化工設備換熱器的常見腐蝕問題與防腐措施研究

劉小磊

（大慶石化公司化工一廠裂解車間，黑龍江 大慶 163711）

在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，造成換熱器腐蝕問題的原因較多，如化學原料腐蝕、換熱器表面磨損腐蝕、應力腐蝕、低溫腐蝕等，這些腐蝕問題將會影響換熱器的正常運行，進而降低化工的生產(chǎn)效率。因此，在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，應當深入分析換熱器可能會出現(xiàn)的腐蝕問題，并采取有效措施保證換熱器的正常運行，避免出現(xiàn)換熱器腐蝕問題。

1 換熱器概述

換熱器是一種化工工藝設備，其主要作用是實現(xiàn)物料之間的傳熱。通過換熱器可以將材料加熱到相應溫度，從而滿足化工生產(chǎn)的工藝設計要求。在我國的大型化工石化企業(yè)中，換熱器的組合可以更加合理地運用各級能源來減少產(chǎn)品生產(chǎn)的能耗，從而降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，為化工企業(yè)生產(chǎn)帶來更好的經(jīng)濟效益。根據(jù)工作溫度、壓力以及工作條件、流動介質(zhì)的不同，換熱器也分為直接接觸式換熱器、壁間換熱器與蓄熱式換熱器等三種類型。其中，直接接觸式熱換器是由兩種不同溶介質(zhì)混合而成的，可以實現(xiàn)兩者之間熱量的傳遞，所以被稱為混合熱換器。相較其他的熱換器來說，直接接觸式熱換器不僅維護方便，且結構簡單、傳熱效率較高，適用于兩種介質(zhì)相互混合的情況下使用。蓄熱換熱器則需要在設備的內(nèi)部添加相應的固體填料，從而在短時間內(nèi)達到存儲熱量的效果。在實際使用的過程中，固體填料的交替放置可以有效實現(xiàn)冷熱流體熱量的存儲與傳遞，蓄熱式換熱器可以在高溫條件下正常工作，是高溫工作環(huán)境中的首要選擇。在長時間的使用過程中，換熱器會出現(xiàn)嚴重的腐蝕問題，影響換熱器的正常性能與使用效果，需要進行更換處理，給化工企業(yè)生產(chǎn)帶來了額外支出，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

2 化工設備換熱器常見的腐蝕問題

2.1 換熱器表面磨損腐蝕問題

化工設備換熱器在生產(chǎn)運行的過程中難免會接觸到一些化工原料，而化工原料本身就帶有較強的腐蝕性，在長期的運轉過程中，換熱器表面便會出現(xiàn)較為嚴重的磨損情況，而換熱器內(nèi)部金屬層也會出現(xiàn)磨損或是腐蝕等問題。

例如，在化工設備換熱器的運行過程中，高速流體會對于換熱器內(nèi)部管道進行一定的沖刷，而流動介質(zhì)中的顆粒狀物體便會與換熱器產(chǎn)生摩擦、碰撞，進而導致?lián)Q熱器表面裸露出的金屬層出現(xiàn)腐蝕狀況。除此之外，腐蝕氣體介質(zhì)、含有氣泡的氣體或是固體的顆粒液體介質(zhì)都會造成換熱器的表面腐蝕與磨損。

2.2 換熱器電化學腐蝕問題

雖然換熱器內(nèi)部的介質(zhì)流速較高，可以有效避免一些流體的板結與沉降，但是由于長時間的使用，難免會出現(xiàn)一些介質(zhì)沉積的情況，從而影響沉積物周圍相應介質(zhì)的流速，并導致?lián)Q熱管內(nèi)的沉積物越來越多。一旦管內(nèi)的流速與沉積物性質(zhì)超過相應標準，則沉積物便會在換熱管內(nèi)呈現(xiàn)不均勻的分布狀態(tài)，甚至于出現(xiàn)黏連問題，影響換熱管內(nèi)流體的正常流動。而沉積物之間黏連不牢固或是分布不均勻等情況，也較易形成裂縫與間隙，進而引發(fā)部分管內(nèi)位置的電化學腐蝕情況。換熱器電化學腐蝕問題主要有面積還原腐蝕、陽極金屬溶解、陰極金屬還原、陽極氧化腐蝕等。此外，由于管內(nèi)縫隙處的電化學反應速度并不一致，可能會在非同一時間段內(nèi)出現(xiàn)大面積的腐蝕情況，給換熱器的正常運用造成一定影響。

