煤化工換熱器腐蝕現(xiàn)狀分析

袁天孝，李宏燕

（寧夏大學(xué) 機械工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

0 引 言

在煤化工生產(chǎn)過程中，不同的反應(yīng)需要在不同的溫度條件下進行，同時，也為了保證設(shè)備的安全，需要對溫度進行控制。因此，換熱器在化工生產(chǎn)裝置中得到了極大的應(yīng)用，設(shè)備的投資占比超過了整個設(shè)備投資的1/3。

由于換熱器的大量使用，保證其安全運行變得極為重要，一旦換熱器發(fā)生故障，不僅導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低影響生產(chǎn)，還會導(dǎo)致物料互竄，從而引發(fā)重大安全事故。

在煤化工生產(chǎn)過程中，換熱器的介質(zhì)往往具有一定的腐蝕性，同時，工業(yè)循環(huán)水的水質(zhì)也難以得到保證。換熱器工作條件的復(fù)雜性，使得其在整個生產(chǎn)線中成為腐蝕狀況頻繁發(fā)生的設(shè)備。

換熱器腐蝕情況的發(fā)生，不僅縮短了換熱器的使用壽命，降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時還帶來了嚴(yán)重的安全隱患。

通過對煤化工企業(yè)換熱器的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，存在的主要腐蝕形態(tài)有垢下腐蝕、氯離子腐蝕、沖刷腐蝕、應(yīng)力腐蝕等幾種類型，在對企業(yè)換熱器腐蝕機理的分析過程中，主要有電化學(xué)方法和觀察法2 種手段。

本文結(jié)合煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了煤化工企業(yè)不同換熱器的腐蝕形態(tài)，討論了不同的腐蝕防護技術(shù)的原理，并對應(yīng)用與煤化工換熱器用的腐蝕防護措施，以及未來腐蝕防護的研究方向進行了初步展望。

1 換熱器腐蝕形態(tài)分析

通過對煤化工企業(yè)換熱器的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，煤化工企業(yè)裝置中的換熱器主要存在的腐蝕形態(tài)有垢下腐蝕、氯離子腐蝕、沖刷腐蝕、應(yīng)力腐蝕等幾種類型。

1.1 垢下腐蝕

垢下腐蝕是一種特殊的局部腐蝕現(xiàn)象，在煤化工裝置中極為普遍。垢下腐蝕的機理為當(dāng)水中的各類雜質(zhì)在換熱器的缺陷部位結(jié)垢時，會形成垢下缺氧、垢外富氧的特殊環(huán)境。在該環(huán)境下形成以低電位鐵素體為陽極，高電位碳化鐵為陰極的腐蝕電池，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器垢下腐蝕的發(fā)生。

在進行水循環(huán)過程中，如果循環(huán)水中鈣鎂離子含量較高或水質(zhì)較差時，循環(huán)水的結(jié)垢性將會提高，最終導(dǎo)致?lián)Q熱器的換熱管外壁以及死角處結(jié)垢。根據(jù)沉積物種類不同，分為無機鹽結(jié)垢、污垢、生物黏泥和物料沉積4 種形式。

經(jīng)過對國內(nèi)幾家煤化工企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，垢下腐蝕的失效占循環(huán)水換熱器失效總數(shù)的一半以上，其發(fā)生部位主要集中在管板與換熱管的角焊縫、管束進口附近、管箱封頭和隔板等部位。

垢下腐蝕不僅影響換熱介質(zhì)的流動效率以及換熱效率，還導(dǎo)致了設(shè)備的腐蝕失效，對換熱器工作造成了巨大影響。

1.2 氯離子腐蝕

由于換熱器大部分采用碳鋼材質(zhì)，且循環(huán)水基本不進行特殊的防腐處理，導(dǎo)致了循環(huán)水中的氯離子對換熱器造成了嚴(yán)重的腐蝕。

