化工設(shè)備中循環(huán)水換熱器的腐蝕與防護(hù)技術(shù)

周 鋒

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

0 引言

對(duì)于化工設(shè)備而言，換熱器是一項(xiàng)十分重要的儀器設(shè)備，但是由于循環(huán)數(shù)換熱器中相應(yīng)的腐蝕現(xiàn)象以及泄漏現(xiàn)象的出現(xiàn)，在一定程度上降低了換熱器的使用性能以及使用壽命，并且嚴(yán)重影響了化學(xué)工程的工序正常進(jìn)行。

1 換熱器簡(jiǎn)介

1.1 換熱器的概念

換熱器，即熱交換器，目前廣泛應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ钜约罢麄€(gè)國家的生產(chǎn)活動(dòng)中（如取暖中的暖氣散熱片以及航天火箭上的油冷卻器等）[1]。在化工生產(chǎn)中，換熱器在相關(guān)的化工生產(chǎn)中具有十分重要的意義。換熱器的使用可以有效地保障相關(guān)化工設(shè)備的溫度可以有效的控制在所需要的溫度，與此同時(shí)有效地降低相關(guān)能源的浪費(fèi)率。

1.2 換熱器的分類

（1）混合式換熱器。由冷熱流體之間通過直接接觸從而進(jìn)行的換熱方式稱為混合式換熱器，因此又被稱為接觸式換熱器。因?yàn)樵摲N方式在換熱的過程中存在著能量之間混合交換的現(xiàn)象，因此當(dāng)熱傳遞過程結(jié)束后必須及時(shí)對(duì)兩種流體進(jìn)行分離操作。

（2）蓄熱式換熱器。指的是通過冷熱流體之間交替通過蓄熱室的表面從而達(dá)到熱量交換目的的換熱器，但是由于該設(shè)備具有體積大、工序復(fù)雜以及難以控制等缺點(diǎn)，不長(zhǎng)被采用

（3）間壁式換熱器。指的是當(dāng)兩種冷熱流體被間壁分隔開，從而進(jìn)行交換熱量的工序的換熱器。這類換熱器由于具有種類過多且容易控制等優(yōu)點(diǎn)，因此為最常使用的換熱器，又被稱為表面式換熱器。常見的種類有管式換熱器以及板式換熱器。

2 循環(huán)水換熱器腐蝕現(xiàn)象原因

對(duì)于我國化工相關(guān)的生產(chǎn)活動(dòng)中，換熱器的使用已經(jīng)成為一種普遍存在，適用范圍較廣、使用量較大[2]。但是由于相關(guān)換熱器的種類復(fù)雜以及管束接觸的介質(zhì)種類多等原因，這就直接導(dǎo)致其工作的過程中可能會(huì)存在著一系列的高危環(huán)境的影響——高溫、高壓以及強(qiáng)腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)的換熱器存在不同程度的損壞現(xiàn)象（腐蝕以及泄漏等）。這些問題的出現(xiàn)在一定程度上導(dǎo)致了我國化工生產(chǎn)中換熱器使用壽命的減少以及化工生產(chǎn)效率的降低，以此，有效的分析相關(guān)的化工設(shè)備中循環(huán)水換熱器的腐蝕問題是一項(xiàng)十分重要的工作。

2.1 金屬腐蝕

當(dāng)金屬與相關(guān)的周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，即金屬單質(zhì)在環(huán)境中被氧化后而遭到不同程度損壞的現(xiàn)象被稱為金屬腐蝕。金屬腐蝕也可以由金屬材料與相關(guān)的電解質(zhì)溶液通過電極反應(yīng)而生成氧化物的現(xiàn)象也被稱為金屬腐蝕（電化學(xué)腐蝕）。這些腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)在一定程度上會(huì)明顯降低相關(guān)金屬單質(zhì)本身所具有的各種力學(xué)性能（抗壓性、強(qiáng)性以及可塑性等），相關(guān)的金屬腐蝕現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響相關(guān)的冷卻水換熱器的使用壽命，從而導(dǎo)致相關(guān)換熱器會(huì)出現(xiàn)不同程度的滲漏現(xiàn)象，繼而嚴(yán)重威脅相關(guān)的化工設(shè)備工程受到不同程度的影響。

