化工设备换热器的常见腐蚀与防腐

杨刚

摘要：换热器是化工企业化工产品生产体系中的重要组成部分，其运行的稳定、安全与可靠，对化工产品生产效率、生产安全以及企业效益存在直接影响。因此，认知化工设备换热器常见的腐蚀问题，并在不断总结与研究中针对腐蚀问题进行有针对性、高效性处理，实现设备防腐性能的提高具有重要现实意义，有利于促进化工产业优化发展。

关键词：化工设备；换热器；常见腐蚀与防腐

引言

我国科技水平提高的同时也提高了人们对换热器的要求。换热器在使用过程中出现的腐蚀问题比较严重，其中应力腐蚀（负荷应力与热应力导致）、水质方面的腐蚀、电化学腐蚀（沉积物的堆积）是换热器出现腐蚀的三个主要因素。换热器腐蚀类型的不同所采用的应对措施也不同。下面的文章中，我们首先根据换热器的内涵进行分析，对化工设备换热器的腐蚀问题做出研究，给出相应的应对措施，以保证换热器的正常运行。

一、化工设备换热器常见腐蚀问题

所有换热器腐蚀形态在化工设备内较为相似，所以文章将腐蚀类型划分为：入口处流速较高引起的磨损腐蚀；沉积物引起的电化学腐蚀；负荷应力、热应力引起的应力腐蚀；溶解氧以及材质引起的腐蚀问题。

1.1磨损腐蚀

换热器表面常出现磨损腐蚀现象，该现象是指金属构件表面和腐蚀介质之间存在较大的相对运动速度，从而引发构件局部表面严重腐蚀损坏。造成腐蚀损坏的流动介质，既可以是气体或液体，也可是固体的颗粒、气体的气泡。因为化工生产中的介质一般具备粘连性。为避免介质出现结垢，介质流速常要求大于2m/s。尤其含有固体细粒、气泡的高速流体冲刷金属传热表面，造成了局部表面的压力迅速上升，最终形成了金属表面的疲劳剥蚀。

1.2电化学腐蚀

换热器表面容易因为介质流动滞留、不均匀从而形成沉积物。沉积物具备不连续、不均匀和不牢固等特点，从而使得金属表面产生了间隙和裂缝，由此导致了缝内外氧气差异形成电化学腐蚀。电化学腐蚀有金属溶解、阳极氧化反应、阴极还原反应。此外，还犹豫缝隙内外的电化学性能不均匀，由此腐蚀面积会不断扩大。

1.3应力腐蚀

在外加应力、残余应力、腐蚀三方的作用下会引发应力腐蚀现象，从而导致换热器材料断裂，影响换热工作。应力腐蚀分为两类：一种是阳极溶解，另一种是氢致开裂。其腐蚀原理是指在应力、腐蚀介质共同作用之下，换热表面氧化膜因腐蚀遭到破坏，破坏的面积和未破坏的面积分别形成了阳极与阴极，阳极金属变成离子溶解，产生了电流流向阴极。

1.4氧腐蚀

严格意义上来说，氧腐蚀也是一种电化学腐蚀，但由于换热器设备会接触到水，对金属的强度破坏非常严重，因此单独进行阐述。氧腐蚀的原理是：铁的电极电位总是比氧的电极电位低，所以在铁氧腐蚀电池中，铁是阳极，因此受到腐蚀。氧腐蚀的形态一般表现为：溃疡和小孔型的局部腐蚀，其腐蚀的产物表现为黄褐、黑色、砖红色不等。

1.5低温腐蚀

安装在锅炉尾部的烟气余热换热器，当烟气进入换热器开始热交换后，温度会逐渐降低。一般情况下，燃煤锅炉空气预热器出口结露的现象不会出现，但由于烟气中存在酸性气体（主要为硫化物、氮氧化物），酸凝露的现象出现概率大幅度提升。当换热器的金属壁面温度低于烟气酸性气体的露点温度时，含有硫酸酐的烟气水蒸气会在壁面凝结，从而导致管道腐蚀。由于尾部受热面区段的管壁和烟气温度较低，因此该现象又称为低温腐蚀。

