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化工換熱器的腐蝕問題及防腐措施

發布時間:2019-04-03 10:25:00 點擊:
  所謂熱交換器,就是能夠把冷、熱流體的一些能量彼此之間傳輸給流體的設備,也叫換熱器。換熱器一般都在石油化工、煤化工、鹽化工以及一些熱電廠中使用,且使用量比較大。因為熱交換器所要接觸的物質的成分都很復雜,所以在生產時,它具有一些獨特的性質,比如耐高溫(近1000 ℃)、耐高壓(2500 MPa)、高流速、腐蝕性強等等,所以出現沖刷泄露與腐蝕泄露是比較常見的一種現象。然而各種形式的泄漏和腐蝕,彼此之間都有或多或少的關系。泄露不僅對生產的穩定進行不利,還是導致這些設備出現問題的主。泄露中最為普遍的問題就是換熱管的表面發生腐蝕,這種現象甚至可以達到腐蝕泄露90%以上,導致這種現象的原因就是介質的沖刷與介質所含化學物質彼此侵蝕作用。 
  1 致使化工換熱器失效的原因 
  1.1 沉積物可以導致電化學腐蝕 
  若換熱管中的介質流動不均勻或者是不流動時,就會在換熱管上形成一定量的沉積物。而這些沉積物經常不是以馬蹄形的凹槽或者是深谷形狀存在的,所以它就會沿著流體的流動方向流向金屬的表面。而腐蝕又具有這樣一些特性,即連續不牢固性、不均勻性等,之所以會形成電化學腐蝕,就是因為縫內外氧的含量存在一定的差異。其包括:若是陽極氧化反應,就會導致金屬溶解;若是陰極還原反應,就將物質還原成了中性溶液或者是堿性溶液;與此同時,腐蝕產物也會大量存在,致使縫內外化學成分極度的不均衡,進而會導致更嚴重的腐蝕。 
  1.2 換熱管水側的腐蝕 
  因為換熱管的交換介質往往是水,所以水對換熱管造成的腐蝕問題絕對不可以不屑。造成水腐蝕的原因就是水中所含的成分,即pH值過低、水汽滲透、含有一定的溶解氧以及含有的有毒有害陰離子(Cl-,S2-等),進而導致換熱管發生化學腐蝕或是電化學腐蝕。所以說,預防換熱管腐蝕要滿足這樣一些條件,即要求防腐表面的粘附性好,導熱性好,能夠抵抗溫度的變化,硬度也要較高。與此同時,他們還要具有抵抗化學離子侵蝕、水汽的滲透、阻止產生污垢的能力,這樣才能較好的預防換熱管的腐蝕。 
  1.3 換熱器表面的腐蝕磨損 
  金屬部件的外側和腐蝕介質之間的相對運動速度比較大,這樣就會使得部件的外側部分地方出現比較嚴重的腐蝕損壞,把這類腐蝕叫做磨損腐蝕,同時也叫磨損。導致這種腐蝕的原因很多,比如可以是說介質的流動,也可以是氣體、液體或者是固體顆粒、氣泡等等,都是造成此類的腐蝕原因。所謂磨損腐蝕,就是將高速流體對金屬表面對已經生成腐蝕產物的機械沖刷作用與剛裸露金屬表面腐蝕作用的結合。 
  在石油化工生產時經常會長生一些具有粘性的介質。為了使這些介質不發生沉淀結垢,因此介質的流速必須要大于2 m/s。若流體的流速特別高,尤其是一些含有固體顆粒、氣泡的流體,速度過高就導致這些介質沖刷傳熱面,造成局部表面的壓力可以達到幾十兆帕。甚至更高。在設計的過程中,為了避免流體流入殼體,導致換熱管受到直接的沖刷或間接沖刷,就會在殼體進口處的管道口上安裝防沖板,然而由于流體或者是固體顆粒沖刷的時間比較長,就會導致防沖板發生損壞現象。此外,振動以及微振動也是導致折流板管孔處受到磨損不可忽略的因素。這些都屬于磨損腐蝕的外在形式。 
  2 化工換熱器的防腐措施 
  2.1 犧牲陽極保護法 
  (1)碳素鋼的電化學腐蝕:若碳素鋼處于電解質溶液中(例如水)時會會形成微電池。組成碳素鋼的基本元素是鐵素體(Fe)與滲碳體(Fe,C),又由于鐵素體的電極電位相對比較低,故它能夠成為微電池的陽極,而滲碳體自然而然就是陰極。(2)犧牲陽極保護法:在發生電化學腐蝕的過程中,兩極之間產生的電流為腐蝕電流。那么什么才是所謂的犧牲陽極保護法,即在被保護的金屬設備上連接一個電位更負(相對于被保護的金屬設備而言)的金屬(如剛鐵設備上連接的鋅等),使被保護的金屬設備發生陰極極化。一般情況下,碳素鋼作為犧牲陽極材料,因為組成碳素鋼的基本元素是鐵素體(Fe),同時在相關的表中也可以查到鐵是電位極低的標準材料。如果將擇鋁作為陽極,這樣就比較容易產生氧化膜,但是不會產生腐蝕電流。而其他一些材料的價格不菲,故將鋅作為陰極極化的材料比較劃算。 
