换热器是工业生产领域中应用最为广泛的能量交换设备, 冷热流体介质在换热器中完成热量传递, 此类设备在石油化工、煤化工、盐化工等工业系统中扮演着不可或缺的角色。化工领域应用的换热器中的热交换冷热介质性质较为复杂, 通常表现出高温 (近1000℃) 、高压 (2500MPa) 、高流速、强腐蚀等特点, 极易出现腐蚀与泄露问题。这些问题的存在不仅影响着化工生产的顺利进行, 同时也对工业生产安全埋下了隐患。其中, 换热管的表面腐蚀约占腐蚀泄漏的90%, 它是介质的冲刷和介质中化学物质侵蚀综合作用的结果。下图1为化工换热器常见结构。
所谓磨损腐蚀, 就是将高速流体对金属表面对己经生成腐蚀产物的机械冲刷作用与刚裸露金属表面腐蚀作用的结合。换热器表面在系统工作条件下, 内部介质流通速度较大, 二者间的相对作用使得换热器不可避免的出现磨损问题。出现腐蚀损坏的位置多为换热器中流速出现急剧变化的位置。这种腐蚀损坏的作用程度与介质内的成分构成, 化工生产介质内的气体、液体、固体、气泡等均会造成腐蚀。化工生产领域中的部分介质具有较高的粘性, 为了维持介质的有效流动性, 通常其流速参数会被设置的较高。介质流通经过换热器时, 其内部的高速流体就会对换热器表面造成强烈的冲刷作用。此外, 振动以及微振动也是导致折流板管孔处受到磨损不可忽略的因素。这些都属于磨损腐蚀的外在形式。
换热器管道中的介质在流通环节中会与换热管发生一定的附着作用, 进而形成沉积物。此部分沉积物沿着介质流向呈现不均匀离散性分布特征, 使得管道内部形成一个又一个流通环境差异化区段。在这些沉积物形成电化学腐蚀作用的过程中, 去主要原因是沉积物与管道附着的接缝位置内外氧的含量存在一定的差异。其包括:若是阳极氧化反应, 就会导致金属溶解;若是阴极还原反应, 就将物质还原成了中性溶液或者是碱性溶液;与此同时, 腐蚀产物也会大量存在, 致使缝内外化学成分极度的不均衡, 进而会导致更严重的腐蚀。
因为换热管的交换介质往往是水, 所以水对换热管造成的腐蚀问题绝对不可以不屑。造成水腐蚀的原因就是水中所含的成分, 即p H值过低、水汽渗透、含有一定的溶解氧以及含有的有毒有害阴离子 (C1-, S2等) , 进而导致换热管发生化学腐蚀或是电化学腐蚀。所以说, 预防换热管腐蚀要满足这样一些条件, 即要求防腐表面的粘附性好, 导热性好, 能够抵抗温度的变化, 硬度也要较高。与此同时, 他们还要具有抵抗化学离子侵蚀、水汽的渗透、阻止产生污垢的能力, 这样才能较好的预防换热管的腐蚀。
3化工换热器防腐措施应用
(1) 碳素钢的电化学腐蚀。化工换热器中使用的碳素钢材料在介质电解质溶液中会发生微电池作用。化工换热器表面附近将分为铁素体与渗碳体, 其中的铁元素点位较低, 成为阳极, 而渗碳体则成为阴极。换热器材料则将能够有效规避腐蚀电化学腐蚀作用的影响。
(2) 牺牲阳极保护法。化工换热器形成腐蚀作用的情况下, 阴阳极之间存在电流作用, 电流受外部阴阳极的电势驱动而形成定向运动。牺牲阳极保护法的基本原理是通过在设备外部加设低电位金属将腐蚀作用控制在外接金属上, 方式设备发生直接腐蚀。
换热器防腐材料主要包括金属涂料和无机涂料两种。其中, 金属涂层的主要施工方法有:电镀、火焰喷涂、包镀等。而无机涂层的施工方法有:喷涂、渗镀、或化学转化等。涂料刷涂完成后需要在高温环境中进行加热固化。常见的金属涂料才换热器工况条件下存在一定的形变问题, 而无机涂料层呈现较为明显的脆性特征, 具体应用环节需要进行严格的工艺控制。
当前化工换热器中应用较多的是CH-784防腐涂料系环氧氨基涂料, 此种材料具有理想的耐腐蚀性能, 同时具备良好的机械性能, 能够有效适应化工生产条件下的介质冲击与摩擦作用。材料表面光滑, 与介质杂质间的附着力较小, 不宜形成水垢。此外, CH-784防腐涂料底漆面漆含有金属颜料, 导热系数大, 能够有效提高换热效果。鉴于当前化工领域较为突出的水质腐蚀问题, 很多工厂使用碳钢换热器涂防腐涂层, 费用明显低于传统不锈钢换热器与钛换热器, 常规使用期可达10年以上。
CH-784防腐涂料系环氧胺基涂料, 其特点是:耐酸碱、耐油、耐水、耐溶剂、耐热、耐磨、导热, 抗冲击, 坚硬光滑, 抗水蒸气, 附着力好。热固化型耐温150-200℃。CH-784涂料是单包装, 施工方便, 加热固化, 可制成淡色漆。CH-784防腐涂料的主要成膜物质是环氧树脂。一般用609或607环氧树脂, 环氧与胺基树脂成分以7:3为佳。
在该材料的应用环节中, 首先需要对化工换热器设备进行表面处理, 通过喷砂除锈、去杂质、除油等操作维持设备表面的清洁性。防腐材料涂层厚度的选择需要兼顾防腐性能与设备导热性能, 通常选择的涂层整体厚度水平为80-250mm, 过厚的涂层厚度不仅会降低换热器的传热有效性, 同时也会导致漆膜脆性过高, 而形成质量问题。材料的涂刷操作通常选择便于实施的浸泡式方法, 同时也可根据情况使用换热循环泵进行循环涂刷。涂层包括底漆2层, 面漆4层, 单层厚度控制在25-40mm水平范围内。涂层的加热固化缓慢进行, 起始温度80℃, 逐渐升高至160℃后维持2h, 而后进行自然降温。最终的材料涂层质量评定标准为外观平整光滑, 不存在麻点、裂纹、针孔等问题, 各涂层厚度均匀一致。
综上所述, 化工换热器的腐蚀问题是影响其使用性能与安全性的重要因素, 为了有效提升化工行业中换热器的实际使用效果, 行业工作者们应针对其工作性能进行深入的研究分析, 把握常见腐蚀问题的形成原因与控制要素, 合理应用防腐措施, 有效提升设备的防腐性能水平, 为换热器的正常使用与高效运转创造有利条件, 为化工行业设备应用发展提供有利基础。
摘要：换热器是化工生产流程中的重要设备类型, 对于维持化工材料温度与设备运行工况条件有着重要的作用。由于换热器始终与周围的流体介质相接触, 因此其承受的外部磨损与腐蚀问题相对突出, 需要采取有效的防护措施进行保护, 以此保证换热器的使用性能与整体寿命。本文阐述了化工换热器工作特点, 对当前化工换热器的常见腐蚀问题进行了分类研究, 在此基础上提出了相应的防腐措施, 旨在提供一定的参考与借鉴。
关键词：化工,换热器,腐蚀,防腐
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