淺析化工設(shè)備換熱器的常見腐蝕與防腐

林雪蘭

摘 要：換熱器是化工設(shè)備的重要組成部分，在化工設(shè)備工作過程中出現(xiàn)溫度過高情況時(shí)，換熱器可有效降低化工設(shè)備溫度，使其貼合化工工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。由于化工設(shè)備換熱器工作環(huán)境的復(fù)雜性、工作強(qiáng)度、人為損壞等各種因素的影響，換熱器腐蝕情況較為常見，給化工設(shè)備正常工作帶來一定影響。改善換熱器腐蝕情況，保證化工設(shè)備換熱器正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。本文針對(duì)化工設(shè)備換熱器的常見腐蝕和防腐進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備換熱器;常見腐蝕;防腐處理

引言

因縫隙腐蝕的孕育期較長(zhǎng)且沒有明顯的預(yù)兆，縫隙腐蝕一般比較隱蔽，難以對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)測(cè);而且縫隙腐蝕一旦開始，其腐蝕速率會(huì)迅速增大并帶來嚴(yán)重破壞。因此，對(duì)于縫隙腐蝕的研究具有十分重要的意義。本文結(jié)合換熱器的結(jié)構(gòu)和使用工況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備取樣，并進(jìn)行材質(zhì)分析、硬度測(cè)試、微觀組織形貌觀察和腐蝕產(chǎn)物能譜分析，找到了換熱管腐蝕泄漏的根本原因，并提出了改進(jìn)措施。

1化工設(shè)備換熱器常見腐蝕情況

1.1高溫氫損傷腐蝕問題

在高溫、高壓的環(huán)境背景下，一旦氫氣發(fā)生擴(kuò)散問題，進(jìn)入鋼材的內(nèi)部，將會(huì)與鋼材內(nèi)部的不穩(wěn)定碳化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，繼而產(chǎn)生甲烷等氣體，大大影響鋼材的碳含量，影響鋼材本身的材料硬度。同時(shí)甲烷氣體未能從鋼材中脫離出來，將會(huì)在晶界以及周邊的空隙中聚集起來，一旦處于高溫、高壓環(huán)境狀態(tài)下，甲烷聚集區(qū)域的鋼材表面將會(huì)出現(xiàn)微小的裂縫及鼓包，鋼材的延伸性以及鋼材硬度將會(huì)大打折扣。隨著鋼材碳元素的逐步流失，鋼材本身的應(yīng)用性能將會(huì)逐步下降，鋼材的表面將會(huì)出現(xiàn)大量的縫隙。

1.2電化學(xué)腐蝕

化工設(shè)備換熱器在生產(chǎn)過程中，受化學(xué)物質(zhì)原材料的影響較大，當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)性較大、且流動(dòng)不均，易在換熱器表面停滯不前時(shí)，沉積物在換熱器表面造成腐蝕，出現(xiàn)縫隙或裂痕。裂縫內(nèi)外出現(xiàn)氧氣差異，化學(xué)設(shè)備換熱器出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕會(huì)在短期內(nèi)造成換熱器表面大面積腐蝕。在停用后，還會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器表面沉積物沉淀，造成其表面粗糙，在化工設(shè)備運(yùn)行過程中，因換熱器表面粗糙程度過高，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)水鐵含量增高，給設(shè)備運(yùn)行帶來較大阻力，加劇換熱器腐蝕。

1.3磨損腐蝕

原料水冷器殼層介質(zhì)為減二減三線原料油水冷器直接與原料泵出口相連壓力達(dá)3.2MPa進(jìn)入換熱器流速過高，高速流體在進(jìn)入換熱器入口處形成渦流，加劇對(duì)管束及內(nèi)壁的沖刷造成渦流磨損腐蝕，特別是在換熱器高溫介質(zhì)入口端的40～50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產(chǎn)生渦流擾動(dòng)有關(guān)，但一方面，隨著腐蝕速率的增大，沖刷渦流磨損也加快。磨損率通常隨腐蝕性增強(qiáng)而變大，在耐腐蝕保護(hù)膜的生成速度小于沖刷磨損速度則將發(fā)生較嚴(yán)重的渦流磨損腐蝕。沖刷渦流擾動(dòng)也對(duì)金屬表面已經(jīng)生成的腐蝕產(chǎn)物的機(jī)械沖刷作用使其脫離，同時(shí)對(duì)新裸露金屬表面繼續(xù)與腐蝕環(huán)境繼續(xù)接觸，進(jìn)而加劇交替侵蝕的綜合作用。

