循環(huán)水換熱器腐蝕原因分析及改進(jìn)措施

武志民，朱宏

（唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中比較常見的設(shè)備，由于水的比熱容較大，冷卻效果較好，因此循環(huán)水換熱器在各種換熱器中占有一定的比重，而循環(huán)水換熱器能否正常使用關(guān)鍵在于水冷器的能否高效平穩(wěn)運(yùn)，因此保護(hù)水冷器不受腐蝕至關(guān)重要。根據(jù)某化工廠在2017 年對(duì)水循環(huán)換熱器的維修檢查報(bào)告顯示，水循環(huán)換熱器不能正常使用，有80%是因?yàn)樗淦魇艿搅烁g，進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水冷器腐蝕會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水冷卻器管束結(jié)垢和管束泄漏的發(fā)生，這些不良影響會(huì)直接導(dǎo)致?lián)Q熱器的正常運(yùn)行。因此我們需要提出一些改進(jìn)的方法減少或阻止換熱器腐蝕的發(fā)生，而要想做出具體方法就要知道造成腐蝕的具體原因，下面我們將具體分析造成水循環(huán)換熱器腐蝕的原因，并針對(duì)這些腐蝕原因所提出的具體方法。

1 循環(huán)水換熱器腐蝕原因分析

（1）電化學(xué)腐蝕。金屬的腐蝕有許多種形式，我們比較常見的一種腐蝕是電化學(xué)腐蝕，同樣換熱器也是由各種金屬組成，自然避免不了電化學(xué)腐蝕，尤其是某些鐵質(zhì)品。電化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)上是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，當(dāng)換熱器中的某些金屬被放置在潮濕的空氣中時(shí)，就會(huì)在其表面會(huì)形成一種腐蝕電池，在這種電池中陽(yáng)極會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，而發(fā)生氧化反應(yīng)的陽(yáng)極就會(huì)糟到腐蝕，陰極則起傳遞電子的作用，故陰極不會(huì)受到腐蝕。當(dāng)金屬表面比較潮濕或吸附了空氣中的水分，就會(huì)在金屬表面形成一層水膜，如果空氣中二氧化碳、二氧化硫和二氧化氮等溶解在該水膜中，就會(huì)形成一種電解質(zhì)溶液，這種電解質(zhì)溶液會(huì)與換熱器中不純的金屬形成陽(yáng)極為鐵，陰極為雜質(zhì)的原電池（鐵含有碳等其他雜質(zhì)），而鐵和雜質(zhì)又是連接在一起的，因此腐蝕會(huì)不斷進(jìn)行下去。電化學(xué)腐蝕危害是極大的一是它會(huì)造成坑蝕，主要發(fā)生在換熱器水冷壁管有沉積物的下面以及熱負(fù)荷較高的位置，它最終的結(jié)果是造成成金屬穿孔或超溫爆管。二是由于停用腐蝕會(huì)使金屬表面產(chǎn)生沉積物或者造成金屬表面粗糙狀態(tài)，當(dāng)換熱器機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)，給水鐵含量增大，這樣不但會(huì)加劇爐管內(nèi)鐵垢的形成，還會(huì)加劇熱力設(shè)備運(yùn)行時(shí)的腐蝕。

（2）化學(xué)清洗和預(yù)膜的好壞。換熱器上的污垢、油污和黏泥等清洗要用化學(xué)方法清洗，清洗后通常會(huì)往金屬表面添加一種化學(xué)藥劑，從而形成一層保護(hù)膜，防止設(shè)備的腐蝕。所以化學(xué)清洗和預(yù)膜的好壞對(duì)于防腐是很重要的，如果清洗不完全，殘余的部分也會(huì)腐蝕設(shè)備，而預(yù)膜不好則會(huì)直接影響設(shè)備的保護(hù)功能，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，換熱器腐蝕的主要原因是預(yù)膜效果的不佳，因此說(shuō)作為預(yù)膜的化學(xué)藥劑要慎重選擇，并在藥劑廠家指導(dǎo)下開展清洗工作。