2.2 水垢沉積

當(dāng)化工設(shè)備中循環(huán)水換熱器中循環(huán)水中所含的各種無機(jī)鹽的物質(zhì)（如各種碳酸根離子物質(zhì)）結(jié)晶后附著在相關(guān)的管壁后生成的物質(zhì)被稱為水垢。這些水垢的存在，在隨著化工設(shè)備的相關(guān)工作流程的進(jìn)行，循環(huán)水的溫度也隨之不斷地升高，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)循環(huán)水的溶解度的降低進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)的結(jié)晶物質(zhì)的析出，并且隨著溫度的進(jìn)一步升高，在溫度一定時(shí)，循環(huán)水會(huì)達(dá)到其飽和狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，也能充分的保障相關(guān)的結(jié)晶物質(zhì)的析出。這些結(jié)晶物質(zhì)在析出后，進(jìn)而附著在相關(guān)的管線內(nèi)壁處，將其表面凹凸不平的小坑進(jìn)行相應(yīng)的填充行為。

2.3 微生物黏泥

對(duì)于相關(guān)的化工設(shè)備中循環(huán)水換熱器中使用的循環(huán)水的種類，常采用各種具有大量微生物數(shù)量極多的非水源水體，并且這些循環(huán)水中存在的微生物的種類極多[3]。這些水生微生物在一定程度上可以產(chǎn)生一些具有黏性的膠著狀物質(zhì)，或者形成黏泥狀物質(zhì)。這些由大自然中的細(xì)菌類物質(zhì)（如藻類以及各種原生動(dòng)物）產(chǎn)生的生物黏泥常附著在相關(guān)的循環(huán)水換熱器的管束間，嚴(yán)重導(dǎo)致了相關(guān)工程的效率降低以及影響了相關(guān)工程的安全性。

3 解決循環(huán)水換熱器中存在問題的方法

3.1 金屬腐蝕的控制

（1）添加緩蝕劑抑制防腐。在使用化工設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的化工工程的進(jìn)行中，在循環(huán)水中添加一定的緩蝕劑可以有效的抑制循環(huán)水中各種腐蝕介質(zhì)的活性，從而降低其產(chǎn)生腐蝕的性能，進(jìn)而達(dá)到抑制相關(guān)的循環(huán)水中腐蝕介質(zhì)生成抑制金屬腐蝕的作用，它的本質(zhì)是一種添加劑。由于緩蝕劑所具有的特性進(jìn)而可以有效地保障相關(guān)的化學(xué)工程中的金屬的腐蝕效率的降低，并且較少的緩蝕劑就可以有效地達(dá)到工程所需的目的。因此，緩蝕劑的使用在一定程度上不會(huì)降低水以及循環(huán)水的質(zhì)量，并且能夠有效的提升相關(guān)的化學(xué)工程的循環(huán)水換熱器的工作效率以及使用壽命的延長(zhǎng)。因?yàn)樵摲椒ň哂薪档湍芎囊约皩?duì)環(huán)境污染較小等特點(diǎn)，在目前的化學(xué)工程的循環(huán)水換熱器中是常被使用的一種方式。