二、化工设备换热器防腐措施分析

2.1牺牲阳极进行化工设备换热器防腐

通常情况下，碳素钢在电解质溶液环境下（如水溶液环境）会发生电化学反应，形成微电池。主要原因在于，碳素钢主要成分为Fe（铁素体）和Fe3C（渗碳体），而Fe的电极电位不高，成为微电池的阳极，反之Fe3C成为微电池阴极。阴极与阳极之间形成电流，从而导致换热器出现电化学腐蚀现象。对此，借助一定的方式与方法，对所需保护设备金属表面电位较低的一方进行保护，将其转换为阴极，避免电化学腐蚀现象的发生。对此，在以碳素钢为主材料的化工换热器中，可选用比铁元素电位更低的材料进行保护，如以铝、锌等材料做成牺牲阳极，在电化学反应下先消耗牺牲阳极，以提升设备本体的防腐性。

2.2涂刷防腐涂料

（1）适当增加防腐涂料层。引起换热器锈蚀的主要原因是来源于换热器内部的腐蚀介质长期与换热器内壁进行接触，导致换热器内壁金属表层与锈蚀物质进行反应，从而造成腐蚀现象。基于此，在换热器内层涂抹上一层防腐材料，便可有效控制腐蚀情况。其中，防腐涂层可以是高温涂料、防溶剂涂料、重防腐涂料、以及防油等具有防腐作用的材料，从而达到提高防腐功效的目的。

（2）由于换热器防腐材料生产商不同、生产工艺不同，致使材料之间差异较大，严重影响化工设备换热器防腐蚀稳定性，因此为了提高化工设备换热器防腐蚀效率，有关部门除了应加强防腐蚀材料的验收与检查外，国家还应通过立法来约束换热器防腐蚀材料的生产行为，对生产经营劣质防腐蚀材料的企业给予严厉打击与处罚，从而提高防腐蚀材料的综合质量。防腐蚀材料之所以可以起到防腐蚀作用，是因为在金属表层与腐蚀物质之间形成了一层无机涂层防护膜，使得换热器内部与其不直接接触，从而达到防腐蚀的目的。此外，通过电镀、火焰喷涂、涂喷、电子束蒸镀以及包覆金属涂层等措施，均可有效的防止换热器内部出现锈蚀现象。

（3）其中，在进行换热器内部喷涂操作后，应落实高温烘烤操作，使得喷涂更具防腐蚀效用。由于金属涂层在应用一段时间后会出现脱落、变形等现象，从而降低防腐蚀作用，因此无论应用金属涂层还是无机涂层，均需确保内层表面的完整性，同时应避免出现在防腐层表面出现微孔或涂料不均匀等问题，从而避免换热器局部出现严重腐蚀的现象。为了提高涂层的防腐蚀效果，涂层操作人员应确保涂层过程中无漏底、无裂纹、无针孔及麻点，且涂层表面光滑平整薄厚均匀。虽然，较厚的涂料层可有效避免设备产生锈蚀现象，但并不是防腐层越厚越好，较厚的防腐层会降低换热器的热传导性能，致使漆膜质量较低，容易出现碎裂。因此，防腐层厚度应合理控制，与设备实际需求相符即可。

三、结语

综上所述，化工设备换热器在长期使用过程中的腐蚀现象，对化工设备的正常使用产生一定的影响，在换热器表面上会产生一定量的堆积物，在换热器表面产生裂纹，导致化工设备换热器出现加速腐蚀。因此必须采取有效的措施对化工设备换热器进行及时的管理和维护，通过在换热介质中添加缓蚀剂可以有效的降低换热器的腐蚀程度，提高水质pH值的浓度也可以有效的降低换热器表面的腐蚀程度。另外还要及时的对换热器进行清理，保证换热器的正常使用，延长使用周期，促进化工工业的快速发展。

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作者介绍：

杨刚（1987.09.17），性别：男；籍贯：湖北随州；民族：汉；学历：本科、学士；职称：助理工程师；职务：机械设计工程师；研究方向：化工设备换热器的常见腐蚀与防腐。