管壳式换热器腐蚀原因分析及预防

何亮

摘要：腐蚀是指材料在环境作用下发生的破坏和变质，由于换热器接触介质复杂且腐蚀性强，在运行过程中经常发生腐蚀泄漏，轻者影响生产降低产品质量，严重时发生爆炸危及人身与设备的安全。本文根据笔者从事压力容器工作多年的经验，对换热器腐蚀原因进行分析，并根据实地应用过程提出针对性的预防措施。

关键词：换热器腐蚀；原因；预防措施

1 概述

目前国内的换热器多数采用碳钢材料，由于换热器工作介质复杂且腐蚀性强，运行工况条件苛刻，换热器管束经常泄露穿孔，换热器腐蚀穿孔成为炼油企业十分重视的问题，科技工作者致力于对换热器腐蚀影响因素进行分析，进而针对换热器的腐蚀提出有效的防护措施，并将其应用于工程实际中来解决实际问题，对提高企业经济效益、保障人民生命财产安全具有重要意义。

2 管壳式换热器腐蚀类型分析

根据查阅的相关资料以及实地工作过程中的了解，常见的换热器腐蚀破坏类型有均匀腐蚀、点蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、冲刷腐蚀及应力腐蚀等[1]。

（1）均匀腐蚀。均匀腐蚀是炼厂换热器中碳钢材料最常发生的一种腐蚀形式。当金属材料发生均匀腐蚀时，其表面均匀减薄，没有形成蚀坑，发生腐蚀反应的方程式为：阳极反应：2Fe→2Fe2++4e；阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH-；总反应：2Fe+O2+2H2O→2Fe（OH）2。均匀腐蚀虽然对材料造成一定的破坏，但是它的危害程度具有可遇见性，只要把握好换热器的运行趋势，就可减轻其危害性。

（2）点蚀。点蚀是一种在金属局部地方产生腐蚀小孔，并向金属内部深处发展的腐蚀破坏形式。在换热器的腐蚀失效中，点蚀所占的比例非常大。

（3）电偶腐蚀。电偶腐蚀是指电极电位不同的两种金属在电解质溶液中相互接触，电位低的金属作为电偶对的阳极受到腐蚀。在管壳式换热器中，换热管与管板、折流板等都采用不同的材料，因此就存在电偶腐蚀的可能性。

（4）缝隙腐蚀。缝隙腐蚀是金属与金属或非金属之间，由于存在缝隙，在腐蚀介质的作用下发生的局部腐蚀。在换热器中，两构件接触面间存在着很小的缝隙，当壳程介质进入到缝隙死角中时，缝隙内外的介质产生浓度差，在电化学作用下发生缝隙腐蚀。

（5）冲刷腐蚀。由于金属表面与腐蚀流体的相对运动速度较大，导致金属表面受到冲刷腐蚀。冲刷腐蚀在水相换热器中广泛存在，暴露在运动流体中的换热器壳体、换热管束遭受到冲刷腐蚀的破坏，将大大缩短换热器的使用寿命。

（6）应力腐蚀。应力腐蚀是材料在外加或残余应力和腐蚀介质的共同作用下产生的一种腐蚀形态。在换热器中，最常发生应力腐蚀有Cl-应力腐蚀、硫化物应力腐蚀以及氢腐蚀。

3 换热器腐蚀原因分析

（1）氯离子。氯离子是换热器水介质中普遍存在的腐蚀性阴离子，氯离子会加快碳钢、不锈钢以及合金等金属的局部腐蚀。尤其在使用碳钢、不锈钢换热器的循环水系统中，应严格控制氯离子含量。

（2）钙离子。当循环冷却水中同时还存在SO42-、SiO42-等离子时，会与Ca2+、Mg2+发生反应生成难溶解的硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐，在换热管表面沉积结垢，由于水垢的存在，降低了换热效果，容易引起管束的垢下腐蚀。