（3）微生物腐蝕。發(fā)生微生物腐蝕是因?yàn)榄h(huán)境中有鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌、硫桿菌和腐生菌等微生物，它們產(chǎn)生腐蝕的原因其實(shí)主要也是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，所不同的是介質(zhì)中因腐蝕微生物的繁衍和新陳代謝而改變以了與之相接觸的界面的某些理化性質(zhì)。下面以鐵細(xì)菌為例介紹微生物腐蝕的機(jī)理。鐵細(xì)菌是一種兼性異養(yǎng)和嚴(yán)格自養(yǎng)型的細(xì)菌，它們能從氧化二價(jià)鐵過(guò)程中得到能量，它能將生成的氫氧化鐵儲(chǔ)存在細(xì)菌膜鞘的內(nèi)部和外部。它的機(jī)理也并不復(fù)雜，由于鐵細(xì)菌有好氧性，故鐵細(xì)菌離不開氧氣。鐵細(xì)菌主要通過(guò)銹蝕垢形式參與腐蝕，可以在很短的時(shí)間內(nèi)快速產(chǎn)生大量鐵氧化物沉積。金屬表面往往是不平整的，有些甚至有微信的裂縫，而鐵細(xì)菌的腐蝕恰恰是通過(guò)縫隙腐蝕機(jī)理而發(fā)生的，如鐵細(xì)菌在換熱器的水管內(nèi)壁形成氧濃差電池，在陽(yáng)極上，鐵會(huì)失去電子形成二價(jià)鐵，在陰極中氧氣和水得到電子形成氫氧根，故最終會(huì)形成氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的腐蝕產(chǎn)物。

（4）鹽類腐蝕。在非純凈水中，而通過(guò)換熱器中的水自然也是不純的，含有較多的鎂、鈣、鈉等金屬離子，這些離子在水中會(huì)形成鹽類化合物。水的導(dǎo)電性是由離子的濃度決定的，離子濃度越高，水的導(dǎo)電性就越好，電化學(xué)腐蝕發(fā)生的就越快。同時(shí)，如果水中的鈣離子和鎂離子濃度過(guò)高，則會(huì)使換熱器結(jié)垢，造成金屬垢下腐蝕。

（5）水的酸堿腐蝕。水的酸腐蝕主要包括硫酸腐蝕、硝酸腐蝕、鹽酸腐蝕和有機(jī)酸腐蝕等。酸對(duì)金屬有腐蝕性，同樣，堿對(duì)金屬也有腐蝕性。金屬及合金材料在堿性溶液中，由于拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用而產(chǎn)生的開裂，叫做堿脆，又稱苛性脆。這種腐蝕是沿晶問(wèn)發(fā)生裂紋，是應(yīng)力腐蝕破裂的一種類型。

（6）水流速度對(duì)換熱器腐蝕的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)水流速度在0.6 ～1m/s 之間時(shí)，水循環(huán)換熱器的腐蝕速度是最小的。但并不是說(shuō)水流速度控制在此區(qū)間就能以最大限度減小腐蝕，還得結(jié)合傳熱等因素綜合考慮，流速太低則會(huì)降低傳熱效率，以及出現(xiàn)沉淀。因此結(jié)合各種因素，水走管程換熱器的冷卻水流速不能低于0.9m/s，水走殼程的時(shí)候水流速不能低于0.3m/s。

2 改進(jìn)措施

（1）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法。犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，又稱犧牲陽(yáng)極保護(hù)法，是一種防止金屬腐蝕的方法，即將還原性較強(qiáng)的金屬作為保護(hù)極，與被保護(hù)金屬相連構(gòu)成原電池，還原性較強(qiáng)的金屬將作為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而消耗，被保護(hù)的金屬作為正極就可以避免腐蝕。在使用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)方法時(shí)要做一些準(zhǔn)備工作。比如，冷卻水系統(tǒng)的水溫、流速、冷卻水中各種成分的含量、換熱設(shè)備的各部分材質(zhì)、面積、換熱管直徑和數(shù)量等數(shù)據(jù)的收集，換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)、浸水面積的相關(guān)參數(shù)及維修周期、其他防腐措施等。在使用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法時(shí)也要注意一些事項(xiàng)，通常三個(gè)月左右進(jìn)行一次維修檢查，檢查的工作主要是測(cè)量各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的電位以及陽(yáng)極輸出電流等數(shù)值是否在合理的范圍之內(nèi)。

