化工設備中循環水換熱器的腐蝕與防護技術

周 鋒

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

0 引言

對于化工設備而言，換熱器是一項十分重要的儀器設備，但是由于循環數換熱器中相應的腐蝕現象以及泄漏現象的出現，在一定程度上降低了換熱器的使用性能以及使用壽命，并且嚴重影響了化學工程的工序正常進行。

1 換熱器簡介

1.1 換熱器的概念

換熱器，即熱交換器，目前廣泛應用在人們日常生活以及整個國家的生產活動中（如取暖中的暖氣散熱片以及航天火箭上的油冷卻器等）[1]。在化工生產中，換熱器在相關的化工生產中具有十分重要的意義。換熱器的使用可以有效地保障相關化工設備的溫度可以有效的控制在所需要的溫度，與此同時有效地降低相關能源的浪費率。

1.2 換熱器的分類

（1）混合式換熱器。由冷熱流體之間通過直接接觸從而進行的換熱方式稱為混合式換熱器，因此又被稱為接觸式換熱器。因為該種方式在換熱的過程中存在著能量之間混合交換的現象，因此當熱傳遞過程結束后必須及時對兩種流體進行分離操作。

（2）蓄熱式換熱器。指的是通過冷熱流體之間交替通過蓄熱室的表面從而達到熱量交換目的的換熱器，但是由于該設備具有體積大、工序復雜以及難以控制等缺點，不長被采用

（3）間壁式換熱器。指的是當兩種冷熱流體被間壁分隔開，從而進行交換熱量的工序的換熱器。這類換熱器由于具有種類過多且容易控制等優點，因此為最常使用的換熱器，又被稱為表面式換熱器。常見的種類有管式換熱器以及板式換熱器。

2 循環水換熱器腐蝕現象原因

對于我國化工相關的生產活動中，換熱器的使用已經成為一種普遍存在，適用范圍較廣、使用量較大[2]。但是由于相關換熱器的種類復雜以及管束接觸的介質種類多等原因，這就直接導致其工作的過程中可能會存在著一系列的高危環境的影響——高溫、高壓以及強腐蝕，進而導致相關的換熱器存在不同程度的損壞現象（腐蝕以及泄漏等）。這些問題的出現在一定程度上導致了我國化工生產中換熱器使用壽命的減少以及化工生產效率的降低，以此，有效的分析相關的化工設備中循環水換熱器的腐蝕問題是一項十分重要的工作。

2.1 金屬腐蝕

當金屬與相關的周圍環境產生一定的化學反應，即金屬單質在環境中被氧化后而遭到不同程度損壞的現象被稱為金屬腐蝕。金屬腐蝕也可以由金屬材料與相關的電解質溶液通過電極反應而生成氧化物的現象也被稱為金屬腐蝕（電化學腐蝕）。這些腐蝕現象的出現在一定程度上會明顯降低相關金屬單質本身所具有的各種力學性能（抗壓性、強性以及可塑性等），相關的金屬腐蝕現象會嚴重影響相關的冷卻水換熱器的使用壽命，從而導致相關換熱器會出現不同程度的滲漏現象，繼而嚴重威脅相關的化工設備工程受到不同程度的影響。

2.2 水垢沉積

當化工設備中循環水換熱器中循環水中所含的各種無機鹽的物質（如各種碳酸根離子物質）結晶后附著在相關的管壁后生成的物質被稱為水垢。這些水垢的存在，在隨著化工設備的相關工作流程的進行，循環水的溫度也隨之不斷地升高，進而導致相關循環水的溶解度的降低進而導致相關的結晶物質的析出，并且隨著溫度的進一步升高，在溫度一定時，循環水會達到其飽和狀態，進而發生蒸發現象，也能充分的保障相關的結晶物質的析出。這些結晶物質在析出后，進而附著在相關的管線內壁處，將其表面凹凸不平的小坑進行相應的填充行為。

