冷卻器管束腐蝕、泄露原因與分析

【摘要】分析了氧壓機級間冷卻器管束腐蝕泄漏的原因，得出生物黏泥是導致冷卻器腐蝕、泄露的主要因素之一的結(jié)論，并提出避免腐蝕的措施。

【關(guān)鍵詞】冷卻器；腐蝕；泄露

引言

唐山中潤煤化工有限公司（以下簡稱中潤公司）甲醇分廠空分工段采用兩套3TYS78+2TYS56型氧氣壓縮機成套裝置，每套裝置有5臺列管式級間冷卻器。冷卻器管束材質(zhì)為0Cr18Ni9，冷卻器設計為管程走氧氣，殼程為冷卻循環(huán)水，上水壓力為0.3MPa。氧壓機級間冷卻器所用循環(huán)水為管網(wǎng)末端，水質(zhì)較差，運行一段時間后冷卻器管壁上會沉積污垢，影響換熱效果，經(jīng)常需要對冷卻器進行清洗。

1、冷卻器腐蝕泄漏情況

中潤公司甲醇分廠在2008年度設備大修中，委托唐山市化工研究所水處理清洗技術(shù)服務處對空分工段五臺氧壓機級間冷卻器水程進行清洗。清洗過程中懸掛碳鋼、不銹鋼、銅標準試片，用以監(jiān)測清洗造成的腐蝕速率。根據(jù)設備材質(zhì)不銹鋼冷卻器酸洗采用10%氨基磺酸溶液作為酸清洗劑，并添加一定比例的緩蝕阻垢劑的溶液。清洗結(jié)束后，甲醇分廠有關(guān)人員對全部被清洗設備通水試漏試壓，部分管束管壁呈現(xiàn)針狀小孔，發(fā)現(xiàn)冷卻器全部漏水，導致冷卻器無法使用并全部報廢。為確定冷卻器泄露原因，中潤公司與相關(guān)單位共同對冷卻器泄露原因進行分析，以找到冷卻器泄露的真正原因。

2、冷卻器腐蝕穿孔原因分析

冷卻器管束表面有大量點蝕麻坑，并有部分已穿孔，此種腐蝕現(xiàn)象被稱為點蝕[1]。點蝕多發(fā)生于表面生成鈍化膜的金屬材料上（如不銹鋼、鋁等）或表面有陰極性鍍層的金屬上（如碳鋼表面鍍錫、銅和鎳）[2]。

2.1判斷清洗液能否引起冷卻器點蝕

首先對管束材料做分析實驗，以確定用于清洗冷卻器的清洗液能否引起冷卻器管束點蝕泄漏。實驗過程如下：

取冷卻器不銹鋼管束4個樣品，鋼絲、銅絲各一段放入溶液2小時，再烘至恒重，稱量。溶液為10%濃度氨基磺酸，溶液中加緩蝕阻垢劑（唐山化工研究所提供）。實驗結(jié)果見表1和表2。

由表1和表2數(shù)據(jù)可以看出，鋼絲、銅絲（紫銅）與不銹鋼管束樣品在該清洗液中的減重與不銹鋼基本相同，說明鋼絲、銅絲（紫銅）與不銹鋼管束樣品在此清洗液中具有同樣的抗腐蝕能力。從表2的數(shù)據(jù)說明在此清洗液中，鋼絲和銅絲的腐蝕速率和腐蝕總量均達到了國家化工行業(yè)標準《工業(yè)設備化學清洗質(zhì)量標準》HG/T2387-2007。因此，可以得出結(jié)論，清洗液對冷卻管束發(fā)生點蝕無影響。

2.2電化學腐蝕

點蝕發(fā)生在有特殊離子的介質(zhì)中，即有氧化劑，（空氣中的氧）和同時有活性陰離子存在的鈍化液中[3]。金屬材質(zhì)與水中氧氣作用而引起的電化學腐蝕，其反應如下：

這些反應，促使微電池中陽極區(qū)的金屬不斷溶解而被腐蝕。如表3所示，循環(huán)水PH值為7.84，顯堿性，這會促進級間冷卻器管束材質(zhì)發(fā)生電化學腐蝕，這是冷卻器泄漏的原因之一。

表3 中潤公司循環(huán)水測試指標

2.3有害離子引起的腐蝕

2.4微生物腐蝕

微生物的滋生也會使金屬發(fā)生腐蝕。這是由于微生物排出的黏液與無機垢和泥沙雜物等形成的沉積物附著在金屬表面，形成氧的濃差電池，促使金屬腐蝕。此外，在金屬表面和沉積物之間缺乏氧，因此一些厭氧茵（主要是硫酸鹽還原茵）得以繁殖，當溫度為25-30℃時，繁殖更快，它分解水中的硫酸鹽，產(chǎn)生H2S，引起碳鋼腐蝕[5]。

冷卻器被拆開后，發(fā)現(xiàn)冷卻器殼程（水程）內(nèi)沉積大量的生物黏泥。中潤公司的空分工段冷卻器處在整個循環(huán)水系統(tǒng)的最遠端，安裝位置也相對處于低點，在此處，循環(huán)水的流速受到影響，流速降低，加之折流板的作用，使大量雜物與生物黏泥沉淀。而生物黏泥的形成是由于由于大量微生物分泌的黏液與水中的灰塵與雜物黏在一起，最終沉積、吸附在了冷卻器管束的表面。正是由于這些生物黏泥的覆蓋，使冷卻器管束表面形成的氧濃差電池，最終形成了局部的化學與電化學腐蝕。從而可以得出一個冷卻器管束點蝕形成鏈：微生物—生物黏泥—氧濃差電池—電化學腐蝕。

3、結(jié)論

冷卻器管束點蝕的形成，由其所在環(huán)境、介質(zhì)等條件關(guān)系密切，電化學腐蝕，有害離子腐蝕，微生物腐蝕是造成冷卻器點蝕泄漏的主要原因。要防止冷卻器管束的點蝕，冷卻水系統(tǒng)的水處理是關(guān)鍵，要嚴格控制循環(huán)水的PH值、氯離子、微生物的生長與生物黏泥的生成、結(jié)垢。

參考文獻

[1]黃小光，許金泉.點蝕演化及腐蝕疲勞裂紋成核的能量原理[J]. 2013（1）.

[2]周健，馬黨參，陳再枝. H13熱作模具鋼表面點蝕分析[J]. 2013（1）.

[3]張芹，朱元榮，黃志勇.化學/電化學腐蝕法快速制備超疏水金屬鋁[J]. 2009（11）.

[4]呂國誠，許淳淳，程海東. 304不銹鋼應力腐蝕的臨界氯離子濃度[J]. 2008（8）.

[5]林晶，閆永貴，陳光章.高錳鋁青銅的微生物腐蝕行為研究[J]. 2007（3）