  2.2 換熱器防腐涂料以及應用 
  (1)CH-784防腐涂料屬于環氧氨基涂料,具有這樣一些特性:耐腐蝕性能好,耐大部分酸堿,耐水,耐溶劑,可承受的最高溫度可達200 ℃;同時這種漆膜的物理性能也較好,硬度大,表面較滑,粘附性較強,耐沖擊,耐摩擦。所以,與水中的不易溶解的物質之間的摩擦力小,所沉淀的物質又會被冷卻水沖走,不會粘附在管壁上。漆膜的防腐阻垢的作用很明顯,CH-784防腐涂料底漆面漆含有一定的金屬顏料,因此導熱系數大,漆層的厚度大致在80~250 μm。漆層熱阻最大只會有1.66×104M2h℃/kcal,既不生銹也不結垢,同時還能夠增加水的流速,使換熱效果提高。因為水質的腐蝕,有很多工廠都開始使用不銹鋼、銅合金、鈦合金的換熱器,但是價格成本較高。在碳鋼的表面涂上防腐層,這樣成本僅為不銹鋼換熱器1/4~1/5,為鈦換熱器的1/11,使用年限可達到10年。(2)若是為了保障金屬與環境之間的作用,那么就可以涂一層較薄的金屬涂層與無機涂層,這是除了犧牲鋅以外的又一種保護方法。在金屬的表面涂層(或稱鍍層)時,具體方法有:電鍍、,火焰噴涂、包鍍、熱浸以及蒸汽鍍。無機涂層具體方法有:噴涂、滲鍍、化學轉化等等。在噴涂后進場在高溫下烘烤。金屬涂層的變化性比較強,同時無機涂層也很脆弱,所以這兩種涂層都必須有完全隔離的作用,若是出現唯恐或者是其他一些問題,會發生電偶效應,會使金屬的局部發生快速腐蝕。   2.3 CH-784防腐涂料以及使用效果 
  (1)CH-784防腐涂料試制的特征:CH-784防腐涂料屬于環氧胺基涂料,具有這樣一些特性:耐酸堿、耐油、耐水、耐溶劑、耐高溫、耐磨損、導熱性好,抗沖擊強,堅硬光滑,抗水蒸氣,附著行好。熱固化型可以承受的溫度可達到150 ℃~200 ℃,CH-784涂料屬于單包裝,因此施工簡單,加熱使其融化,就可以制成淡色漆。CH-784防腐涂料的成分是環氧樹脂。通常使用609或者是607環氧樹脂,環氧和胺基樹脂成分比例最好是7∶3。 
  (2)施工工藝要求:①設備噴砂可以除銹、除油,同時也可露出金屬原有顏色。②涂層厚度—— 換熱器的屠城要達到要求,即不僅達到防腐蝕的目,還要滿足多熱的要求,因此涂層一般為80~250 μm。若漆層太厚,對傳熱不利,漆膜較脆。③施工方法一般為浸泡式或者是利用換熱器本身作為殼體,涂管內壁時使用泵循環,管外壁一般用浸泡的方式。④涂層次數—— 底漆與面漆共6層,每一層的厚度大約在25~40 μm。⑤加熱方法—— 在涂層表面干后,把它送入烘烤房進行加熱固化。溫度從80 ℃慢慢升至,然后160 ℃恒溫烘烤2 h,最后自然降溫。 
  (3)CH-784防腐涂料試制的應用效果:采用CH-784防腐涂料試制工藝防腐方案后取得了較好的防腐效果,如表1所示與以往的腐蝕監測數據對比,Fe離子濃度大為減少。2012年9月19日,通過觀測換熱器比較干凈,能夠看到防護涂層本色,沒有見到垢及腐蝕產物。 
  3 結語 
  在化工設備的裝置中,最常見的腐蝕就是換熱器的腐蝕,所以,可以將腐蝕分為這樣一些類型:有沉積物導致的電化學腐蝕;有負荷應力、熱應力導致的應力腐蝕;有入口流體速度較高導致的磨損腐蝕;也有溶解氧腐蝕以及材質等方面的問題。此外,可以依據換熱器的腐蝕形態、實際具體條件,采取與之相應的防腐措施。 
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