煉化尿素裝置換熱器腐蝕與防護

楊婧姣

【摘? 要】換熱器是石化行業(yè)常用的熱能交換設備，由于尿素裝置中換熱器工作介質屬于強腐蝕性介質，同時伴有一定的高溫，導致?lián)Q熱器面臨較大的腐蝕威脅，影響設備的正常使用。換熱器中換熱管的表面腐蝕容易引起換熱器泄漏，引發(fā)安全生產事故，因此探究化工設備換熱器的腐蝕機理和防腐措施十分必要。

【關鍵詞】尿素裝置;換熱器;腐蝕機理;防腐措施

1.換熱器腐蝕的主要原因

引起腐蝕的原因是多方面的，主要有制造換熱器的材質、換熱器結構、加工制作工藝、水質等。下面就幾個主要方面加以說明。

1.1材質問題

換熱器除少數采用不銹鋼、銅與鈦合金及非金屬材料的石墨、玻璃、聚四氟乙烯等特殊材質外，通常情況下一般選用碳鋼作為換熱器的制作材料，相較于合金鋼而言，碳鋼內的碳含量較低，還包含少量的硅、磷、硫等物質，導致其力學性能與耐腐蝕性能有所下降，極易產生生銹、腐蝕等問題，造成一定的經濟損耗。

1.2換熱器進出口溫度

與大多數化學反應一樣，腐蝕的速度與溫度呈現(xiàn)出正比關系，溶液的電導會隨供水溫度升高而得到一定的加強，導致其中腐蝕電流增加，降低了水的粘性，為陽極與陰極創(chuàng)設了良好的反應條件，進一步加劇了換熱器腐蝕問題。

1.3水質問題

換熱器的腐蝕與水質問題密切相關，其中含氣量、PH 值與離子濃度都是導致?lián)Q熱器腐蝕的主要原因之一。從含氣量層面出發(fā)，當換熱器管道中含有過量空氣時，受換熱器內部壓力與溫度的影響會阻礙水循環(huán)，其中的氧氣也會對于金屬產生嚴重的腐蝕作用; 從PH 值層面出發(fā)，倘若水的PH 值過小會為陰極反應創(chuàng)造良好的條件，加快金屬腐蝕速度; 從離子濃度層面出發(fā)，當水中含有較多陰離子時，也會加劇換熱器的腐蝕作用。

1.4電化學腐蝕

換熱器內部的高速流體可以避免流體的沉降和板結，但在長期使用過程中會出現(xiàn)一定介質沉積情況，尤其在工作將近結束的區(qū)域，介質流速降低，會在換熱管內沉積較多的沉積物。受到管內流速和沉積物性質的影響，沉積物在換熱管表面分布并不均勻，粘連也不牢固，容易形成間隙和裂縫，導致沉積物間隙和間隙之間的含氧量不同，引起部分位置的電化學腐蝕，包括面積還原腐蝕、陽極氧化腐蝕等，陽極金屬溶解，陰極金屬還原為中性、堿性或酸性溶液。同時，由于縫隙內外產生的電化學反應速度并不均勻，在一定程度上擴大了腐蝕面積，對換熱器的正常使用造成更大的危害。此外，換熱器內部殼體襯里間若存在焊接缺陷，造成介質與殼體主體直接接觸，在材質與化學反應共同作用下發(fā)生電化學腐蝕，直接導致?lián)Q熱器殼體腐蝕泄露。以今年3月我尿素裝置2起換熱器腐蝕案例為例：E21/2、E4/2均存在殼體電化學腐蝕泄露現(xiàn)象，即殼程出口接管與殼體304襯里之間的內部焊縫處存在一定缺陷，造成介質與殼體主體材質Q345直接接觸，該換熱器殼程介質中含有微量的氨氣和二氧化碳，它們在一定溫度下形成氨根離子和碳酸根離子，與殼體中的鐵元素發(fā)生電化學腐蝕，最終導致?lián)Q熱器殼體出現(xiàn)泄漏。

