水冷器結(jié)垢和腐蝕機(jī)理分析

賈忠喜

（大慶油田化工有限公司輕烴分餾分公司，黑龍江大慶 163411）

為延長(zhǎng)水冷器使用壽命，保障裝置的正常運(yùn)行，縮減企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，降低企業(yè)生產(chǎn)中對(duì)環(huán)境的破壞，必須分析水冷器結(jié)垢及腐蝕機(jī)理，以分析腐蝕機(jī)理原因，查找水冷器泄漏的關(guān)鍵因素，探尋對(duì)應(yīng)的防腐解決措施，以改善水冷器結(jié)構(gòu)及腐蝕的發(fā)生情況。

1 水冷器腐蝕狀況

水冷器腐蝕產(chǎn)物及結(jié)垢現(xiàn)象較多，極易引發(fā)水冷器泄漏事故，泄漏部位主要集中在管程循環(huán)水側(cè)端部位，循環(huán)水的側(cè)端封頭部分銹瘤數(shù)量較多，且結(jié)垢情況十分嚴(yán)重，對(duì)銹瘤進(jìn)行去除以后，腐蝕以坑狀展現(xiàn)，在管束口位置也存在大量的腐蝕雜質(zhì)和結(jié)垢現(xiàn)象，冷水器在打開(kāi)以后，大量微生物黏泥會(huì)附著于管箱部位[1]。具體腐蝕情況如圖1所示。

圖1 水冷器腐蝕情況圖

分析當(dāng)前水冷器腐蝕情況，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1.1 U型管和浮頭式散熱器

采用循環(huán)冷卻水與熱介質(zhì)換熱。材質(zhì)為10#鋼，由于換熱器運(yùn)行大多處于循環(huán)水環(huán)境下的熱交換狀態(tài)，加之工藝過(guò)程往往處于高溫高壓的狀態(tài)，惡化的循環(huán)水質(zhì)以及化學(xué)介質(zhì)具有嚴(yán)重的腐蝕特性，會(huì)加劇對(duì)換熱器的腐蝕，降低換熱器的使用壽命，影響到化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。介質(zhì)的高流速，對(duì)換熱器的金屬產(chǎn)生摩擦阻力，長(zhǎng)期的沖擊作用，引起換熱器金屬的磨蝕腐蝕，還存在應(yīng)力腐蝕、溶解氧腐蝕和電化學(xué)腐蝕的情況，每年檢修時(shí)采用高壓水槍清洗。從實(shí)際應(yīng)用情況分析，一般情況下該類散熱器的更換周期為4～6a。

1.2 柴油——熱水冷器

該熱水冷器的管程介質(zhì)主要為循環(huán)水和熱水，對(duì)管束行打開(kāi)和抽出干預(yù)后，可見(jiàn)管束內(nèi)部結(jié)垢情況，極易產(chǎn)生垢下腐蝕，該換熱器主要位于三層平臺(tái)位置，由于循環(huán)水的壓力值欠缺，極易導(dǎo)致?lián)Q熱管束無(wú)法填充罐內(nèi)，導(dǎo)致介質(zhì)側(cè)的溫度超過(guò)為填滿位置，水汽化現(xiàn)象的產(chǎn)生導(dǎo)致管道結(jié)垢現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，由于原設(shè)計(jì)與使用實(shí)際情況存在一定的差異性，極易對(duì)換熱器材料的性能產(chǎn)生不良影響。

1.3 重碳四冷卻器

該冷卻器屬于氣體分流裝置，管程介質(zhì)為循環(huán)水，重碳四為殼程介質(zhì)，管束制作材料型號(hào)為10#，觀察管束，其循環(huán)水介質(zhì)的側(cè)封頭部位銹瘤數(shù)量較多，結(jié)垢現(xiàn)象極為嚴(yán)重，對(duì)銹瘤進(jìn)行去除以后，腐蝕坑大量存在，管束口的雜質(zhì)和結(jié)垢現(xiàn)象異常嚴(yán)重，重碳四介質(zhì)表面極為光滑，存在輕微腐蝕。

1.4 貧吸收油冷卻器

該冷卻器屬于催化裂化裝置的一種，循環(huán)水為管程介質(zhì)，柴油為殼程介質(zhì)，管束材質(zhì)主要以10#材料為主，以SHY-99作為管內(nèi)涂料，管束進(jìn)行高壓清洗試壓干預(yù)，可見(jiàn)泄漏，其大都由于換熱器在地面工作，對(duì)能源消耗進(jìn)行控制，低流速下，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間結(jié)垢，最終導(dǎo)致腐蝕情況的發(fā)生。

2 水冷器泄漏問(wèn)題

2.1 管子泄漏

在常規(guī)情況下，一旦水冷器產(chǎn)生頻繁泄漏，可發(fā)現(xiàn)循環(huán)水部位泥及水垢等物質(zhì)大量存在，在管束管子外部及表面位置，管子及管板的焊接位置，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)水垢腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致管束管子穿孔情況十分嚴(yán)重，管子焊接縫部位泄漏現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.2 水垢沉積物產(chǎn)生原因

