管殼式換熱器腐蝕及防腐措施研究

那俊義

（大慶石化公司，黑龍江 大慶 163000）

企業在日常管理中，會使用到管殼式換熱器，這種類型的換熱器在應用中的效果非常好，但是一定要將防腐措施切實地落實到位。管殼式換熱器在運行時一旦出現了問題，將會直接影響生產，嚴重的情況會導致爆炸事故的發生。企業將會遭受巨額的經濟損失，而工作人員的生命安全也會受到威脅。

1 管殼式換熱器概述

管殼式換熱器又稱為列管式換熱器。屬于在管殼中封閉管束壁面是傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器的優勢為結構簡單、造價低廉、流通截面比較寬、方便清洗。缺點是傳熱系數相對較差、體型龐大。管殼式換熱器可以采用任何材料進行制造，并能夠在高溫和高壓環境下使用，屬于應用廣泛的類型。管殼式換熱器的類型有固定管板式汽—水換熱器、波皮型管殼式汽—水換熱器、分段式水—水換熱器。管殼式換熱器的控制參數包括加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數等。管殼式換熱器主要組成部分有殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等。殼體的形狀一般是圓筒形，在殼內安裝管束，將管束的兩端在管板上進行固定。換熱的冷熱有兩種流體，分別在管內進行流動的流體稱為管程流體；在管外流動的流體稱為殼程流體。在殼體內安裝一定數量的擋板可以在一定程度上使管外流體的傳熱分系數得以提高。擋板能夠使殼程流體的速度有所提高，使得流體能夠按照一定的路程以橫向運行的方式路過管束，從而使流體湍流的速度有所增加。在管板上，換熱管以等邊三角形或正方形的方式進行排列。等邊三角形排列的方式相對比較緊致，管外流體湍動程度比較高，傳熱分系數相對較大，而正方形排列順序便于管外清洗，對于容易結垢的流體比較適用。

管程指的是流體每次經過管束的過程。殼程指的是每次經過殼體的過程。在兩端管箱之內安裝隔板，以此提高管內流體的速度。將所有的管子分成多個組。流體每次只能通過一部分的管子，這樣可以在管束中來回往返數次，這樣的過程成為多管程。同理，在殼體之內設置縱向的擋板，可以使管外流速有所提高，使得流體在殼體空間能夠經過多次，這種過程稱為多殼程。多管程和多殼程要相互配合使用。管內外流體的溫度會有所不同，換熱器的殼體與管束的溫度也會不相同。如果兩種溫度的差額比較大，換熱器內會形成很大的熱應力，進而使管子彎曲、斷裂，還有可能在管板上出現拉脫現象。所以，管束與殼體之間的溫度差額如果超過50℃時，要采取適當的處理方式及補償措施，以此對熱應力進行消除或減少。

根據采取的補償措施，管殼式換熱器分為以下幾種類型。

固體管板式換熱器。管束兩端的管板和殼體連接在一起，形成一個整體，結構相對簡單。適用于冷熱流體溫度差，殼程不適用機械清洗過程的換熱操作。當溫度差額比較大，但是殼程的壓力低的時候，可以在殼體上面設置具有彈性功能的補償圈，以此在一定程度上使熱應力有所減低。

浮頭式換熱器。管束的一端管板可以不受約束地進行浮動，熱應力全部被消除了；并且全部管束可以從殼體內取出來，非常方便地進行機械清洗和進行檢修。浮頭式換熱器的應用比較廣泛，但是結構相對復雜，造價高昂。

U型管式換熱器。每根換熱管都是可以彎成U形，兩端同時固定在同一管板的上下兩區依托于管箱內的隔板，將其分成進出口兩個室。這種換熱器徹底將熱應力消除了，相較于浮頭式更加簡潔，但是，管程非常難清洗。渦流熱膜換熱器。這種技術采用的是最新的渦流熱膜傳熱技術。以改變流體運動狀態為主，以此使傳熱效果有所增加。渦流管表面有介質經過時，會對管子表面進行強力的沖刷，以此對換熱效率有所提高。這種結構具有耐腐蝕性、耐高溫性、耐高壓性以及防結垢的功能。

