分，結(jié)果如表1所示。從表中可以看出，管板材質(zhì)為低合金碳鋼，這種鋼在潮濕環(huán)境中耐腐蝕性能較差。

表1 管板化學(xué)成分（wt%）

3 腐蝕產(chǎn)物能譜分析

刮取銅管接頭附近管板上的腐蝕產(chǎn)物，采用牛津能譜儀分析其成分，如圖4所示。從圖中可以看出，腐蝕產(chǎn)物中Zn、Fe和O元素含量很高，且發(fā)現(xiàn)痕量的Cu。腐蝕產(chǎn)物主要是Zn和Fe的氧化物。

圖4 腐蝕能譜分析

4 腐蝕機理分析

由以上實驗結(jié)果可知，換熱器管板為鍍鋅的低合金碳鋼板，腐蝕產(chǎn)物主要是Zn和Fe的氧化物，這說明換熱器的腐蝕是鍍鋅管板的腐蝕。

在潮濕大氣中，Cu、Fe和Zn的腐蝕活性依次增強[2]。因此管板的腐蝕過程首先是外表面鍍鋅層的腐蝕。Zn的腐蝕是一個電化學(xué)過程，其中鋅被氧化，在電解質(zhì)中同時發(fā)生溶解氧的還原。

陽極氧化反應(yīng)為：

陰極還原反應(yīng)為：

總的反應(yīng)式為：

隨后，在中性或弱堿性環(huán)境中Zn（OH）2發(fā)生分解生成ZnO。鍍鋅層被腐蝕破壞后，作為基體金屬的低合金碳鋼發(fā)生腐蝕，腐蝕產(chǎn)物為常見的棕紅色鐵銹Fe2O3。因此，Zn和O的含量相對較高。

腐蝕產(chǎn)物中的Cu元素含量遠(yuǎn)高于管板材料自身，所以Cu元素來自銅管。水中痕量Cu的存在會明顯加劇Zn的腐蝕。Cu以小顆粒沉積在Zn的表面，產(chǎn)生較大的陰極活性，使腐蝕增強，只要0.1ppm的Cu就會引起腐蝕速度的明顯增大[3]。

5 結(jié)語

涂裝車間通風(fēng)裝置換熱器腐蝕為鍍鋅管板的電化學(xué)腐蝕。鍍鋅層的陽極反應(yīng)為鋅的氧化，陰極反應(yīng)為溶解氧的還原，車間潮濕空氣遇冷后的冷凝水提供了電解質(zhì)。來自于換熱器銅管的冷凝水中的痕量銅能夠加速鋅的腐蝕，鍍鋅層被腐蝕破壞后，低合金碳鋼基板隨之腐蝕。因此，保持車間環(huán)境的干燥，在外側(cè)暴露管板和銅管接頭表面涂敷防水性能良好的油漆是有效的防腐措施。