當(dāng)換熱器材料表面存在污漬或缺陷時，Cl-將在此部位聚集，導(dǎo)致金屬鈍化膜發(fā)生溶解。金屬鈍化膜溶解后，F(xiàn)e2+濃度升高，Cl-隨之大量遷移，并在縫隙或蝕孔中生成高濃度的FeCl2。FeCl2可進一步水解生成不溶的氫氧化鐵，從而對碳鋼材質(zhì)的循環(huán)水換熱器造成腐蝕。

影響Cl-腐蝕的主要因素有以下幾點。

（1） 循環(huán)介質(zhì)溫度：在煤化工企業(yè)中，換熱器一般在較高溫度下運行，而Cl-腐蝕開裂的敏感性隨溫度升高而增強，因此，較高的溫度進一步促進了Cl-腐蝕的發(fā)生。

（2） Cl-濃度：隨著Cl-濃度不斷增加，腐蝕敏感性也逐步上升，尤其當(dāng)溫度較高時，應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性隨Cl-濃度的增加而不斷增大。

Cl-濃度與斷裂時間tf的關(guān)系為：

式中：[Cl-]表示Cl-濃度，其濃度范圍為50 mg/L≤[Cl-]< 600 mg/L。

（3） 設(shè)備材質(zhì)：不同的設(shè)備材質(zhì)對于Cl-腐蝕的敏感性不同。研究發(fā)現(xiàn)，Ni 含量越高，材料抵抗Cl-腐蝕的性能越強；當(dāng)Ni 含量在8%～12%時，開裂敏感性最大；當(dāng)Ni 含量>35%時，具有較高的氯化物應(yīng)力腐蝕抗力；當(dāng)Ni 含量>45%時，基本上不會發(fā)生氯化物應(yīng)力開裂。

1.3 沖刷腐蝕

在煤化工企業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，換熱器主要對流體進行換熱，因此，在流體流速相對較高時，沖刷腐蝕就變得尤其明顯。

沖刷腐蝕是沖刷磨損與電化學(xué)腐蝕相互作用的結(jié)果，相較于相同條件下單純的沖刷磨損或者電化學(xué)腐蝕，沖刷與腐蝕協(xié)同作用所造成的材料損失要遠(yuǎn)大于這2 種因素單獨作用之和。

一般情況下，機械磨損在沖刷腐蝕中占據(jù)主導(dǎo)地位，因此，設(shè)備本身所選材料的硬度是影響沖刷磨損的最根本因素。

根據(jù)Jana 等人的研究發(fā)現(xiàn)，沖刷磨損的速率可由以下公式得出：

式中：Ke為磨損速率；C 為含沙量；Ui為流體流速；EM為無因子侵蝕率。

根據(jù)Finnie 的第一模型和第二模型，可以得知無因子侵蝕率與砂礫百分含量、回彈系數(shù)、金屬材料密度、硬度以及沖刷角有關(guān)。

由式（2） 可知，機械磨損的主要影響因素為流體的流速以及流體內(nèi)的含砂率，但經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，隨著流速的不斷提高和含砂率的不斷增大，金屬材料的磨損程度并不是一直增加的。

根據(jù)Meng 等人的研究推測，式（2） 僅適用于流速較低、含沙量不大的情況。

根據(jù)王海紅等人的研究，以N80 鋼為實驗材料，發(fā)現(xiàn)當(dāng)流速為1 m/s 時，試樣表面的腐蝕產(chǎn)物膜并未遭到破壞，未出現(xiàn)明顯的沖刷磨損現(xiàn)象。當(dāng)流速增加至2 m/s 時，試樣表面產(chǎn)生個別點蝕以及與沖刷方向相同的剝離痕跡。隨著流速的進一步增加，點蝕坑的數(shù)量逐漸增多，剝離痕跡逐漸加深。當(dāng)流速增加到3 m/s 時，小的點蝕坑連接到一起，溝槽也變得更加密集，樣品表面腐蝕產(chǎn)物膜被完全剝離。此時物料對于樣品的沖刷磨損速度大于腐蝕產(chǎn)物膜的生成速度。