管殼式換熱器的特點：具有高效節能性；全部都是不銹鋼制作，使用生命周期比較長。將層流方式轉變為湍流方式，使換熱效率有所提升，熱阻在一定程度上有所減少。換熱速度相對比較快，具有耐高溫性和耐高壓性。結構比較緊致，體型比較小，重量輕，安裝非常快捷，在一定程度上使土建資源有所節省。設計相對靈活，規格比較齊全，使用具有針對性，節約資金成本。應用條件相對較寬廣，能夠適應壓力大、溫度范圍以及交換多種介質。維修費用低廉，操作簡便。清垢的時間比較長，易于清洗。采用的是納米熱膜技術，使傳熱系數明顯升高。應用領域比較廣泛，可以應用在熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫藥、能源電子、機械輕工等。傳熱管在外表面使用的是軋制翅片的銅管，導熱系數比較高，換熱的面積比較大。導流板將殼程流體進行引導，使換熱器內的流動呈現出折線形連續性，根據流速對導流板間距進行調節，結構比較堅固，可以使流量或者是超大流量、脈動頻率比較高的殼程流體的換熱需求進行滿足。殼體流體是油液的時候，黏度低和比較容易清潔的油液換熱比較適用。

2 管殼式換熱器的腐蝕原因

2.1 氯離子影響

在實際應用過程中，管殼式換熱器會受到諸多因素的影響，這些因素會使換熱器的運行不穩定，嚴重的情況會使其發生安全事故。氯離子的影響是影響管殼式換熱器出現腐蝕現象的原因之一。氯離子是一種非常普遍的介質，這種介質自身就有極強的腐蝕性能，對于碳鋼或者含有合金特征的金屬的腐蝕性更加嚴重。在實踐過程中，可以采用不銹鋼或者碳鋼材質制作管殼式換熱器。這種材質在具體應用中會逐漸形成循環性的水系統，在管殼式換熱器的應用中，要嚴格控制氯離子的含量，這樣才能從根本上杜絕腐蝕的現象。

2.2 溫度影響

以管殼式換熱器在正常運行中的研究分析發現，溫度的影響也可以導致管殼式換熱器產生腐蝕現象。這種腐蝕現象主要體現在循環水自身的溫度持續上升時，那么這時的電導率也隨之有所增加，從而導致電極的反應速度過快。基于此種情況，諸多因素都會呈現出上升趨勢，那么，水的對流和其對應的擴散問題也會升高。這樣會直接導致氧氣和金屬表面之間的擴散速度增加，同時，還會使換熱器自身的腐蝕性問題加劇。

2.3 設計原因

管殼式換熱器在進行換熱的過程中，冷熱兩種流體的流道選擇要注意：首先，要及時清理不干凈或者易形成污垢的管程，要及時將管內進行有效清理。其次，在管程中通過腐蝕性流體。這樣可以對管束和殼體的腐蝕現象加以預防。再次，具有高壓性流體或者容易聚合的流體要在管程中經過。無論何種污垢特征均要在管側內設置。

2.4 水質原因

經過除氧后的中性水，才能注入采暖系統進行循環使用。在此環境中，氧氣是最嚴重的腐蝕性介質。在沒有氧氣含量的中性水里，系統中含有金屬表面中的鐵原子會變成二價離子。如果水中存在氧氣，鐵離子、水會氧化成氫氧化鐵，而氫氧化鐵是不溶于水的。在沉積作用影響下，在陽極周圍的鐵離子會向水溶液中轉入，這樣使得管殼式換熱器的腐蝕性有所加強。

2.5 振動原因

在實際應用中，管殼換熱器中的折流板的原因，流體是橫向操作的。大型化的設備裝置和課程流動速度加劇，橫向流會使換熱器的振動現象增加。主要體現在管子和周圍或者臨近管子、折返流板空內壁會有一些撞擊發生，繼而使管子受到一定的磨損。

2.6 管理原因

采暖系統在運行時，工作人員并沒有制定相應的加藥制度，這樣一來，循環水中的腐蝕性、污垢累積、微生物和藻類的生長長期受到失控的影響，直接導致換熱器和其他換熱設備的腐蝕現象非常嚴重。除此之外，在初期采暖系統停止時，如果沒有及時保養和維護換熱器，換熱器始終置于完全封閉的條件中，一旦遇到大量的空氣，系統的腐蝕性會加劇。

3 管殼式換熱器的防腐措施

3.1 工藝防腐

要想從本質上保證管殼式換熱器的安全性和穩定性，一般情況下，要與實際情況相結合，做到具體問題具體分析。要有針對性的措施，對管殼式換熱器的腐蝕現象進行處理。工藝防腐是比較常用的防治措施，在實際應用中，通過使用脫鹽、注堿的方式，對防腐物質進行控制，要將腐蝕物質控制在最小的范圍，以此保證管殼式換熱器運行的安全性和穩定性。