（2）犧牲陽極保護(hù)陰極。所謂的犧牲陽極保護(hù)陰極的方法，指的是在電解過程中，由于其在電解質(zhì)兩端的陰極以及陽極是由兩種活潑性不同的金屬物質(zhì)組成（或者是不活潑物質(zhì)組成陰極），因此在反應(yīng)的過程中，常發(fā)生的反應(yīng)如下——具有較強(qiáng)金屬活潑性的金屬位于反應(yīng)的陽極位置，由金屬活潑性較弱的物質(zhì)或者是惰性物質(zhì)唯一陰極的位置。在反應(yīng)開始后，陽極由于金屬活潑性較強(qiáng)，容易失去電子，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象；與此同時(shí)，陰極物質(zhì)得到電子，這就在惰性物質(zhì)的表面生成相應(yīng)的保護(hù)膜，達(dá)到適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)作用。對(duì)于化工設(shè)備的循環(huán)水換熱器中進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治?，可以有效的發(fā)現(xiàn)相關(guān)的化工設(shè)備通常被使用在冷卻水或者油污中，面對(duì)工程的實(shí)際使用情況，在使用過程中就不需要過多、過大的保護(hù)電流。因此，常采用犧牲陽極保護(hù)陰極的方法來保障整個(gè)化工設(shè)備能夠盡可能的免受腐蝕作用的影響。與此同時(shí)，在一些特殊的換熱器中，也會(huì)使用一些外加陰極的保護(hù)措施，從而達(dá)到對(duì)一些大型設(shè)備的保護(hù)作用。外加電流的陰極保護(hù)法指的是通過對(duì)相關(guān)的化工設(shè)備的循環(huán)水換熱器設(shè)備施加一定的直流電源，從而有效的保障相關(guān)的電子從土壤中流向被保護(hù)金屬，進(jìn)而達(dá)到結(jié)合周圍環(huán)境進(jìn)而共同達(dá)到保護(hù)相關(guān)設(shè)備的目的。

換熱器設(shè)備進(jìn)行犧牲陽極保護(hù)陰極的方法步驟如下所示：在工程開始之前，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)充分的對(duì)化工設(shè)備換熱器中的循環(huán)水的成分以及相關(guān)的含量進(jìn)行一定的化驗(yàn)工作；對(duì)相關(guān)的換熱器系統(tǒng)中的冷卻水的水溫、流速進(jìn)行切實(shí)有效的計(jì)算工作；搜集相關(guān)換熱器的材料、面積以及管內(nèi)直徑等參數(shù)；了解相關(guān)化工設(shè)備中的換熱器的結(jié)構(gòu)組成以及與水接觸部分的面積，包括需要維修的年限等一系列的參數(shù)。在化學(xué)工程進(jìn)行過程中，應(yīng)當(dāng)選擇合適的陽極金屬物以及陰極惰性物質(zhì)，從而達(dá)到在化學(xué)工程反應(yīng)中能夠有效的利用相關(guān)的犧牲陽極保護(hù)陰極的方法達(dá)到對(duì)相關(guān)設(shè)備的保護(hù)作用。對(duì)設(shè)備進(jìn)行安裝的過程也是該種方法最為重要的一個(gè)階段，安裝的過程中需要嚴(yán)格的注重每一個(gè)細(xì)節(jié)的工作，避免出現(xiàn)失誤而導(dǎo)致工程設(shè)備中重大危險(xiǎn)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生——為了有效的達(dá)到犧牲陽極保護(hù)陰極的作用，需要在封頭安裝適當(dāng)?shù)拿娣e管板，即每個(gè)封頭內(nèi)每個(gè)小于400 mm×400 mm 面積管板的密閉空間安裝一支（＞400 mm×400 mm 面積管板的密閉空間按照比例增加陽極數(shù)量），每個(gè)密閉空間中至少安裝一支；在空間中心位置，需要嚴(yán)格進(jìn)行一定的安裝工作，即將陽極兩端鐵柄焊接在封頭內(nèi)隔板中間、靠近管板一側(cè)（圖1）。

3.2 水垢的控制

（1）添加循環(huán)水過濾設(shè)備。安裝一定的過濾設(shè)備，可以有效的過濾掉循環(huán)水中的部分水垢，從而有效的保障相關(guān)的化工設(shè)備中水垢的減少，繼而保障相關(guān)的化工設(shè)備中的換熱器的免遭水垢腐蝕的影響，繼而延長(zhǎng)其使用壽命以及使用性能的明顯提升。

（2）定期對(duì)循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)。為了有效的提升相關(guān)循環(huán)水水質(zhì)在各種影響因子的影響下導(dǎo)致水質(zhì)的破壞，這就需要我國政府相關(guān)管理部門承擔(dān)起自己的責(zé)任和義務(wù)，積極地對(duì)相關(guān)的化工設(shè)備的換熱器中所使用的循環(huán)水進(jìn)行一定的嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)手段，從而有效地保障相關(guān)使用的循環(huán)水的各項(xiàng)指標(biāo)能夠嚴(yán)格的達(dá)到該工程所需要的要求；與此同時(shí)，當(dāng)循環(huán)水中某一指標(biāo)出現(xiàn)問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)向上級(jí)部門反映，以便能夠及時(shí)的進(jìn)行相關(guān)的控制工作。