在沖刷腐蝕中，沖刷磨損與電化學(xué)腐蝕相互促進，設(shè)備內(nèi)部流體通過不斷的沖刷，一方面為電化學(xué)腐蝕過程提供了大量的氧，促使電化學(xué)腐蝕進一步加速。另一方面，流體的沖刷使得材料表面的鈍化層在機械力的作用下逐漸減薄甚至消失，使得電化學(xué)腐蝕更容易發(fā)生。

同時，由于機械的沖刷導(dǎo)致材料表面產(chǎn)生凹坑，從而增大了設(shè)備的比表面積進而促進電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。

電化學(xué)腐蝕的不斷發(fā)生，使得材料的表面變得更加粗糙，從而引起了微湍流的出現(xiàn)，并促進了沖刷磨損，同時，電化學(xué)腐蝕還可以破壞材料表面的加工硬化，不僅降低其疲勞強度，同時，也促進了沖刷磨損。

1.4 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是在一定的應(yīng)力條件下，材料與環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)相互作用從而引發(fā)的材料破壞的過程。應(yīng)力腐蝕作用情況較為復(fù)雜，影響因素主要可分為以下幾點。

（1） 應(yīng)力強度：材料所受應(yīng)力強度是材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的重要影響因素，當(dāng)材料所受應(yīng)力超過一定范圍后才會誘發(fā)應(yīng)力腐蝕，且材料的應(yīng)力腐蝕敏感性隨殘余應(yīng)力的增加而上升。

（2） 工作溫度：焦洋等人通過慢應(yīng)變速率實驗發(fā)現(xiàn)，在低電導(dǎo)率、低含氧量的條件下，304 不銹鋼于200 ℃附近出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕的速率峰值，且后續(xù)有減小趨勢，而在溶解氧或電導(dǎo)率較高的水中，速率隨溫度升高而增大，但當(dāng)溫度>150～200 ℃時，其增長速率減緩。

（3） pH 值：材料所處環(huán)境的酸堿性對于其應(yīng)力腐蝕的敏感性具有較大影響。以不銹鋼為例，當(dāng)溶液pH 值<7 時，材料敏感性隨pH 值的降低而增加。

（4） 溶液中的溶解氧以及陰離子：根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)氯離子、硫酸根離子、硫化物等對應(yīng)力腐蝕敏感性的影響較為顯著。同時，溶解氧含量在一定范圍內(nèi)對材料的裂紋擴展速率也有著顯著影響。當(dāng)溶液中溶解氧含量<200 μg/L 時，裂紋擴展速率隨含量的增加而明顯上升，但當(dāng)含量>700 μg/L 時，裂紋擴展速率隨溶解氧含量的增加趨于平緩。

2 腐蝕研究方法與技術(shù)

隨著材料分析技術(shù)的不斷進步，腐蝕研究方法技術(shù)也得到了快速發(fā)展。目前，較為常用的研究技術(shù)有電化學(xué)法、樣貌觀察法等。

2.1 電化學(xué)法

電化學(xué)法主要包括電化學(xué)阻抗譜法、恒電位極化法、循環(huán)動電位極化法、循環(huán)動電位極化法、腐蝕電位法等。

2.1.1 電化學(xué)阻抗譜法

電化學(xué)阻抗譜法（Electrochemical impedance spectroscopy，EIS） 又稱交流阻抗法，是指在待研究的電化學(xué)體系中輸入小振幅的正弦波電勢（或電流），使其產(chǎn)生近似線性相關(guān)的響應(yīng)，以獲得電化學(xué)體系寬頻域的阻抗譜，從而得到待研究體系的各種電化學(xué)信息。

與傳統(tǒng)研究方法相比，電化學(xué)阻抗譜法具有對樣品干擾小、測量結(jié)果數(shù)學(xué)處理簡單、控制步驟較易區(qū)分、便于開展腐蝕機理和規(guī)律研究等特點。隨著EIS 技術(shù)的不斷成熟，國內(nèi)外的研究人員通過該技術(shù)進行了多個方面的研究。

葛紅花等人采用電化學(xué)阻抗法探究冷卻水中硫離子對316L 不銹鋼耐蝕性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，隨著硫離子濃度的提高，其電極的阻抗值減小，因此，硫離子使鈍化膜保護性下降。