2.換熱器腐蝕防護的具體措施

2.1選擇高效的換熱設備

結合煉油生產的特點，選擇最佳的換熱設備，對換熱器的制造材質進行優(yōu)化，選擇耐腐蝕的材質，應用耐腐蝕的合金等材料代替普通的碳鋼材料。從防腐性能、耐熱性能及性價比等多個角度，考慮換熱器的選材，使其滿足煉油化工生產的技術要求。

2.2在金屬表面覆蓋涂料保護層

選擇最佳的涂層材料，對換熱器的內壁進行涂層處理，使換熱器內壁形成一層保護膜，按照一定的厚度進行涂層處理，避免換熱器遭受嚴重的腐蝕。優(yōu)化涂裝技術措施，才能保證涂層達到防腐的效果。對高溫的油品換熱器進行檢修過程中，通過吹掃作用，才能使其達到檢修的質量標準，極易損壞涂層，必要時采用鍍層技術防護措施，解決涂層易脫落的問題。

2.3煉油化工生產工藝防腐措施

在進行煉油化工生產過程中，為了降低換熱器的腐蝕程度，加強對煉油化工生產工藝的管理，對原料油進行預處理，減少其中腐蝕介質的含量，使原料得到凈化，達到防腐的效果。對煉油廠換熱器進行改進，提高換熱的效率，延緩換熱器的腐蝕，保證換熱器正常換熱。對換熱器的防腐絕緣層進行監(jiān)測，如果發(fā)生防腐層損壞，進行維修處理，恢復防腐層的完整性，保證換熱器處于完好的狀況，保證煉油化工生產的正常進行，降低熱能的損失，提高熱能的利用率，從而達到提高了煉油化工生產的經濟效益的效果。

2.4應用電化學保護法

現(xiàn)如今，應用電化學保護法提升換熱器的抗腐蝕效果的方法主要分為強制電流（外加電流）陰極保護與犧牲陽極的陰極保護兩種方法： 其中強制電流（外加電流）陰極保護主要依靠在換熱器外部接入直流電源，實現(xiàn)金屬表面陽極的有效轉換，然而該方法造成電源能耗較大、成本費用昂貴，因此其推廣與應用的力度較小; 另外一種犧牲陽極的陰極保護法是最常用的一種電化學防腐方法?？梢岳秒娀瘜W原理對陰極材料進行保護，在被保護的金屬設備表面連接一個電極電位更低的金屬，比如在鐵材料設備中連接鎂、鋁、鎂鋁合金等材料，可以使被保護的金屬鐵元素作為陰極，增加的金屬作為陽極，保護陰極金屬材料，避免陰極被腐蝕。在化工換熱器設備常見的電化學腐蝕中，可以選擇比鐵素體電位更低的材料進行保護，比如以鋁元素作為陽極，在電化學反應作用下在金屬表面形成氧化膜，雖然并不會產生腐蝕電流，但氧化膜也會起到一定的防腐作用。常用的犧牲陽極材料為鋅金屬，其價格相對低廉且具有良好的陰極極化效果。換熱管陰極保護原理見圖1。

2.5定期開展維護管理

除應用物理與化學防護方法之外，還應當在日常工作中提高換熱器的維護管理力度，最大限度提升換熱器的耐腐蝕性能、延長使用壽命。制定切實可行的日常維護制度，合理規(guī)劃防腐檢查工作以及換熱器維護工作，要求相關工作人員加強對于換熱器的日常維護管理，定期針對換熱器內部狀況進行檢測與清理，避免出現(xiàn)污垢或淤泥堆積而造成換熱器內部堵塞，保證防腐效果，實現(xiàn)對于換熱器的有效維護。

3.結束語

化工設備換熱器在化工生產過程中起著十分關鍵的作用，直接關系著化工企業(yè)的生產效益。本文針對尿素裝置換熱器腐蝕機理分析與防護措施的總結，展望化工設備換熱器容易發(fā)生腐蝕而影響設備的使用壽命和使用性能等問題，加強對化工設備換熱器腐蝕類型和采用的針對性防腐措施的研究已成為各煉化裝置的重要研究問題。希望本文對化工裝置換熱器的腐蝕機理、有針對性的防腐措施、日常管理等方面給予幫助，共同達到提高化工企業(yè)的經濟效益，促進化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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