（3）温度。腐蚀过程与循环水的温度也有很大的关系。随着循环水温度的升高，水的电导率增加，电极反应速度加快；同时水的对流和扩散随温度的升高而加强，使氧向金属表面的扩散加速，从而加速了金属的腐蚀。

（4）pH值。金属的腐蚀速度与循环冷却水的pH值密切相关，介质的pH值不同对设备产生的腐蚀程度的不同。在含有氧的酸性水中，pH值越低，金属发生腐蚀的速度越大，当pH值在7-8附近时，金属的腐蚀速度基本不随pH值的变化而变化，当pH值较高时，尤其是在8-10区间，随着环境中pH值的增大，腐蚀速度降低。

（5）溶解氧。水中的溶解氧是参加阴极过程的氧化剂，一般情况下在循环水运行过程中，水中的氧含量越多，钢铁的腐蚀越严重。但在一些特定条件下，钢铁受溶解氧腐蚀会在其表面上产生保护膜，从而减缓腐蚀速度，此时水中的氧含量愈大，产生保护膜的可能性就愈大，所以会使腐蚀减弱[2]。

通过对我国目前换热器腐蚀情况进行分析，总结出造成换热器腐蚀的主要原因有三个方面：①结垢引起的腐蚀，其中换热器水质中由于含有钙镁盐产生的结垢最为严重，使得换热器管束发生垢下腐蚀，这是换热器管束穿孔的主要原因；②介质中腐蚀性成分引起的腐蚀，换热器水质中除水外，不同程度的含有Cl-，H2S，NH3等腐蚀成分，这些都是造成加速腐蚀的进行的因素；③固体微粒引起的冲刷腐蚀，若在换热器介质中含有固体颗粒等杂质，将在高流速下对金属形成冲刷，造成金属的物理损伤和加速电化学腐蚀，冲刷腐蚀在水相换热器中广泛存在。

4 换热器的腐蚀预防措施

（1）工艺防腐。工艺防腐普遍采用“一脱三注（脱盐，注氨、碱、缓蚀剂 ）” 的方法。工艺防腐技术的应用，使得有害侵蚀杂质对设备的腐蚀显著降低，从一定程度上确保了设备能够正常运行。

（2）升级设备的材质。实际应用过程中发现，换热器的腐蚀种类复杂多样，单纯的某一种高性能不锈钢是无法适应其防腐要求。因此针对不同的腐蚀类型防腐的材料也应该不断地更新。使用一些非金属材料、Ti等贵金属材料对设备的腐蚀起到明显的保护作用。

（3）防腐表面工程技术。根据换热器基体材料使用环境的需要设计表面防腐层，使其达到预防、控制基体材料腐蚀的目的。防腐表面工程技术包括热浸镀、表面转化技术、电沉积、涂装等。

（4）针对不同腐蚀形式的预防措施。换热器的腐蚀形式具有多样性，应根据腐蚀程度、部位及经济成本等因素选择防腐措施。根据换热器材料的组织状态、缓蚀剂的适用性、阴阳极保护形式进行分析、选择、改进，以便使换热器的材料达到最佳的耐腐蚀效果的目的。

（5）渗、镀耐蚀层。渗锌是钢铁材料防腐蚀的最经济和最普遍的方法之一，它是在锌的熔点温度以下使活性锌原子渗入工件表面的化学热处理工艺。镀覆表面处理中具有代表性的是化学镀镍磷技术，非晶态镍磷合金由于没有晶界、位错等缺陷，具有较高的抗腐蚀性能。

换热器根据不同的实际情况，防腐蚀技术方法也不同。但大多数控制腐蚀的方法均围绕以下三种思路进行：①使金属表面与环境介质隔离；②改善金属电位，使阳极或阴极反应在可控制范围内；③使用高耐腐蚀金属。

参考文献：

[1]屈昀丽等.浅谈换热器的腐蚀与防腐蚀[J].内蒙古石油化工，2006，9：144-145.

[2]韩丽燕.循环冷却水系统腐蚀性能评价[D].河北：华北电力大学，2008.