循環(huán)水系統(tǒng)工作過(guò)程中，大都針對(duì)工業(yè)污水開(kāi)展有效處理，以保障工業(yè)用水的回收價(jià)值，依據(jù)系統(tǒng)開(kāi)展補(bǔ)水處理，可促進(jìn)污水處理效果的提升，但是，由于水循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用中，缺少旁濾結(jié)構(gòu)，無(wú)法有效對(duì)懸浮物質(zhì)進(jìn)行去除，所以管理形式較差，金屬表面沉積物數(shù)量也比較多，在進(jìn)行污水回用過(guò)程中，水循環(huán)系統(tǒng)劣化情況十分嚴(yán)重，機(jī)械設(shè)備的腐蝕速度會(huì)隨之升高，可發(fā)現(xiàn)腐蝕因子含量增加，包括氯離子和電導(dǎo)率，大量菌藻物質(zhì)產(chǎn)生，菌藻大量在金屬表面沉淀，水質(zhì)惡化問(wèn)題十分嚴(yán)重。

3 水冷器水垢加速產(chǎn)生因素分析

水冷器產(chǎn)生頻繁漏水的原因大都是由于水垢數(shù)量過(guò)多，腐蝕常見(jiàn)表現(xiàn)為穿孔，依據(jù)水垢形成的原因進(jìn)行劃分，以科學(xué)合理地進(jìn)行控制方案和管理方案的制定，保障系統(tǒng)運(yùn)行水平的正常，下面就水冷器中水垢產(chǎn)生的原因進(jìn)行論述分析：

3.1 機(jī)械設(shè)備制造質(zhì)量

當(dāng)前，我國(guó)進(jìn)行水冷器機(jī)械裝備制造時(shí)，質(zhì)量問(wèn)題大都十分嚴(yán)重，若是不能對(duì)質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行把控，將增加設(shè)備的維護(hù)次數(shù)，影響設(shè)備實(shí)際管理效果。經(jīng)相關(guān)研究表明，由于水冷器焊接縫質(zhì)量無(wú)法滿足預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)需求，縫隙中腐蝕現(xiàn)象就會(huì)比較嚴(yán)重，水垢生成速度隨之增加。

3.2 機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)問(wèn)題

水冷器產(chǎn)生頻發(fā)泄漏問(wèn)題以后，對(duì)其設(shè)備結(jié)構(gòu)開(kāi)展研究，發(fā)現(xiàn)，換熱器結(jié)構(gòu)大都為浮頭式結(jié)構(gòu)，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部泄漏情況十分嚴(yán)重，分析浮頭式結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況，在應(yīng)用該結(jié)構(gòu)過(guò)程中，污泥存在大小浮頭中沉積現(xiàn)象十分嚴(yán)重，沉積后水垢問(wèn)題嚴(yán)重，腐蝕穿孔問(wèn)題發(fā)生概率隨之提升，若是不能采取合理形式對(duì)其進(jìn)行管理，將對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。

3.3 缺少節(jié)能觀念

在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，缺少節(jié)能觀念和節(jié)能意識(shí)，無(wú)法科學(xué)合理地進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)控與裝置調(diào)控，比如，在對(duì)進(jìn)水閥開(kāi)展調(diào)整時(shí)，無(wú)法依靠節(jié)能工藝開(kāi)展工作，水量增加情況時(shí)有發(fā)生，沉積物的沉積速度不斷增加，水垢發(fā)生速度也隨之增長(zhǎng)。

3.4 缺少合理的設(shè)計(jì)及操作工藝

在進(jìn)行冷水器機(jī)械設(shè)計(jì)與工藝操作的過(guò)程中，未能依據(jù)原定管理方案開(kāi)展設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容缺少合理性，對(duì)設(shè)備的良好運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，從一個(gè)角度分析，機(jī)械設(shè)備工作開(kāi)展中，未能對(duì)腐蝕及水垢問(wèn)題進(jìn)行解決，盲目重視設(shè)計(jì)成本，無(wú)法有效進(jìn)行成本控制，也無(wú)法將工藝操作模式與原設(shè)備方案相結(jié)合，從另一角度分析，在應(yīng)用工藝進(jìn)行分析的過(guò)程中，無(wú)法滿足負(fù)荷與操作壓力，待關(guān)閉小閥門以后，水流量會(huì)逐漸減少，沉積物數(shù)量不斷增加，水垢現(xiàn)象極為嚴(yán)重。水冷器制造運(yùn)行時(shí)，由于缺少經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法有效對(duì)水流速度進(jìn)行把控，也無(wú)法保障焊縫連接的緊密性，對(duì)設(shè)備整體運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

4 水垢與腐蝕機(jī)理

冷水器系統(tǒng)中存在的水垢物質(zhì)，結(jié)垢大都以重鹽酸鹽結(jié)構(gòu)為主，濃度越高，水分的蒸發(fā)量越多，待其濃度達(dá)到一定數(shù)值以后，會(huì)大量從水體中析出，并形成水垢。在一般情況下，空氣與冷卻水接觸，水中的溶解氧會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，受到高溫條件影響，將產(chǎn)生金屬截骨的腐蝕效果，若是情況嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致穿孔問(wèn)題的發(fā)生，若是無(wú)法對(duì)這類問(wèn)題進(jìn)行解決，將對(duì)冷水器的運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。