2.3 微生物黏泥

對于相關的化工設備中循環水換熱器中使用的循環水的種類，常采用各種具有大量微生物數量極多的非水源水體，并且這些循環水中存在的微生物的種類極多[3]。這些水生微生物在一定程度上可以產生一些具有黏性的膠著狀物質，或者形成黏泥狀物質。這些由大自然中的細菌類物質（如藻類以及各種原生動物）產生的生物黏泥常附著在相關的循環水換熱器的管束間，嚴重導致了相關工程的效率降低以及影響了相關工程的安全性。

3 解決循環水換熱器中存在問題的方法

3.1 金屬腐蝕的控制

（1）添加緩蝕劑抑制防腐。在使用化工設備進行相應的化工工程的進行中，在循環水中添加一定的緩蝕劑可以有效的抑制循環水中各種腐蝕介質的活性，從而降低其產生腐蝕的性能，進而達到抑制相關的循環水中腐蝕介質生成抑制金屬腐蝕的作用，它的本質是一種添加劑。由于緩蝕劑所具有的特性進而可以有效地保障相關的化學工程中的金屬的腐蝕效率的降低，并且較少的緩蝕劑就可以有效地達到工程所需的目的。因此，緩蝕劑的使用在一定程度上不會降低水以及循環水的質量，并且能夠有效的提升相關的化學工程的循環水換熱器的工作效率以及使用壽命的延長。因為該方法具有降低能耗以及對環境污染較小等特點，在目前的化學工程的循環水換熱器中是常被使用的一種方式。

（2）犧牲陽極保護陰極。所謂的犧牲陽極保護陰極的方法，指的是在電解過程中，由于其在電解質兩端的陰極以及陽極是由兩種活潑性不同的金屬物質組成（或者是不活潑物質組成陰極），因此在反應的過程中，常發生的反應如下——具有較強金屬活潑性的金屬位于反應的陽極位置，由金屬活潑性較弱的物質或者是惰性物質唯一陰極的位置。在反應開始后，陽極由于金屬活潑性較強，容易失去電子，發生腐蝕現象；與此同時，陰極物質得到電子，這就在惰性物質的表面生成相應的保護膜，達到適當的保護作用。對于化工設備的循環水換熱器中進行適當的分析，可以有效的發現相關的化工設備通常被使用在冷卻水或者油污中，面對工程的實際使用情況，在使用過程中就不需要過多、過大的保護電流。因此，常采用犧牲陽極保護陰極的方法來保障整個化工設備能夠盡可能的免受腐蝕作用的影響。與此同時，在一些特殊的換熱器中，也會使用一些外加陰極的保護措施，從而達到對一些大型設備的保護作用。外加電流的陰極保護法指的是通過對相關的化工設備的循環水換熱器設備施加一定的直流電源，從而有效的保障相關的電子從土壤中流向被保護金屬，進而達到結合周圍環境進而共同達到保護相關設備的目的。

換熱器設備進行犧牲陽極保護陰極的方法步驟如下所示：在工程開始之前，相關工作人員應當充分的對化工設備換熱器中的循環水的成分以及相關的含量進行一定的化驗工作；對相關的換熱器系統中的冷卻水的水溫、流速進行切實有效的計算工作；搜集相關換熱器的材料、面積以及管內直徑等參數；了解相關化工設備中的換熱器的結構組成以及與水接觸部分的面積，包括需要維修的年限等一系列的參數。在化學工程進行過程中，應當選擇合適的陽極金屬物以及陰極惰性物質，從而達到在化學工程反應中能夠有效的利用相關的犧牲陽極保護陰極的方法達到對相關設備的保護作用。對設備進行安裝的過程也是該種方法最為重要的一個階段，安裝的過程中需要嚴格的注重每一個細節的工作，避免出現失誤而導致工程設備中重大危險腐蝕現象的發生——為了有效的達到犧牲陽極保護陰極的作用，需要在封頭安裝適當的面積管板，即每個封頭內每個小于400 mm×400 mm 面積管板的密閉空間安裝一支（＞400 mm×400 mm 面積管板的密閉空間按照比例增加陽極數量），每個密閉空間中至少安裝一支；在空間中心位置，需要嚴格進行一定的安裝工作，即將陽極兩端鐵柄焊接在封頭內隔板中間、靠近管板一側（圖1）。