Karel Bouzek，Henry Bergmann 等人采用電化學(xué)阻抗法通過對14 mol/L NaOH 溶液中純鐵和白口鑄鐵的陽極溶解動力學(xué)進行分析，發(fā)現(xiàn)陽極材料中的碳化鐵會導(dǎo)致表面氧化層電阻率明顯下降，從而導(dǎo)致保護性能下降。

歐陽維真采用電化學(xué)阻抗技術(shù)對帶銹鐵器在模擬海水介質(zhì)中的電化學(xué)行為進行研究，得出腐蝕產(chǎn)物的存在進一步促進了帶銹鐵器在模擬海水介質(zhì)中的腐蝕。同時，建立了帶銹試樣在模擬海水中的電化學(xué)模型，為以后進一步研究其他材質(zhì)的電化學(xué)腐蝕行為和規(guī)律提供了一定的研究思路。

賈靜煥等人通過EIS、動電位極化曲線等技術(shù)對堿性硫化物溶液中316L 不銹鋼的應(yīng)力腐蝕行為進行了研究，研究結(jié)果顯示，316L 不銹鋼在堿性硫化物溶液中腐蝕機理主要為陽極溶解型，雖然表現(xiàn)出了一定的應(yīng)力腐蝕特征，但其敏感性較低，且隨著pH 值的升高而降低。

2.1.2 恒電位極化法

恒電位極化法是通過控制被測電極的電位，測得該電位下電流密度隨時間的變化規(guī)律。采用恒電位極化法可對可鈍化金屬極化曲線進行相對準(zhǔn)確的測量。

Li 與Cheng 采用恒電位極化測試結(jié)合原子力顯微鏡發(fā)現(xiàn)，在一定pH 值環(huán)境下，隨著電位的升高，材料表面鈍化膜成分有可能發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而使材料的耐蝕性能發(fā)生變化。

Wang 等人通過對316L 不銹鋼在不同極化電位下的腐蝕情況進行分析，發(fā)現(xiàn)隨著電位的升高，材料的耐蝕性能逐漸下降，雖然不同電位下試樣表面的鈍化膜成分未發(fā)生明顯變化，但鈍化膜中陰陽離子分布以及富集情況發(fā)生了變化。當(dāng)電位較高時，硫離子含量升高，鉻離子含量降低，導(dǎo)致不銹鋼高電位下耐蝕性能下降。

2.1.3 循環(huán)動電位極化法

循環(huán)動電位極化是指從電極的自腐蝕電位開始，以一定的電位掃描速度（一般為20 mv/min）對陽極進行極化（即不斷升高電位） 直至陽極電位或電流密度達到某一指定值，然后，從該點開始逆向極化工作電極（以一定的電位掃描速度不斷降低電位） 至自腐蝕電位，從而獲得電位- 電流密度的關(guān)系曲線。

與動電位極化相比，循環(huán)動電位極化增加了反向掃描的過程，從而使其可以同時得到維鈍電流密度、腐蝕電位、點蝕電位、再鈍化電位等參數(shù)信息，根據(jù)這些信息可以對材料的耐蝕性能進行快速的評價。但循環(huán)動電位極化法通常會對材料表面造成損壞，因此，需要較多的實驗樣本進行檢測，才能使測試結(jié)果更加可靠。

王竹等人采用循環(huán)動電位極化法對再鈍化能力不同的不銹鋼進行分析，發(fā)現(xiàn)對于鈍化能力較強的不銹鋼（以2205 雙相不銹鋼為例），其循環(huán)動電位極化曲線一般無滯后環(huán)出現(xiàn)，而對于再鈍化能力較差的材料（以316L 不銹鋼為例），當(dāng)回掃電位低于點蝕電位時，同樣不存在滯后；當(dāng)回掃電位高于點蝕電位時，將會有滯后環(huán)產(chǎn)生。

