循環水換熱器腐蝕原因分析及改進措施

武志民，朱宏

（唐山三友硅業有限責任公司，河北 唐山 063305）

換熱器是工業生產中比較常見的設備，由于水的比熱容較大，冷卻效果較好，因此循環水換熱器在各種換熱器中占有一定的比重，而循環水換熱器能否正常使用關鍵在于水冷器的能否高效平穩運，因此保護水冷器不受腐蝕至關重要。根據某化工廠在2017 年對水循環換熱器的維修檢查報告顯示，水循環換熱器不能正常使用，有80%是因為水冷器受到了腐蝕，進一步調查發現，水冷器腐蝕會導致循環水冷卻器管束結垢和管束泄漏的發生，這些不良影響會直接導致換熱器的正常運行。因此我們需要提出一些改進的方法減少或阻止換熱器腐蝕的發生，而要想做出具體方法就要知道造成腐蝕的具體原因，下面我們將具體分析造成水循環換熱器腐蝕的原因，并針對這些腐蝕原因所提出的具體方法。

1 循環水換熱器腐蝕原因分析

（1）電化學腐蝕。金屬的腐蝕有許多種形式，我們比較常見的一種腐蝕是電化學腐蝕，同樣換熱器也是由各種金屬組成，自然避免不了電化學腐蝕，尤其是某些鐵質品。電化學腐蝕實質上是發生了氧化還原反應，當換熱器中的某些金屬被放置在潮濕的空氣中時，就會在其表面會形成一種腐蝕電池，在這種電池中陽極會發生氧化反應，陰極上發生還原反應，而發生氧化反應的陽極就會糟到腐蝕，陰極則起傳遞電子的作用，故陰極不會受到腐蝕。當金屬表面比較潮濕或吸附了空氣中的水分，就會在金屬表面形成一層水膜，如果空氣中二氧化碳、二氧化硫和二氧化氮等溶解在該水膜中，就會形成一種電解質溶液，這種電解質溶液會與換熱器中不純的金屬形成陽極為鐵，陰極為雜質的原電池（鐵含有碳等其他雜質），而鐵和雜質又是連接在一起的，因此腐蝕會不斷進行下去。電化學腐蝕危害是極大的一是它會造成坑蝕，主要發生在換熱器水冷壁管有沉積物的下面以及熱負荷較高的位置，它最終的結果是造成成金屬穿孔或超溫爆管。二是由于停用腐蝕會使金屬表面產生沉積物或者造成金屬表面粗糙狀態，當換熱器機組啟動和運行時，給水鐵含量增大，這樣不但會加劇爐管內鐵垢的形成，還會加劇熱力設備運行時的腐蝕。

（2）化學清洗和預膜的好壞。換熱器上的污垢、油污和黏泥等清洗要用化學方法清洗，清洗后通常會往金屬表面添加一種化學藥劑，從而形成一層保護膜，防止設備的腐蝕。所以化學清洗和預膜的好壞對于防腐是很重要的，如果清洗不完全，殘余的部分也會腐蝕設備，而預膜不好則會直接影響設備的保護功能，據調查發現，換熱器腐蝕的主要原因是預膜效果的不佳，因此說作為預膜的化學藥劑要慎重選擇，并在藥劑廠家指導下開展清洗工作。

（3）微生物腐蝕。發生微生物腐蝕是因為環境中有鐵細菌、硫酸鹽還原菌、硫桿菌和腐生菌等微生物，它們產生腐蝕的原因其實主要也是發生了氧化還原反應，所不同的是介質中因腐蝕微生物的繁衍和新陳代謝而改變以了與之相接觸的界面的某些理化性質。下面以鐵細菌為例介紹微生物腐蝕的機理。鐵細菌是一種兼性異養和嚴格自養型的細菌，它們能從氧化二價鐵過程中得到能量，它能將生成的氫氧化鐵儲存在細菌膜鞘的內部和外部。它的機理也并不復雜，由于鐵細菌有好氧性，故鐵細菌離不開氧氣。鐵細菌主要通過銹蝕垢形式參與腐蝕，可以在很短的時間內快速產生大量鐵氧化物沉積。金屬表面往往是不平整的，有些甚至有微信的裂縫，而鐵細菌的腐蝕恰恰是通過縫隙腐蝕機理而發生的，如鐵細菌在換熱器的水管內壁形成氧濃差電池，在陽極上，鐵會失去電子形成二價鐵，在陰極中氧氣和水得到電子形成氫氧根，故最終會形成氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的腐蝕產物。