3.2 水垢的控制

（1）添加循環水過濾設備。安裝一定的過濾設備，可以有效的過濾掉循環水中的部分水垢，從而有效的保障相關的化工設備中水垢的減少，繼而保障相關的化工設備中的換熱器的免遭水垢腐蝕的影響，繼而延長其使用壽命以及使用性能的明顯提升。

（2）定期對循環水水質進行分析監測。為了有效的提升相關循環水水質在各種影響因子的影響下導致水質的破壞，這就需要我國政府相關管理部門承擔起自己的責任和義務，積極地對相關的化工設備的換熱器中所使用的循環水進行一定的嚴格的監測手段，從而有效地保障相關使用的循環水的各項指標能夠嚴格的達到該工程所需要的要求；與此同時，當循環水中某一指標出現問題時，應當及時向上級部門反映，以便能夠及時的進行相關的控制工作。

圖1 安裝面積管板

（3）定期對水塔進行沖洗。對于化工設備的整個工程的進行情況而言，它的循環水的蓄水塔始終處于敞開階段，這就在一定程度上導致相關的空氣中的灰塵等物質進入塔內，降低了相關循環水的潔凈性；與此同時，在循環水參與換熱器換熱循環的過程中，可能會導致循環水中摻雜適量的泥沙等物質，進一步導致水塔中雜物的產生。因此定期對水塔進行適當的沖洗工作是必要的。

（4）控制循環水流速。當化工換熱器中循環水的流速過大時，由于水具有一定的動能，因此可以有效的使用較大流速的水進行沖刷金屬從而達到沖刷技術表面的污垢以及各種腐蝕物質的目的。但是與此同時，在水對金屬進行沖刷的過程中，水與金屬表面反應可能會進一步導致金屬產生氧化反應從而進一步造成金屬的腐蝕現象。但是當循環水的流速過小時，循環水對金屬的沖刷工序不但達不到沖刷作用反而會進一步加劇金屬與水的反應從而進一步加強相關的金屬腐蝕現象。因此，需要嚴格的控制相關循環水的流速大小，使其更好能夠達到對金屬表面的結垢進行沖刷的作用，在有效降低相關的金屬表面的腐蝕現象并且提升相關化工化熱器的換熱效率。在此基礎上，通過適當的調查，將冷卻水的流速控制在1 m/s 較為合適。

3.3 微生物的控制

（1）選用耐腐蝕材料。耐腐蝕材料的使用，可以有效的提升相關換熱器設備的抗腐蝕性能的提升。在進行耐腐蝕材料使用的過程中，適當的將相關的材料通過一定的技術處理后，將其用于換熱器的循環水管線內以及換熱器的管內壁涂抹一定的防腐涂層，進而將該設備投入到化學工程的流程中使用，可以有效地保障相關換熱器的防腐性能的提升。

（2）投加化學殺生劑。由于微生物的作用對相關換熱器造成的腐蝕作用，因此，在實際的化工設備的使用中，有效地減低相關微生物的活性是十分必要的。因此，在實際的工程中，可以適當的通過投加化學殺生劑的方法，來達到殺滅微生物、降低微生物活性的目的。用這一手段，可以有效地降低相關微生物的酶活性以及繁殖速度，從而有效的達到保障換熱器免受微生物腐蝕的作用。

4 結束語

由于在化工設備的循環水換熱器中出現腐蝕現象不可避免，但是為了有效提升換熱器的使用效率以及使用壽命，就需要相關人員積極地研究相關的腐蝕現象產生的原因以及切實有效的進行各種保障工作，有效保障我國相關化學工程的正常進行。