通常來說，循環(huán)動電位極化曲線上的滯后環(huán)是材料發(fā)生局部腐蝕的標(biāo)志。當(dāng)回歸電位高于點蝕電位時，已經(jīng)產(chǎn)生點蝕的點蝕坑不能及時再鈍化，從而造成回歸掃描時電流高于正向掃描時的電流，在循環(huán)動電位曲線上就表現(xiàn)為滯后環(huán)。

Wang 等人采用循環(huán)動電位極化法研究了在堿性溶液中pH 值對316L 不銹鋼的電化學(xué)行為和鈍化膜成分的影響，發(fā)現(xiàn)從點蝕轉(zhuǎn)化為析氧反應(yīng)（OER） 的臨界pH 值=12.5。結(jié)合X 射線光電子能譜分析，發(fā)現(xiàn)在奧氏體不銹鋼中添加Mo，可能無法增強316L 不銹鋼在強堿性溶液中的耐蝕性。

2.1.4 腐蝕電位法

腐蝕電位是金屬本身的一個重要的熱力學(xué)參數(shù)，通過繪制工作電極與參比電極在開路情況下電位隨時間變化曲線，可以得到對應(yīng)材料的腐蝕電位。

在電位與pH 值關(guān)系圖中，通過分析腐蝕電位的位置，可以確定金屬的腐蝕傾向、鈍化或腐蝕產(chǎn)物膜的成分情況等。

相對于其他電化學(xué)測試方法來說，腐蝕電位法不會對材料造成損傷，可以用來進行長期的無損檢測。

2.2 樣貌觀察法

樣貌觀察法主要包括直接觀察法、金相觀察法、掃描電鏡法等。

2.2.1 直接觀察法

進行腐蝕研究的第一步就是觀察腐蝕的宏觀樣貌，通過對腐蝕情況的直接觀察，可以確定腐蝕發(fā)生的集中位置、腐蝕的基本類型、腐蝕產(chǎn)物的樣貌，通過這些宏觀現(xiàn)象，可以為之后的檢測確定初步方向。

Farhad Daneshvar- Fatah 等人通過觀察鍋爐管內(nèi)表面腐蝕樣貌，并結(jié)合其他方法確定了水線處蒸發(fā)導(dǎo)致堿性增強，導(dǎo)致了管線的腐蝕。

直接觀察法僅僅是進行初步的觀察，較為籠統(tǒng)和粗糙。

2.2.2 金相觀察法

金相觀察法是指將腐蝕材料進行磨拋預(yù)處理后，在金相顯微鏡上進行材料的相和組織組成物、晶粒、非金屬夾雜物、材料缺陷、裂紋形態(tài)、腐蝕樣貌等觀察，從而判斷出腐蝕類型的方法。

金相觀察法具有方便、快速的優(yōu)點，同時，金相顯微鏡系統(tǒng)可以與計算機直接連接，方便了檢驗數(shù)據(jù)的儲存與分析。

王博、李德超等人綜合利用金相觀察法研究了304L 奧氏體不銹鋼制造的硝酸重沸器在生產(chǎn)環(huán)境下的腐蝕形態(tài)，發(fā)現(xiàn)晶界與晶內(nèi)在腐蝕電解質(zhì)溶液中的電位差導(dǎo)致了非敏化態(tài)晶間腐蝕的發(fā)生。

金相顯微鏡的觀察系統(tǒng)為普通光學(xué)顯微鏡，放大倍數(shù)有限，因此，只能進行試樣表面樣貌的初步分析對比，若進行更為精確的觀察，則需進行掃描電鏡觀察。

2.2.3 掃描電鏡法

掃描電鏡（Scanning Electron Microscope，SEM） 是一種介于透射電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡之間的觀察手段，其放大倍數(shù)可達到30 萬倍，并且連續(xù)可調(diào)。SEM 還可以通過電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像質(zhì)量，使所得到的圖像更加清晰。由于SEM 試樣制備簡單、分辨率高、放大倍數(shù)連續(xù)可調(diào)等特點，SEM 方法在腐蝕樣貌觀察方面得到了廣泛的應(yīng)用。