3.2 加強設備材質

在具體問題具體分析后，就會發現，實際上存在諸多因素能夠導致管殼式換熱器的腐蝕現象增多。因此，如果只是單純地采取一些不銹鋼材質，對于防腐的基本要求恐怕難以滿足。在這樣的環境下，一定要結合具體的實際原因，對防腐現象問題進行綜合分析以及合理有效地解決，還可以采用一些性能好的防腐材料，在運行過程中，保護管殼式換熱器。

3.3 采用防腐表面工程技術

隨著科學技術的不斷發展，可以結合一些比較先進的技術手段，以此對管殼式換熱器的腐蝕性問題進行解決和處理。利用先進的技術手段，在管殼式換熱器的表層，有針對性地設置一層防腐層，這樣既能起到預防效果，還能降低腐蝕的概率。

3.4 采用多樣化的方式進行預防腐蝕

在管殼式換熱器的使用中，對于出現腐蝕性的現象并沒有具體的時間和地點。所以，預防遠比治理更加科學。可以進行一些預防措施，盡量杜絕腐蝕現象的發生，以此使管殼式換熱器能夠正常有效地運轉。首先，在操作過程中，要對腐蝕程度、腐蝕部位以及實際信息進行綜合考量和分析，還要結合經濟成本，以此來使管殼式換熱器的材料質量達到一定的標準和相關要求得到保障。其次，要具體問題，具體分析，可以適當采用一些緩蝕劑，以此妥善處理腐蝕問題，使其更加科學性和合理性。

3.5 管殼式換熱器操作控制

管殼式換熱器在工作的時候，會采用噴管對容器中的氣體和冷凝水進行徹底排出，然后在將冷流體注滿容器，再將入口關閉，并向其逐漸注入熱流體。在此操作過程中，要控制長度方向的溫度梯度，最好每米控制在30.4℃左右。這種操作導致管子和殼體之間的熱膨脹差保持在最小范圍內。在停止時，要控制熱流體的流動速度，最好緩慢減至到零。然后，將冷流體流動進行停止，以此使熱流體的不等量收縮至最小。在停止工作時，利用干燥壓縮空氣使換熱器里的流體全部排放出去，從而使在開停工作的過程中，使熱應力減少到最低的狀態，從而防止應力中發生腐蝕現象。

3.6 維修工藝的管控

在試壓過程中，如若發現接頭存在泄漏問題，相關工作人員要及時對接頭進行修復。接頭有脹管現象發生時，工作人員要對周圍的管子進行二次脹管修復，以此防止縫隙出現。如果管子有泄漏的現象，要慎重選擇堵管方法。需要更換管子要及時更換，以此防止比較大的溫差應力和溫度應力共同發生腐蝕現象。如果保溫層出現破損現象，要盡快采用防止水分的施工方法對其進行修復。在使用化學清洗換熱器的污垢時，在清洗后把殘留液全部排出來，以此防止殘留液腐蝕換熱器的情況發生。

3.7 水處理工藝控制

再循環冷卻淡水中，可以使用一定劑量的緩蝕劑降低腐蝕性能。在此操作中，要將組垢分散劑、殺菌滅藻劑、緩蝕劑相互配合使用。這樣就會形成水質穩定劑。將陽極抑制劑和陰極抑制劑相互結合，可以在一定程度上增強防腐蝕效果。此外，水處理工業技術主要有軟化、除氧、除銨、除磷酸鹽等相關技術。根據這些技術的有效應用，可以使水中的酸堿度和氧氣的含量得到控制，從而防止腐蝕現象的發生。

3.8 電化學保護

電化學保護包括陽極保護和陰極保護。陽極保護主要適用在換熱器工藝物料中的一側方向。在使用中，外加電流的作用下，陽極保護會使金屬電位向正方向進行移動，金屬鈍化后轉入鈍化區域，以此使腐蝕速度有所降低。陰極保護主要和具有保護性能的涂層相互配合使用。

3.9 設計、制造以及安裝工藝

在設計過程中，要使蒸汽放在管程側方向，在使用過程中，防止高速氣體流經殼程。要對蒸汽冷凝液中的溶解物質進行綜合考慮，其中含有氧氣和二氧化碳兩種氣體，在使用過程中，具有高強度的腐蝕性能。因此，在安裝制造過程中，管排要稍微傾斜，以此使冷凝液可以及時地排除出去。

4 結語

綜上所述，企業在使用管殼式換熱器的過程中，要重視其在運行中出現的腐蝕性現象。在處理腐蝕性問題時，要具體問題具體分析，要制定出具有針對性強的預防措施，還要選擇比較強的耐腐蝕性材料。除此之外，要和先進技術手段進行結合，既能預防管殼式換熱器的腐蝕性，又能使管殼式換熱器在運行中的安全性和穩定性得以保障。