電化學(xué)腐蝕屬于腐蝕發(fā)生的最主要因素，由于電化學(xué)腐蝕，金屬設(shè)備的表面存在不均勻特質(zhì)，這些特質(zhì)極大程度會(huì)導(dǎo)致電極電位異常，若是兩個(gè)電極電位存在差異性，則可依靠金屬本體生產(chǎn)原電池，原電池的高位為陰極，低電位為陽(yáng)極，以此生成電化學(xué)腐蝕效果。金屬表面位置存在的不均勻性可受多種因素影響，包括表面沉積物不均勻、溶解濃度不均勻、溫度不均勻等，均會(huì)導(dǎo)致溶解氧的不均勻。電化學(xué)腐蝕作用的發(fā)生必須與重組的水和金屬混合以后，才可受到極化因素的影響，繼續(xù)發(fā)生電化學(xué)腐蝕效果，此外，若是水中鹽分含量的增加，將直接導(dǎo)致水的導(dǎo)電性能提升，導(dǎo)致腐蝕加快。氯離子在金屬表面存在，對(duì)金屬表面的氧化膜產(chǎn)生破壞作用，加速了腐蝕。溫度越高，水流速度也會(huì)隨之增加，導(dǎo)致氧擴(kuò)散面積的增加，引起嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。

5 冷水器頻繁泄漏的應(yīng)對(duì)措施

為對(duì)冷水器系統(tǒng)進(jìn)行有效管理，降低泄漏問(wèn)題發(fā)生概率，必須合理去除水垢，科學(xué)合理地進(jìn)行水垢的分析，以保障冷水器運(yùn)行的良好性。所以，應(yīng)對(duì)冷水器頻繁泄漏，應(yīng)從以下幾個(gè)方面開(kāi)展。

5.1 管理工作

針對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)的旁濾結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，必須強(qiáng)化其管理，以促進(jìn)水循環(huán)結(jié)構(gòu)旁濾效果的優(yōu)化，促進(jìn)旁濾效果的提升，可以采用增加旁濾罐的方式，對(duì)旁濾罐加強(qiáng)管理和清洗。

5.2 細(xì)化回用水并合理處理

水循環(huán)系統(tǒng)中，回用水屬于最常見(jiàn)的循環(huán)介質(zhì)，必須對(duì)回用水進(jìn)行優(yōu)化，一旦水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)水電導(dǎo)率超標(biāo)情況，必須對(duì)其進(jìn)行整體性的調(diào)整，以降低機(jī)械設(shè)備質(zhì)量受到影響，使用壽命縮減的情況發(fā)生。

5.3 管控體系的創(chuàng)建

分析碳鋼水冷器應(yīng)用情況，在應(yīng)用過(guò)程中，合理涂抹防腐蝕行的涂料，依據(jù)管理需求，進(jìn)行管理體系的創(chuàng)建。在一般情況下，循環(huán)水與金屬隔絕管理，可以采用涂抹環(huán)氧氨基樹(shù)脂材料方式開(kāi)展干預(yù)，進(jìn)行材料的修復(fù)以實(shí)現(xiàn)預(yù)防腐蝕的效果。在進(jìn)行管理的過(guò)程中，必須定期檢查防腐蝕涂料的涂抹狀況，以促進(jìn)水垢預(yù)防效果的增加。為對(duì)水垢問(wèn)題進(jìn)行規(guī)避，保障冷水器系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，在進(jìn)行水流管理過(guò)程中，小水流位置可安裝停止水閥，以預(yù)防水垢的發(fā)生。

5.4 與廠家溝通聯(lián)系

冷水器系統(tǒng)應(yīng)用管理過(guò)程中，必須與生產(chǎn)廠家溝通聯(lián)系，對(duì)冷水器的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制和檢查，對(duì)設(shè)計(jì)工藝中存在的不足進(jìn)行分析，制定科學(xué)合理的解決措施進(jìn)行干預(yù)，明確操作設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建良好的管理機(jī)制，以保障冷水器系統(tǒng)應(yīng)用的合理性。

5.5 浮頭式換熱器的應(yīng)用

在應(yīng)用浮頭式換熱器的過(guò)程中，必須從現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)原則出發(fā)，進(jìn)行管內(nèi)水流速度的設(shè)計(jì)與預(yù)算，確保管內(nèi)水流速度能夠維持在0.5m/min，以確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的正?；?，降低水垢問(wèn)題的發(fā)生概率。

6 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，循環(huán)水正常運(yùn)行過(guò)程中，極大程度受到水冷器泄漏的影響，水冷器泄漏屬于不可避免的重要事故，為保障冷卻水介質(zhì)在進(jìn)入循環(huán)水以后，降低其對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕作用，就必須分析水冷器結(jié)垢腐蝕機(jī)理，并采取針對(duì)性的措施解決結(jié)垢腐蝕問(wèn)題，以降低水冷器泄漏的發(fā)生概率，保障水冷器運(yùn)行的穩(wěn)定安全。