（2）微生物腐蝕的防護(hù)措施。微生物的種類具有多樣性和復(fù)雜性，因此很難完全消除微生物腐蝕，但能在一定程度上減少微生物腐蝕。目前抑制微生物腐蝕的方法主要有殺菌、抑菌、 抑制微生物生長(zhǎng)環(huán)境、覆蓋層保護(hù)和生物控制等。其中殺菌和抑菌是通過(guò)各種方法殺死或抑制微生物，主要的方法有使用殺菌劑，緩蝕劑，剝蝕劑，防腐劑或去垢劑等組合起來(lái)使用，盡可能的殺死活細(xì)菌微生物，以提高防蝕效果。抑制微生物生長(zhǎng)的環(huán)境是指通過(guò)減少微生物營(yíng)養(yǎng)源或破壞微生物的生存，新陳代謝過(guò)程及其產(chǎn)物等改善環(huán)境條件的措施可以有效的減少微生物腐蝕的危害，限制金屬構(gòu)件周圍的微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物可以抑制微生物的生長(zhǎng)，從而達(dá)到防腐的效果。覆蓋層保護(hù)是指采用鍍層或涂層等覆蓋層將金屬與腐蝕環(huán)境隔開，使微生物無(wú)法與金屬直接接觸，減少了腐蝕的發(fā)生。生物控制主要使采用生物防治、遺傳工程和基因工程等方法改變危害菌的附著力，生存環(huán)境或新陳代謝過(guò)程及產(chǎn)物來(lái)達(dá)到防護(hù)的目的。

（3）防酸堿腐蝕措施 。防止酸和堿的腐蝕，一是合理選用耐蝕材料，二是采用緩蝕劑，三是采用電化學(xué)保護(hù)。此外，在進(jìn)水口的位置增加一個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)，使流進(jìn)循環(huán)水換熱器的水pH 值盡量保持在7 左右。

（4）保護(hù)水冷器不被結(jié)垢。結(jié)垢的原因主要是因?yàn)樗杏休^多的鹽離子，因此防止結(jié)垢可以從除去鹽離子入手。另一方面，可以每隔一段時(shí)間進(jìn)行排污處理，防止換熱器在封頭處堆積泥沙，定期給水冷器測(cè)流速，發(fā)現(xiàn)流速不合格要馬上進(jìn)行調(diào)整，以此降低換熱器的腐蝕。

（5）改進(jìn)循環(huán)水系統(tǒng)和優(yōu)化工藝。要及時(shí)更換換熱器，過(guò)了使用年限的換熱器應(yīng)即時(shí)拆除。對(duì)換熱器進(jìn)行技術(shù)改造和技術(shù)更新，同時(shí)優(yōu)化水質(zhì)，完善工藝卡片，降低水中的鈣硬度和酸堿度；通過(guò)提高冷卻水的含磷量來(lái)提升防腐能力；同時(shí)，提高循環(huán)水遠(yuǎn)行管理、對(duì)班組員工進(jìn)行嚴(yán)格的操作考核、對(duì)重點(diǎn)設(shè)備以及重點(diǎn)指標(biāo)加強(qiáng)監(jiān)控也很重要。

3 結(jié)語(yǔ)

循環(huán)水換熱器的腐蝕是經(jīng)常性的，且多是由水質(zhì)問(wèn)題引起的 ，而目前也沒(méi)有十全十美的解決方法，因此各級(jí)生產(chǎn)部門要將水質(zhì)優(yōu)化問(wèn)題重視起來(lái)。