（4）鹽類腐蝕。在非純凈水中，而通過換熱器中的水自然也是不純的，含有較多的鎂、鈣、鈉等金屬離子，這些離子在水中會形成鹽類化合物。水的導電性是由離子的濃度決定的，離子濃度越高，水的導電性就越好，電化學腐蝕發生的就越快。同時，如果水中的鈣離子和鎂離子濃度過高，則會使換熱器結垢，造成金屬垢下腐蝕。

（5）水的酸堿腐蝕。水的酸腐蝕主要包括硫酸腐蝕、硝酸腐蝕、鹽酸腐蝕和有機酸腐蝕等。酸對金屬有腐蝕性，同樣，堿對金屬也有腐蝕性。金屬及合金材料在堿性溶液中，由于拉應力和腐蝕介質的聯合作用而產生的開裂，叫做堿脆，又稱苛性脆。這種腐蝕是沿晶問發生裂紋，是應力腐蝕破裂的一種類型。

（6）水流速度對換熱器腐蝕的影響。根據實驗表明，當水流速度在0.6 ～1m/s 之間時，水循環換熱器的腐蝕速度是最小的。但并不是說水流速度控制在此區間就能以最大限度減小腐蝕，還得結合傳熱等因素綜合考慮，流速太低則會降低傳熱效率，以及出現沉淀。因此結合各種因素，水走管程換熱器的冷卻水流速不能低于0.9m/s，水走殼程的時候水流速不能低于0.3m/s。

2 改進措施

（1）犧牲陽極陰極保護法。犧牲陽極的陰極保護法，又稱犧牲陽極保護法，是一種防止金屬腐蝕的方法，即將還原性較強的金屬作為保護極，與被保護金屬相連構成原電池，還原性較強的金屬將作為負極發生氧化反應而消耗，被保護的金屬作為正極就可以避免腐蝕。在使用犧牲陽極陰極保護方法時要做一些準備工作。比如，冷卻水系統的水溫、流速、冷卻水中各種成分的含量、換熱設備的各部分材質、面積、換熱管直徑和數量等數據的收集，換熱設備的結構、浸水面積的相關參數及維修周期、其他防腐措施等。在使用犧牲陽極陰極保護法時也要注意一些事項，通常三個月左右進行一次維修檢查，檢查的工作主要是測量各個測量點的電位以及陽極輸出電流等數值是否在合理的范圍之內。

（2）微生物腐蝕的防護措施。微生物的種類具有多樣性和復雜性，因此很難完全消除微生物腐蝕，但能在一定程度上減少微生物腐蝕。目前抑制微生物腐蝕的方法主要有殺菌、抑菌、 抑制微生物生長環境、覆蓋層保護和生物控制等。其中殺菌和抑菌是通過各種方法殺死或抑制微生物，主要的方法有使用殺菌劑，緩蝕劑，剝蝕劑，防腐劑或去垢劑等組合起來使用，盡可能的殺死活細菌微生物，以提高防蝕效果。抑制微生物生長的環境是指通過減少微生物營養源或破壞微生物的生存，新陳代謝過程及其產物等改善環境條件的措施可以有效的減少微生物腐蝕的危害，限制金屬構件周圍的微生物生長的營養物可以抑制微生物的生長，從而達到防腐的效果。覆蓋層保護是指采用鍍層或涂層等覆蓋層將金屬與腐蝕環境隔開，使微生物無法與金屬直接接觸，減少了腐蝕的發生。生物控制主要使采用生物防治、遺傳工程和基因工程等方法改變危害菌的附著力，生存環境或新陳代謝過程及產物來達到防護的目的。

（3）防酸堿腐蝕措施 。防止酸和堿的腐蝕，一是合理選用耐蝕材料，二是采用緩蝕劑，三是采用電化學保護。此外，在進水口的位置增加一個過濾系統，使流進循環水換熱器的水pH 值盡量保持在7 左右。

（4）保護水冷器不被結垢。結垢的原因主要是因為水中有較多的鹽離子，因此防止結垢可以從除去鹽離子入手。另一方面，可以每隔一段時間進行排污處理，防止換熱器在封頭處堆積泥沙，定期給水冷器測流速，發現流速不合格要馬上進行調整，以此降低換熱器的腐蝕。

（5）改進循環水系統和優化工藝。要及時更換換熱器，過了使用年限的換熱器應即時拆除。對換熱器進行技術改造和技術更新，同時優化水質，完善工藝卡片，降低水中的鈣硬度和酸堿度；通過提高冷卻水的含磷量來提升防腐能力；同時，提高循環水遠行管理、對班組員工進行嚴格的操作考核、對重點設備以及重點指標加強監控也很重要。

3 結語

循環水換熱器的腐蝕是經常性的，且多是由水質問題引起的 ，而目前也沒有十全十美的解決方法，因此各級生產部門要將水質優化問題重視起來。