2.3 換熱器氧腐蝕問題

從腐蝕呈現(xiàn)的狀態(tài)上來看，氧腐蝕也屬于是電化學腐蝕的一種，但是由于換熱器設備在運行過程中會接觸到水，水對金屬設備的腐蝕力度較強，因此需要對氧腐蝕現(xiàn)象進行單獨描述。氧腐蝕現(xiàn)象是由于鐵的電極電位比氧電極電位低，所引發(fā)的電池中鐵陽極的腐蝕問題。一般來說，氧腐蝕會出現(xiàn)換熱器個別部位小孔型或潰瘍型的局部腐蝕狀態(tài)，且腐蝕物一般為黑色、黃褐色或是磚紅色。

2.4 換熱器應力腐蝕問題

應力腐蝕現(xiàn)象是由于換熱器受到了外加應力、殘余應力與腐蝕的同時作用下而出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象。應力腐蝕現(xiàn)象會引發(fā)換熱器部件的斷裂，影響設備的正常使用性能。一般來說，應力腐蝕可以分為精制開裂與分裂陽極溶解兩種類型。由于應力腐蝕的破壞面積較大，在換熱器表面遭到破壞后，會造成陽極與陰極出現(xiàn)陰極陽極金屬離子溶解的問題，導致電流流向陰極，從而影響換熱器的穩(wěn)定運行。

2.5 換熱器低溫腐蝕問題

在換熱器的工作過程中，若是煙氣進入換熱器內(nèi)出現(xiàn)熱交換情況，會導致管內(nèi)溫度逐漸降低，進而造成低溫腐蝕問題的發(fā)生。通常情況下，燃煤鍋爐的空濾器出口不會出現(xiàn)結露現(xiàn)象，但由于煙氣中的酸性氣體較多，便會在一定程度上增加酸結露的概率，若是換熱器內(nèi)金屬壁的溫度較低將會觸發(fā)煙氣酸的接入點，從而出現(xiàn)換熱器金屬壁表面水蒸汽與煙氣凝結的現(xiàn)象，進而誘發(fā)管道內(nèi)的低溫腐蝕性問題。換熱器低溫腐蝕問題都是由于煙氣溫度與管壁溫度較低所引發(fā)的，因此，低溫腐蝕問題的解決方法便是利用合理手段提高換熱器內(nèi)管壁的溫度或是提高煙氣溫度。

2.6 換熱器長期運作腐蝕問題

在我國的工業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展過程中，化工企業(yè)是支柱型產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量會對我國的國民生產(chǎn)以及工業(yè)發(fā)展有著重要影響。隨著我國化工生產(chǎn)量的不斷加大，化工企業(yè)的生產(chǎn)工作任務越加繁重，其設備的運轉效率也隨之增加。在長期的設備運作過程中，換熱器存在超負荷運轉的現(xiàn)象，從而導致?lián)Q熱器表面嚴重磨損，或是內(nèi)零部件損壞的問題。此外，由于在換熱器使用過程中，工作人員未能根據(jù)換熱器的實際運行性能以及使用情況進行定期的維修與保養(yǎng)，導致?lián)Q熱器出現(xiàn)較為嚴重的磨損、腐蝕問題，且未能得到及時的更換與修復，腐蝕磨損情況便會越發(fā)嚴重，進而影響化工生產(chǎn)工作的順利開展。