R. Cabrera- Sierra 等人采用掃描電鏡法對1018碳鋼在堿性酸性環(huán)境中的表面狀態(tài)進行表征，確定并分析了兩階段產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物的組織結(jié)構(gòu)。

2.3 腐蝕產(chǎn)物分析

材料腐蝕是金屬材料在腐蝕介質(zhì)的作用下，通過化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)與環(huán)境中的介質(zhì)生成化合物的結(jié)果，因此，對腐蝕產(chǎn)物進行分析，是確定腐蝕機理不可或缺的一環(huán)。腐蝕產(chǎn)物分析主要包括電子能譜分析和X 射線衍射分析等。

2.3.1 電子能譜分析

電子能譜分析是通過電子束或單色光源照射樣品，使樣品表面元素受激發(fā)產(chǎn)生俄歇電子，通過將俄歇電子能譜與標(biāo)準(zhǔn)樣品圖譜進行對比，即可較為準(zhǔn)確地分析出測試樣品所含元素的種類與含量。

陳彩霞等人采用電子能譜分析技術(shù)對腐蝕產(chǎn)物進行分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物組成與堿腐蝕一致。

電子能譜分析可以對氫和氦之外的所有元素進行分析，并且分析過程中不會對試樣造成破壞。

與其他分析方法相比，電子能譜分析屬于高靈敏度超微量表面分析，分析過程僅需0.001μg 樣品，絕對靈敏度可以達到10-18，但其解析深度僅有2 nm，若要對樣品深處進行分析，還需進一步進行處理。

2.3.2 X 射線衍射分析

X 射線衍射（X- ray diffraction，XRD） 技術(shù)是采用X 射線對樣品進行照射，根據(jù)射線在樣品內(nèi)部的衍射效應(yīng)進行物質(zhì)分析的一種技術(shù)。X 射線衍射技術(shù)可以對樣品的內(nèi)部進行檢測，確定樣品的物相組成及含量，但檢測時對檢測樣品的形狀、大小、表面粗糙度均有一定的要求，需對檢測樣品進行預(yù)處理，較為復(fù)雜。

宋迎劍采用X 射線衍射儀對換熱管外表面腐蝕產(chǎn)物進行分析，確定產(chǎn)物主要成分為FeS、S 和FeO(OH)。

3 腐蝕防護方法

換熱器作為整個煤化工企業(yè)的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，在整個生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用，換熱器一旦發(fā)生事故，不僅會導(dǎo)致工廠停工，還會造成人員傷亡。在工業(yè)應(yīng)用中，可采取多種措施來減緩腐蝕。

3.1 對循環(huán)水進行預(yù)處理

循環(huán)冷卻水的水質(zhì)直接關(guān)系到換熱器循環(huán)水一側(cè)的腐蝕情況，對循環(huán)水進行沉淀、過濾等操作，去除水中的機械雜質(zhì)和懸浮物來減少結(jié)垢的發(fā)生。

同時，還可以在水中加入阻垢緩蝕劑，進一步減輕結(jié)垢情況的發(fā)生。在循環(huán)水中加入阻垢劑，已經(jīng)成為循環(huán)水控垢措施中最為經(jīng)濟有效且應(yīng)用最為普遍的方法。

周艷軍研制的P- 1 型循環(huán)水阻垢緩蝕劑在高堿、高硬水的阻垢緩釋方面取得了較為理想的成果，使循環(huán)水中的[Ca2++ 堿度] 穩(wěn)定在1 020 mg/L ，提高了換熱效果，延長了換熱器的使用壽命，提高了裝置運行負(fù)荷，增加了產(chǎn)量。

3.2 選擇耐腐蝕材料

目前煤化工企業(yè)換熱器所選材料大部分為碳鋼，碳鋼雖成本較低，但其內(nèi)部含有較多的Si、Mn、S、P 等元素，使其耐蝕性較差。而改用含有Cr、Ni 等元素的耐蝕性良好的不銹鋼，可以使換熱器的使用壽命得到大幅度的延長。

