不銹鋼板式換熱器失效原因及提高使用壽命方法探究

孫樹強，王維革

（1.吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司，吉林 吉林 132001；2.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 延吉 133000）

導(dǎo)致?lián)Q熱器失效的因素分為外部因素和內(nèi)部因素，外部因素包括相鄰波紋板內(nèi)熱交換流體的離子成分，板式換熱器內(nèi)熱交換流體的工作溫度，內(nèi)部因素包括焊接的接口浸泡在熱交換流體中對焊縫頂端和熱影響區(qū)變化以及不銹鋼本身材質(zhì)問題。下面分別從兩方面進行分析。

1 不銹鋼板式換熱器失效的外部原因

1.1 熱交換流體離子對換熱器的腐蝕

以換熱器熱交換流體是水為例，工業(yè)用水和未經(jīng)軟化的地下水常常被用作換熱器的冷卻流體，然而，水中存在很多離子，這些離子會與不銹鋼中的鐵成分有反應(yīng)，尤其是氯離子與鐵離子的反應(yīng)，導(dǎo)致板片表面出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象是最常見的。

同時，在工業(yè)生產(chǎn)中，也會使用中性溶劑去進行板與板之間的熱量交換流體，然而，中性溶劑中也會包含酸性的成分（油酸），這些酸性成分也造成了換熱器的腐蝕，換熱器的板片出現(xiàn)腐蝕時，板片厚度變薄，熱交換流體中夾雜腐蝕后殘渣，影響熱交換的效率；腐蝕嚴(yán)重時，會導(dǎo)致板壁穿洞，冷熱流體互相滲透，導(dǎo)致熱量交換不出去，增加了設(shè)備運行成本。由此可見，在工業(yè)生產(chǎn)中選擇耐酸、耐腐蝕的材料作為換熱器板片，是很有必要的。

1.2 焊縫接口處熱交換流體溫度對換熱器換熱的影響

換熱器板片某些部位需要焊接工藝進行連接，在一項實驗中，將焊接完好的焊接樣品放入以三氯化鐵為溶質(zhì)的溶液中浸泡，在常溫條件下，焊件的焊縫頂端表面和遠(yuǎn)離焊縫頂部的熱影響區(qū)表面會在8 分鐘內(nèi)產(chǎn)生腐蝕淺坑，這些腐蝕部分會伴隨氣泡而表面凹陷形成一個個的小淺坑，而距離焊縫很遠(yuǎn)的部分未出現(xiàn)氣泡和淺坑。隨著溶液溫度的升高，在溫度達到80℃時，焊縫頂端出現(xiàn)了很深的穿孔，熱影響區(qū)也出現(xiàn)了數(shù)量眾多的腐蝕坑，深度較之前的淺坑有了更明顯的變化。由此可見，焊縫接口處的熱交換流體溫度也會對焊接區(qū)域造成影響，影響腐蝕坑的深度和數(shù)量。

在進一步的實驗中，分析電解拋光對焊接接口表面金屬的影響，將焊接樣品分為兩部分，一部分進行電解拋光操作，一部分不做電解拋光操作，然后，再將焊接樣品置入以三氯化鐵為溶質(zhì)的溶液中浸泡，比較焊縫頂端和熱影響區(qū)的腐蝕程度。

電解拋光的工作原理是將需要電解的導(dǎo)電樣品連接直流電源的正極，將耐電解的導(dǎo)電樣品連接直流電源負(fù)極，將兩個樣品置入電解液中，電解一段時間后，連接正極的樣品上面的疏松薄膜會被溶解，達到表面拋光效果。

2 不銹鋼板式換熱器失效的內(nèi)部原因

不銹鋼板式換熱器失效的內(nèi)部原因涉及構(gòu)成不銹鋼的合金元素含量變化，如果板材內(nèi)部鉻含量偏低、鈦含量偏低會使板材呈現(xiàn)出易腐蝕的特點。不銹鋼中鉬元素含量偏高，會使板材的耐腐蝕能力增強；在板材中加入銅元素和鎳元素，可以提高板材在酸性環(huán)境中的耐腐蝕能力。由此可見，在板材中加入合適比例的銅元素，鉬元素，鎳元素可以大大提高板材的耐腐蝕能力，減少板材表面腐蝕坑的出現(xiàn)。

3 提高使用壽命的方法措施

（1）降低熱交換流體中酸性離子濃度。為了降低酸性離子濃度，可以采用電解法，電解出熱交換流體中含氯化合物，降低氯離子濃度。在電解后的熱交換流體中加入一定比例含量的堿（氨水），加入的堿可以用來進一步控制熱交換流體的氯離子濃度，同時，中和流體中的其他離子，調(diào)整熱交換流體的pH 值，減緩板材的腐蝕程度。