圖1 安裝面積管板

（3）定期對(duì)水塔進(jìn)行沖洗。對(duì)于化工設(shè)備的整個(gè)工程的進(jìn)行情況而言，它的循環(huán)水的蓄水塔始終處于敞開階段，這就在一定程度上導(dǎo)致相關(guān)的空氣中的灰塵等物質(zhì)進(jìn)入塔內(nèi)，降低了相關(guān)循環(huán)水的潔凈性；與此同時(shí)，在循環(huán)水參與換熱器換熱循環(huán)的過程中，可能會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水中摻雜適量的泥沙等物質(zhì)，進(jìn)一步導(dǎo)致水塔中雜物的產(chǎn)生。因此定期對(duì)水塔進(jìn)行適當(dāng)?shù)臎_洗工作是必要的。

（4）控制循環(huán)水流速。當(dāng)化工換熱器中循環(huán)水的流速過大時(shí)，由于水具有一定的動(dòng)能，因此可以有效的使用較大流速的水進(jìn)行沖刷金屬從而達(dá)到?jīng)_刷技術(shù)表面的污垢以及各種腐蝕物質(zhì)的目的。但是與此同時(shí)，在水對(duì)金屬進(jìn)行沖刷的過程中，水與金屬表面反應(yīng)可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致金屬產(chǎn)生氧化反應(yīng)從而進(jìn)一步造成金屬的腐蝕現(xiàn)象。但是當(dāng)循環(huán)水的流速過小時(shí)，循環(huán)水對(duì)金屬的沖刷工序不但達(dá)不到?jīng)_刷作用反而會(huì)進(jìn)一步加劇金屬與水的反應(yīng)從而進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)的金屬腐蝕現(xiàn)象。因此，需要嚴(yán)格的控制相關(guān)循環(huán)水的流速大小，使其更好能夠達(dá)到對(duì)金屬表面的結(jié)垢進(jìn)行沖刷的作用，在有效降低相關(guān)的金屬表面的腐蝕現(xiàn)象并且提升相關(guān)化工化熱器的換熱效率。在此基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)查，將冷卻水的流速控制在1 m/s 較為合適。

3.3 微生物的控制

（1）選用耐腐蝕材料。耐腐蝕材料的使用，可以有效的提升相關(guān)換熱器設(shè)備的抗腐蝕性能的提升。在進(jìn)行耐腐蝕材料使用的過程中，適當(dāng)?shù)膶⑾嚓P(guān)的材料通過一定的技術(shù)處理后，將其用于換熱器的循環(huán)水管線內(nèi)以及換熱器的管內(nèi)壁涂抹一定的防腐涂層，進(jìn)而將該設(shè)備投入到化學(xué)工程的流程中使用，可以有效地保障相關(guān)換熱器的防腐性能的提升。

（2）投加化學(xué)殺生劑。由于微生物的作用對(duì)相關(guān)換熱器造成的腐蝕作用，因此，在實(shí)際的化工設(shè)備的使用中，有效地減低相關(guān)微生物的活性是十分必要的。因此，在實(shí)際的工程中，可以適當(dāng)?shù)耐ㄟ^投加化學(xué)殺生劑的方法，來達(dá)到殺滅微生物、降低微生物活性的目的。用這一手段，可以有效地降低相關(guān)微生物的酶活性以及繁殖速度，從而有效的達(dá)到保障換熱器免受微生物腐蝕的作用。

4 結(jié)束語

由于在化工設(shè)備的循環(huán)水換熱器中出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象不可避免，但是為了有效提升換熱器的使用效率以及使用壽命，就需要相關(guān)人員積極地研究相關(guān)的腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及切實(shí)有效的進(jìn)行各種保障工作，有效保障我國相關(guān)化學(xué)工程的正常進(jìn)行。