2.7 換熱器水流引發(fā)的腐蝕問題

換熱器中最常用的熱交換設置介質(zhì)便是水，由于在水流在換熱器的換熱管內(nèi)長時間的沖刷，會造成較為嚴重的腐蝕情況。一般來說，水流引起的熱換氣腐蝕問題主要原因有以下幾方面：第一，水中的pH 值不穩(wěn)定，或是水中pH 值呈現(xiàn)酸性狀態(tài)，進而引發(fā)熱換管出現(xiàn)化學反應，出現(xiàn)化學腐蝕現(xiàn)象；第二，水中含有較高的陰離子、氯離子或硫離子成分，進而引發(fā)換熱管內(nèi)金屬出現(xiàn)化學腐蝕的化學反應。這一腐蝕問題，也可以理解為是電化學腐蝕類型；第三，水中含有溶解氧，導致?lián)Q熱管內(nèi)出現(xiàn)相應的化學腐蝕情況。對于這些水流引起的換熱器腐蝕問題，應當加強對換熱器內(nèi)換熱管的防腐性能研究，并及時更換設備內(nèi)的換熱管，以避免因換熱管腐蝕引發(fā)換熱器腐蝕問題，或是增加換熱管表面的沉積物附著能力，進而提高換熱管的導熱性能與耐高溫性能，以減少水流對換熱管造成的腐蝕，從而確保換熱管可以在換熱器運行期間正常工作。

3 化工設備換熱器的有效防腐措施

3.1 利用防腐涂料涂刷換熱器

換熱器內(nèi)部的腐蝕介質(zhì)會與換熱器的內(nèi)壁進行長時間接觸，進而引發(fā)換熱器內(nèi)部金屬表層的化學反應，造成換熱器內(nèi)部腐蝕。針對這種腐蝕情況，可以在換熱器內(nèi)的表面或是換熱器其他可能會出現(xiàn)腐蝕問題的區(qū)域進行防腐涂料的涂刷，以避免換熱器內(nèi)各腐蝕介質(zhì)與換熱器的直接接觸，達到一定的隔離效果，有效避免換熱器腐蝕問題的發(fā)生。針對換熱器常用的防腐涂料有防溶劑涂料、防油腐蝕涂料、重防腐涂料與高溫涂料等。在選擇相應的防腐涂料時，應當根據(jù)化工設備換熱器的實際種類、使用性能和腐蝕造成的影響來科學選擇防腐涂料，切勿盲目選擇，以避免出現(xiàn)防腐涂料功效無法得到實際發(fā)揮的現(xiàn)象。

在選擇材料生產(chǎn)商時，應當對材料生產(chǎn)商的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方法、生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)流程進行了解，以避免因為防腐材料之間的差異性影響換熱器的整體防腐性能。此外，還應當加強對防腐涂料的篩選與檢查工作，在防腐涂料運輸至化工企業(yè)后，對防腐材料進行抽查與檢驗，以保證防腐材料的使用質(zhì)量與使用性能。由此可見，化工企業(yè)相關部門在購買換熱器防腐材料時，不僅要考慮防腐材料的防腐性能，還應當明確換熱器實際會出現(xiàn)的腐蝕類型、引起換熱器腐蝕的主要原因，從而科學選擇適合的防腐涂料，保證換熱器的整體防腐性能。在涂刷防腐材料時，一定要根據(jù)換熱器內(nèi)壁金屬的特點來選擇涂刷方式與涂刷流程，并在涂刷完成后進行高溫烘烤，以避免涂料與換熱器內(nèi)部出現(xiàn)黏連現(xiàn)象，并保證涂層的均勻分布效果，進而提高涂防腐涂料的防腐效果。在應用一些特殊的無機防腐涂料時，應當確保換熱器內(nèi)表層的完整性，避免因換熱器表面凹凸不平而造成的涂料涂刷不均勻或微孔問題，保證防腐涂料的實際防腐效果。與此同時，在施工涂刷的過程中，還應確認操作人員會嚴格按照施工要求與施工規(guī)范進行防腐涂料的涂刷，并在涂抹完成后查驗涂層的表面是否厚薄一致、光滑均勻。雖然防腐涂料具有一定的防腐效果，可以在換熱器內(nèi)部與表面形成一層涂層防護膜，防止換熱器內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。但是，若是防腐層過厚會影響換熱器的實際熱傳導功能，進而出現(xiàn)涂層破裂現(xiàn)象，并影響換熱器的正常使用。對此，相應工作人員應當結合換熱器的實際工作流程，合理控制防腐涂料的厚度，以保證在滿足換熱器防腐功能的基礎上，換熱器設備可以在化工生產(chǎn)過程中正常運行，從而降低腐蝕情況的發(fā)生概率，提高換熱器設備的使用效率。