1.4換熱管腐蝕

化工設(shè)備換熱器以水為介質(zhì)進(jìn)行換熱工作，由于水體pH值不穩(wěn)定，水汽與鐵元素的中和作用、與氧化物的溶解作用等多種因素的影響，水中的有害物質(zhì)，即陰離子（C1-）等物質(zhì)形成化學(xué)腐蝕。換熱器受水汽滲透沖刷作用影響，腐蝕程度加重。

2化工設(shè)備換熱器的防腐措施

2.1材質(zhì)升級(jí)

換熱器管束材質(zhì)為08Cr2AlMo，此材質(zhì)為早年研制的針對(duì)硫化氫、氯化氫腐蝕的低合金鋼，Cr和Mo含量較低，耐蝕性有限，不適合目前的環(huán)境，建議選用新型抗點(diǎn)蝕性能更好的材質(zhì)，例如：N08367，904L或825合金材質(zhì)。

2.2在換熱器表層涂刷防腐涂料

導(dǎo)致化工設(shè)備換熱器出現(xiàn)腐蝕情況甚至加重現(xiàn)有腐蝕現(xiàn)象的主要原因是換熱器金屬表面與外界環(huán)境未能有良好隔絕，為解決這一問題，降低換熱器腐蝕概率，可利用電鍍、火焰噴涂、包鍍、蒸汽鍍等方式在換熱器表面進(jìn)行金屬鍍層，如鍍鎳或鍍錫，在金屬與環(huán)境間形成穩(wěn)固有效的屏障，隔絕外界有害物質(zhì)侵襲。同時(shí)，化工生產(chǎn)部門還可選擇無機(jī)涂層，如CH-784環(huán)氧胺基涂料，其具有耐酸堿、耐溶劑、隔絕水蒸氣、強(qiáng)附著力等諸多優(yōu)勢(shì)，且其施工較為簡(jiǎn)易方便，化工生產(chǎn)工作人員需預(yù)先對(duì)化工設(shè)備換熱管進(jìn)行表面處理，利用噴砂進(jìn)行除銹，使其露出表面金屬原色，后利用浸泡式施工方式進(jìn)行涂層，涂層厚度一般為80～250μm為最佳，依照最新化工工藝標(biāo)準(zhǔn)底漆兩層、面漆三至四層進(jìn)行噴涂。在噴涂完畢后，待換熱器表面涂層風(fēng)干后進(jìn)行二次加熱固化，增加涂層穩(wěn)固性，防止其在后期工作過程中剝落?；どa(chǎn)相關(guān)部門負(fù)責(zé)人員需要對(duì)化工設(shè)備換熱器涂層情況進(jìn)行檢查驗(yàn)收，觀察其表面是否光滑平整、有無裂紋或漏涂部分，一旦發(fā)現(xiàn)存在以前情況，必須追究施工人員責(zé)任，并進(jìn)行二次返工重新噴刷，以保障無機(jī)涂層的屏障保護(hù)作用。

2.3靈活應(yīng)用電化學(xué)保護(hù)技術(shù)

