浅谈换热器的腐蚀与防护

                                      浅谈换热器的腐蚀与防护
                                       屈昀丽,张祥泰,邹素芳
                                        (呼和浩特石化公司)
    摘 要：根据换热器腐蚀根源,采用缓蚀剂,电化学保护等措施进行防腐,提高了换热器的利用率及寿命。
    关键词：腐蚀  防护
    换热器在炼油工业中的应用是十分广泛的,其重要性也是显而宜见的,换热设备利用率的高低直接影响到炼油工艺的效率以及成本的费用问题。据统计换热器在化工建设中约占投资的1/5,因此,换热器的利用率及寿命是值得研究的重要问题。由换热器的损坏原因来看,腐蚀是一个十分重要的原因,而且换热器的腐蚀是大量的普遍存在的,能够解决好腐蚀问题,就等于解决了换热器损坏的根本。要想防止换热器的腐蚀,就得弄清楚腐蚀的根源,现就换热器的腐蚀的原因从以下几方面进行讨论。
    1·换热器的用材的选择
    使用何种材料的决定因素是其经济性,管子材料有不锈钢,铜镍合金,镍基合金,钛和锆等,除了工业上不能使用焊接管的情况以外都使用了焊接管,耐蚀材料仅用于管程,壳程材料是碳钢。
    2·换热器的金属腐蚀
    2.1 金属腐蚀的原理
    金属腐蚀是指在周围介质的化学或电化学的作用下,并且经常是在和物理、机械或生物学因素的共同作用下金属产生的破坏,也即金属在它所处环境的作用下所产生破坏。
    2.2 换热器几种常见的腐蚀破坏类型
    2.2.1 均匀腐蚀
    在整个暴露于介质的表面上,或者在较大的面积上产生的,宏观上均匀的腐蚀破坏叫均匀腐蚀。
    2.2.2 接触腐蚀
    两种电位不同的金属或合金互相接触,并浸于电解质溶解质溶液中,它们之间就有电流通过,电位正的金属腐蚀速度降低,电位负的金属腐蚀速度增加。
    2.2.3 选择性腐蚀
    合金中某一元素由于腐蚀,优先进入介质的现象称为选择性腐蚀。
    2.2.4 孔蚀
    集中在金属表面个别小点上深度较大的腐蚀称为孔蚀,或称小孔腐蚀、点蚀。
    2.2.5 缝隙腐蚀
    在金属表面的缝隙和被覆盖的部位会产生剧烈的缝隙腐蚀。
    2.2.6 冲刷腐蚀
    冲刷腐蚀是由于介质和金属表面之间的相对运动而使腐蚀过程加速的一种腐蚀。
    2.2.7 晶间腐蚀
    晶间腐蚀是优先腐蚀金属或合金的晶界和晶界附近区域,而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐蚀。
    2.2.8 应力腐蚀破裂(SCC)和腐蚀疲劳SCC是在一定的金属一介质体系内,由于腐蚀和拉应力的共同作用造成的材料断裂。
    2.2.9 氢破坏
    金属在电解质溶液中,由于腐蚀、酸洗、阴极保护或电镀,可以产生因渗氢而引起的破坏。
    3·冷却介质对金属腐蚀的影响
    工业上使用最多的冷却介质是各种天然水。影响金属腐蚀的因素很多,主要的几个因素及其对几种常用金属的影响:
    3.1 溶解氧
    水中的溶解氧是参加阴极过程的氧化剂,因此它一般促进腐蚀。当水中氧的浓度不均匀时,将形成氧的浓差电池,造成局部腐蚀。对碳钢、低合金钢、铜合金和某些牌号的不锈钢而言,熔解氧是影响它们在水中腐蚀行为的最重要因素。
    3.2 其他溶解气体
    在水中无氧时CO2将导致铜和钢的腐蚀,但不促进铝的腐蚀。微量的氨腐蚀铜合金,但对铝和钢没有影响。H2S促进铜和钢的腐蚀,但对铝无影响。SO2降低了水的pH值,增加了水对金属的腐蚀性。
    3.3 硬度
    一般说来,淡水的硬度增高对铜、锌、铅和钢等金属的腐蚀减小。非常软的水腐蚀性很强,在这种水中,不宜用铜、铅、锌。相反,铅在软水中耐蚀,在硬度高的水中产生孔蚀。
    3.4  pH值
    钢在pH>11的水中腐蚀较小,pH<7时腐蚀增大。
    3.5 离子的影响   氯离子可以破坏不锈钢等钝化金属的表面,诱发孔蚀或SCC。
    3.6 垢的影响
    淡水中的CaCO3垢。CaCO3垢层对传热不利,但是有利于防止腐蚀。
    4·传热过程对腐蚀的影响
    金属在有传热和没有传热的条件下,腐蚀行为是不相同的。一般说来,传热使金属的腐蚀加剧,特别是在有沸腾、汽化或过热的条件下更明显。在不同介质中,或对不同的金属,传热的影响也不相同。
    5·防腐方法
    知道了换热器各种腐蚀的原因,合理的选择防腐措施,才能达到高效利用设备的目的。针对以上讨论的有关腐蚀情况,提出以下防腐方法:
       
    这里主要介绍缓蚀剂,电化学保护。
    ①缓蚀剂
    以铬酸盐为主要成分的缓蚀剂是冷却水系统常用的,铬酸根离子是一种阳极(过程)抑制剂,当它与合适的阴极抑制剂组合时,能得到令人满意而又经济的防腐蚀效果。
    铬酸盐—锌——聚磷酸盐:聚磷酸盐的使用是由于它是具有清洁金属表面的作用,有缓蚀能力,聚磷酸盐可以部分转成正磷酸盐,它们也可以同钙生成大的胶体阳离子,抑制阴极过程。
    铬酸盐—锌——膦酸盐:这种方法用膦酸钠代替聚磷酸盐外与上一种方法相似,氨基甲叉磷酸盐也可以用于比为聚磷酸盐所规定的pH值要高的场合。氨基甲叉膦酸盐可以防止水垢,即使pH值为9也能控制钙盐的沉淀。
    铬酸盐—锌——水解的聚丙烯酰胺:由于阳离子型共聚物水解的聚丙烯酰胺的分散作用,能够防止或抑制水垢成污垢的产生。
    ②电化学保护
    采用阴极保护和阳极保护。阴极保护是利用外加直流电源,使金属表面变为阴极而达到保护,此法耗电量大,费用高。阳极保护是把保护的换热器接以外加电源的阳极,使金属表面生成钝化膜,从而得到保护。
    参考文献
    [1] 化工机械手册.化学工业出版社.
    [2] 换热器.烃加工出版社.