3.2 應用電化學防腐保護措施

化工設備換熱器的電化學腐蝕分為碳素鋼的電化學腐蝕與陰陽極之間的電流腐蝕兩種情況。其中電流腐蝕是由于陰陽極之間摩擦不平衡所導致的。電流腐蝕問題會對換熱器內(nèi)部造成一定的影響，針對這一腐蝕情況，相關部門可以利用電極電位轉化法來對換熱器的內(nèi)部進行防腐處理，將換熱器中比防腐體金屬置換高的電極電位原位替換為比防腐體低的金屬電極電位，從而使電極電位原位能夠與防腐體進行接觸，進而將腐蝕電流導入低電位金屬中，達到保護高電位化工設備的目的，這一防護保護措施也被稱為犧牲陽極保護法。電化學腐蝕保護方法的原理是將化工設備中的換熱器微電池的陰陽極進行轉換，在一定程度上可以改善電化學腐蝕對換熱器造成的不良影響，從而降低化工設備換熱器的腐蝕問題的發(fā)生概率，保證換熱器設備的正常運轉，進而促進化工生產(chǎn)工作的順利開展。

3.3 制定完善換熱器檢修制度

為了有效提高化工設備的使用壽命與運行效率，化工企業(yè)可以根據(jù)換熱器的實際運行狀況制定完善的換熱器檢修制度，安排專業(yè)的檢修人員定期對換熱器進行檢修與維護，及時找到換熱器可能存在的問題并有效解決問題，以避免因為重大故障與腐蝕問題的發(fā)生影響到換熱器的整體運行效果與工作質(zhì)量。與此同時，化工企業(yè)的相關部門還應當根據(jù)化工企業(yè)的生產(chǎn)情況以及生產(chǎn)規(guī)定制定嚴格的換熱器檢修標準與員工責任制度，對檢修人員的工作開展進行約束與監(jiān)管，以避免出現(xiàn)逃避檢修工作、檢修工作不嚴謹?shù)痊F(xiàn)象的發(fā)生，推動化工設備換熱器檢修工作的規(guī)范化、科學化開展，進而有效保證換熱器的工作質(zhì)量。

3.4 定期開展換熱器的維修與養(yǎng)護工作

要想進一步保證換熱器的正常運行，就應當在換熱器工作過程中，根據(jù)換熱器的實際運行情況定期開展換熱器維修與養(yǎng)護工作，這樣才能夠確保換熱器各項功能的正常使用。首先，工作人員應當依據(jù)換熱器的實際情況，對換熱器進行定期的清洗，從而避免換熱器內(nèi)出現(xiàn)沉積物或是微生物繁殖情況，減少因沉積物與微生物所引起的腐蝕問題；其次，制定切實可行的日常維修保養(yǎng)制度，合理規(guī)劃防腐檢查工作，并對工作相應工作人員開展安全生產(chǎn)教育，提高工作人員對換熱器的維護意識，從而降低設備生產(chǎn)所造成的磨損情況；最后，貫徹落實全新的換熱器防腐理念，學習全新的換熱器維修與養(yǎng)護手段，降低設備的磨損腐蝕概率，進一步提高換熱器的使用壽命。

4 結語

綜上所述，換熱器對于我國化工企業(yè)的生產(chǎn)有著重要的影響。在換熱器的長期使用過程中，往往會出現(xiàn)換熱器腐蝕問題，影響化工生產(chǎn)的順利開展。采用科學手段合理進行換熱器防腐處理，能夠有效提高換熱器的使用壽命，保證換熱器的防腐效果，避免因各項原因所引起的腐蝕問題，從而保障換熱器在化工生產(chǎn)過程中的高效運行，推動我國化工產(chǎn)業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。