電化學(xué)保護(hù)方法是將負(fù)電子直接引導(dǎo)至被保護(hù)的物質(zhì)上，讓被保護(hù)物質(zhì)的表面的腐蝕性正電子與負(fù)電子相結(jié)合，繼而達(dá)到靜電平衡的模式，起到物質(zhì)防腐功效。電化學(xué)保護(hù)法可細(xì)分為兩種，其中犧牲陽極的陰極保護(hù)法，是以原電池構(gòu)造的方式讓被保護(hù)部位的物質(zhì)作為陰極，繼而得到電子，這種電化學(xué)保護(hù)方法是需要陽極物質(zhì)活潑性高于陰極物質(zhì)。另一種則是外加電源的陰極保護(hù)法，其保護(hù)原理為將電源的負(fù)極外連接在被保護(hù)的物質(zhì)上，與被保護(hù)物質(zhì)附近的腐蝕性陽離子結(jié)合得到電子，繼而實(shí)現(xiàn)靜電平衡，最終達(dá)到腐蝕消除的作用價(jià)值。但電化學(xué)保護(hù)技術(shù)應(yīng)用成本相對(duì)較高，甚至?xí)拇罅康碾娔芮蚁嚓P(guān)應(yīng)用技術(shù)并未完全發(fā)展成熟，因此只能在特殊情況下應(yīng)用。

2.4對(duì)化工設(shè)備換熱器腐蝕介質(zhì)進(jìn)行處理

化工設(shè)備換熱器防腐在本質(zhì)上是金屬防腐，可以通過對(duì)腐蝕介質(zhì)的處理達(dá)到防腐目的。例如，在化工生產(chǎn)過程中，由于化工原料噴濺，殘留到化學(xué)設(shè)備換熱器金屬表面，造成換熱器腐蝕，針對(duì)這一情況，相關(guān)部門可通過消除防腐介質(zhì)手段，保證金屬表面的絕對(duì)干燥，即經(jīng)常擦干換熱器表面存在的水分、在換熱器中加裝干燥機(jī)或緩蝕劑等，加強(qiáng)對(duì)腐蝕介質(zhì)的處理，能夠有效消除腐蝕介質(zhì)的存在，減少化工設(shè)備換熱器腐蝕，提升換熱器工作質(zhì)量，加快化工生產(chǎn)效率，加快完成化工生產(chǎn)任務(wù)的速度。

2.5開展換熱器的針對(duì)性維修工作

對(duì)換熱器開展程序性的檢查工作后，對(duì)于存在安全隱患的換熱器部分，需要進(jìn)行針對(duì)性的維修。如對(duì)于由于腐蝕問題或是其他問題導(dǎo)致?lián)Q熱管管壁減薄發(fā)生穿孔問題時(shí)，需要立即更換換熱管。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生溫度變化的區(qū)域以及出現(xiàn)膨脹、收縮的換熱管，及時(shí)進(jìn)行防腐蝕處理工作。對(duì)于換熱管中的流通換熱介質(zhì)管道進(jìn)行防膨脹、防泄漏以及防銹處理。

結(jié)束語

造成化工設(shè)備換熱器腐蝕的情況復(fù)雜多樣，且易影響化工設(shè)備生產(chǎn)穩(wěn)定開展進(jìn)行。為改善這一情況，相關(guān)化工生產(chǎn)部門必須重視化工設(shè)備換熱器的防腐處理，針對(duì)換熱器目前存在的腐蝕情況進(jìn)行深入研究，不斷更新升級(jí)防腐技術(shù)手段，利用先進(jìn)的、多元化的防腐技術(shù)保證化工設(shè)備換熱器工作質(zhì)量，提升化工生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱蘭芬，薛俊峰.空冷器腐蝕防護(hù)涂層研制及應(yīng)用[J].全面腐蝕控制，2019，33（12）：6-12.

[2]包鵬飛，馮志花，李風(fēng)旭.尿素裝置換熱器典型問題及應(yīng)對(duì)措施[J].化肥設(shè)計(jì)，2019，57（06）：51-52+61.

[3]徐孝闖.加氫裝置高壓換熱器的銨鹽腐蝕及預(yù)防措施[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2019，36（06）：31-33.

[4]杜天民，張夢(mèng)瓊，宋陶練.氟塑料換熱器在低溫氣水換熱領(lǐng)域的應(yīng)用[J].塑料，2019，48（06）：59-61.

[5]劉廣廈.換熱器常見腐蝕問題分析及防腐蝕探究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（23）：170-172.

（中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司洗滌劑化工廠，遼寧 撫順 113000）