不銹鋼在一般條件下具有良好的耐蝕性能，但在某些較為復(fù)雜、腐蝕性較強的環(huán)境下，仍然難以滿足要求。因此，有色金屬材料以及高性能合金得到了迅速的發(fā)展。如雙相不銹鋼、鎳基合金、鈦及鈦合金、高純鐵素體不銹鋼等均具有很好的耐腐蝕性能。

但這些材料與普通碳鋼相比，成本大大增加了，阻礙了其在煤化工企業(yè)的廣泛應(yīng)用。近幾年，耐蝕非金屬材料也逐步發(fā)展起來，陶瓷、玻璃鋼、耐蝕塑料等新型防腐材料正在開發(fā)過程中。

3.3 使用耐蝕涂料

整體更換換熱器的材料，將會大大提高換熱器的制造成本，因此，在換熱器內(nèi)部噴涂適當(dāng)?shù)哪透g涂料，可以在控制成本的情況下大大提高設(shè)備的壽命。

耐蝕涂料的防腐原理是通過以較為耐蝕的材料覆蓋在基底材料上，將基底材料與腐蝕介質(zhì)隔離開來，從而提高設(shè)備的使用壽命。

由于使用耐蝕涂料進行防腐，只需在設(shè)備腐蝕表面覆蓋薄薄一層，材料用量相對較少，而且對基底材料要求很低，具有較高的性價比，因此，在腐蝕防護方面應(yīng)用十分廣泛，同時也擁有很好的發(fā)展前景。

梁婷對鍍有Ni- P 化學(xué)鍍層的碳鋼在堿性溶液中的耐蝕性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)碳鋼表面施加化學(xué)鍍層后在堿性介質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性。

新型碳納米材料在腐蝕防護領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了巨大的發(fā)展，Liu 等人使用3- 氨丙基三乙氧基硅烷分別對C60 、富勒烯和石墨烯進行接枝改性，有效地提升了涂層對腐蝕介質(zhì)的屏蔽性能。

Zhu 等人將5 nm 大小的碳分子碳點引入聚合物基質(zhì)中，合成PMMA- PU 聚合物復(fù)合材料，該材料具有較強的裂紋自愈能力，并且在自愈的過程中可以吸收水分子，并捕獲介質(zhì)中的氧氣，將其轉(zhuǎn)化為水分子，進一步增強了材料的防腐性能。

在設(shè)備內(nèi)部噴涂耐蝕材料時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備內(nèi)部介質(zhì)的不同，選擇相對應(yīng)的耐腐蝕材料進行噴涂，可在保證成本的前提下，有效的改善設(shè)備的腐蝕情況，提高設(shè)備壽命。

富勒烯、碳納米管、碳點、碳納米纖維、石墨烯、氧化石墨烯等碳納米粒子，已經(jīng)應(yīng)用于防腐涂層領(lǐng)域，其與涂層基質(zhì)良好的相容性、自潤滑性，可以極大地提高涂層的耐腐蝕性能。

但在實際應(yīng)用中仍然存在著填料團聚現(xiàn)象嚴(yán)重、添加量過多時易發(fā)生逆腐蝕、難以形成可控規(guī)則排布等問題。一旦這些問題得到解決，防腐涂層技術(shù)將會得到進一步發(fā)展。

3.4 優(yōu)化生產(chǎn)工藝

不同的生產(chǎn)工藝對于設(shè)備的腐蝕情況有著重要的影響，由于設(shè)備的腐蝕受到腐蝕介質(zhì)的溫度、濃度、流速、離子含量等各項因素的影響，因此，在不影響生產(chǎn)的情況下，對工藝流程進行進一步優(yōu)化，將極大的改善設(shè)備的腐蝕情況。

通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，將從根本上解決設(shè)備腐蝕的問題，但生產(chǎn)工藝各個部分互相關(guān)聯(lián)、互相影響，優(yōu)化過程中，既需要對影響腐蝕的因素有深入的研究，同時也需要對生產(chǎn)工藝有充分的了解，這樣才能在不影響生產(chǎn)的情況下對癥下藥，切中要害。

生產(chǎn)工藝優(yōu)化后，在生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照工藝流程進行生產(chǎn)，避免因操作不當(dāng)而導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生。