（2）控制板式換熱器的工作溫度。不銹鋼板式換熱器中存在很多焊接結(jié)構(gòu)，熱交換流體的工作溫度會影響焊接部位的內(nèi)部腐蝕坑變化。在常溫條件下，焊接部位的焊縫頂部表面和遠(yuǎn)離焊縫頂部的熱影響區(qū)表面會在短時間內(nèi)產(chǎn)生腐蝕淺坑，隨著溫度進一步升高，焊縫頂端和熱影響區(qū)的腐蝕坑數(shù)量逐漸增多，并且，腐蝕坑的深度逐漸增加。由此可見，溫度的升高會加速焊接部位的腐蝕出現(xiàn)。所以，控制溫度可以在一定程度上控制金屬焊接部位腐蝕快慢。

（3）選擇更加耐腐蝕的不銹鋼合金材料作為換熱器板材。奧氏體不銹鋼是一種富含鉻、鉬、鎳的合金不銹鋼。此類合金不銹鋼有一個重要的特點，那就是奧氏體不銹鋼在焊接完成后，焊接區(qū)域受到腐蝕后產(chǎn)生的腐蝕坑很少。鈦元素對腐蝕也可以起到減緩作用，如果資金條件允許，可以選擇鈦材作為板式換熱器的材料，這樣可以大大地降低板式換熱器的腐蝕。

（4）改變換熱器板片的焊接方式。與傳統(tǒng)的雙縫焊比較后，我們可以選擇激光單焊縫焊接方式焊接波紋板，這種焊接方式的優(yōu)點是焊接速度快，接口處不易開焊，受到腐蝕時，熱影響區(qū)的范圍減小，腐蝕坑的數(shù)量也相應(yīng)減少。

（5）增加板片與板片之間的接觸觸點的數(shù)量。觸點數(shù)量的增加意味著更多湍流區(qū)域在相鄰波紋薄板中出現(xiàn)，在這些湍流區(qū)域中，會出現(xiàn)高速的湍流擾動，工質(zhì)擾動越強烈，板片的剛度就會越強，增加板片的剛度也是提高板片使用壽命的一種方法；湍流擾動越強烈，冷熱流體交換熱量越多，設(shè)備的換熱效率越高。

（6）對焊件采用電解拋光處理和鈍化處理。對焊接板片表面采用電解拋光，電解出疏松的表面氧化膜，然后，將電解拋光后的焊件放入硝酸溶液中進行鈍化處理，使得焊件表面形成一種更加致密的氧化膜，這層氧化膜減緩了里層的金屬與熱交換流體的氧化反應(yīng)的進行，提高了板片的使用壽命。

（7）使用硬度小的液態(tài)工質(zhì)作為熱量交換流體。以工業(yè)中最常見的熱量交換工質(zhì)-工業(yè)用水為例，如果工業(yè)用水的硬度過高，就會造成板式換熱器表面結(jié)水垢，這樣的危害是增大阻垢系數(shù)，降低冷熱流體換熱效率。為了解決這一問題，可以對水進行軟化處理，安裝軟水器，使用樹脂軟化工業(yè)用水，吸附水中的鈣鎂離子，降低工業(yè)用水的出水硬度，使水質(zhì)的硬度達到使用要求，阻止波紋薄板表面水垢的形成，提高換熱器的使用壽命。

（8）用惰性氣體對不銹鋼板式換熱器進行定期保養(yǎng)。在運行一段時間后，對換熱器設(shè)備進行停工保養(yǎng)，可以向板片間充入惰性氣體，對換熱器進行風(fēng)干處理，之后進行密封處理。這樣做可以減少空氣中氧氣與波紋板表面接觸，降低腐蝕危害。在開工前，也可以用稀堿溶液沖洗表面，減少酸性物質(zhì)的殘留。

4 結(jié)語

通過分析不銹鋼板式換熱器腐蝕的內(nèi)部因素和外部因素，找到了提高板式換熱器使用壽命的方法，根據(jù)對內(nèi)部因素的分析，我們可以采取以下措施：

（1）更換為鈦材質(zhì)的板片可以減小腐蝕，但是，更換材質(zhì)的成本較高。

（2）可以選擇向原先不銹鋼材質(zhì)的材料中加入鉬、鈦、鉻等元素提高材料的抗腐蝕能力。

（3）由于奧氏體不銹鋼在焊接后產(chǎn)生的腐蝕坑數(shù)量極少，所以，可以選擇此類不銹鋼材料作為換熱器材料。

根據(jù)對外部因素的分析，我們可以采用以下措施：

采用電解法降低熱交換流體中的氯離子濃度，減緩腐蝕。

控制板式換熱器中的冷熱流體工作溫度可以在一定程度上控制住腐蝕快慢。

可以選擇激光單焊縫焊接方式焊接換熱器波紋板，這樣可以縮小熱影響區(qū)的范圍，減小腐蝕坑的出現(xiàn)。

增加板片與板片之間的接觸觸點的數(shù)量，可以提高板片的剛度和熱量交換的湍流強度，提高熱交換效率。

對焊件采用電解拋光處理和鈍化處理也可以降低腐蝕。

對工業(yè)用水進行軟化處理，可以降低板材表面結(jié)垢的危害，提高換熱器的使用壽命。

對不銹鋼板式換熱器進行定期的惰性氣體保養(yǎng)，可以提高換熱器的使用壽命。