3.5 電化學(xué)保護

電化學(xué)保護法是通過在需要被保護的材料上外加電流，使其電位發(fā)生變化，從而實現(xiàn)抑制腐蝕的目的。電化學(xué)保護分為陽極保護法和陰極保護法2 種，這2 種方法都是根據(jù)材料自身的E- PH 圖像實現(xiàn)的。

陽極保護法是使金屬的電位維持在圖像的鈍化區(qū)間來達到保護目的，陰極保護是使材料保持在材料的不腐區(qū)間。

這2 種方法的實現(xiàn)途徑有所不同，陽極保護法是在被保護金屬表面接入足夠的陽極電流，使其電位向正方向移動并維持在鈍化區(qū)內(nèi)，從而防止金屬的腐蝕。

陰極保護法又可以分為外加電流的陰極保護和犧牲陽極的陰極保護。外加電流的陰極保護是一種主動防腐措施，通過外加電源來對設(shè)備施加一定的陰極電流，將其變?yōu)橐粋€大陰極，消除由于材料的不同造成的電位差，從而使其得到保護。犧牲陽極的陰極保護是利用原電池的原理，將電位較低的材料與被保護材料相連，被保護材料作為陰極而得到保護。

隨著生產(chǎn)工藝的日趨發(fā)展，設(shè)備的腐蝕情況越來越復(fù)雜，單一的腐蝕防護手段無法對設(shè)備進行有效的防護，因此，在進行設(shè)備防腐設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮各種因素，采用多種防護方式共同作用，才能取得有效的防腐成果。

4 結(jié) 語

經(jīng)過對煤化工企業(yè)換熱器腐蝕情況的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段換熱器的腐蝕情況仍較為嚴(yán)重，生產(chǎn)過程中有一部分換熱器未得到有效的腐蝕防護。

存在的問題主要有以下幾個方面。

（1） 換熱器工作條件復(fù)雜，腐蝕條件存在多樣性。在不同的煤化工企業(yè)，由于生產(chǎn)工藝和當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境不同，設(shè)備的工作條件會有一定程度的差異，這些差異造成了設(shè)備腐蝕機理的不同。

（2） 換熱器工作條件的復(fù)雜性，致使造成腐蝕類型的多種多樣。一臺換熱器的失效可能是多種腐蝕類型共同作用的結(jié)果，但總體上可以根據(jù)換熱器的工作條件分為酸性介質(zhì)和堿性介質(zhì)2 種，以便進行系統(tǒng)的分析。在進行文獻調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，目前，腐蝕機理的研究方向主要為酸性條件下腐蝕機理的研究，而堿性條件下的研究相對較少，例如蒸氨塔上部氨分縮器的腐蝕問題現(xiàn)在仍未得到有效解決。在今后研究中，堿性條件下?lián)Q熱器的腐蝕機理應(yīng)得到人們的重視。

（3） 各種新型檢測手段在換熱器腐蝕機理的分析檢測中的應(yīng)用日益普遍。掃描電鏡、能譜分析、元素分析等技術(shù)使人們在判斷腐蝕類型時更加準(zhǔn)確迅速。電化學(xué)阻抗法、電位極化法等初步解決了腐蝕機理的研究問題。但由于換熱器腐蝕的復(fù)雜性，現(xiàn)如今的分析手段難以對多種條件共同作用下的腐蝕機理進行系統(tǒng)的分析，同時，也難以對實際工作條件下?lián)Q熱器的腐蝕過程進行模擬。但計算機技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用提供了解決思路，采用計算機模擬軟件與實驗相結(jié)合的手段，將進一步提高研究的準(zhǔn)確性。

（4） 單一的腐蝕防護手段對換熱器的保護效果很有限，但不同的防腐技術(shù)仍然存在較大的發(fā)展空間，尤其是耐腐蝕材料。因此，在不斷完善耐蝕材料的同時，積極探索多種防腐措施共同作用的復(fù)合防護方法，將有望給換熱器的腐蝕防護帶來新的突破。