任亮

摘 要：空冷器產(chǎn)品的核心設(shè)備為壓力容器--管束，延長(zhǎng)管束的使用壽命，對(duì)整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，有至關(guān)重要的作用。文章對(duì)空冷器管束常見(jiàn)腐蝕種類(lèi)進(jìn)行闡述說(shuō)明，分析出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的具體情況并提出解決方法，提出防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：腐蝕率；應(yīng)力；腐蝕試驗(yàn)；防護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）26-0124-02

Abstract： The core equipment of air cooler product is pressure vessel tube bundle. Prolonging the service life of tube bundle is of vital importance to the operation of the whole equipment. This paper expounds the common corrosion types of air cooler tube bundles， analyzes the concrete conditions of corrosion phenomena， puts forward the solutions and puts forward the protective measures.

Keywords： corrosion rate； stress； corrosion test； protection

1 概述

空冷器作為一種大型換熱設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，然而對(duì)于空冷器管束經(jīng)常用于高溫、高壓、高腐蝕工況狀態(tài)下，因此對(duì)其腐性能具有較大考驗(yàn)，直接影響設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此對(duì)管束常見(jiàn)腐蝕類(lèi)型進(jìn)行分析，提出保護(hù)措施，以提高產(chǎn)品使用壽命。

2 空冷器管束常見(jiàn)腐蝕種類(lèi)

（1）點(diǎn)腐蝕，空冷器管束承壓材料在含有溶解氧和危害性陰離子（主要為CL離子）的介質(zhì)中，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，大部分表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕較輕，但在表面上個(gè)別點(diǎn)或微小區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)孔穴或麻點(diǎn)，隨著時(shí)間的推移，蝕孔不斷向縱深方向發(fā)展，形成小孔狀腐蝕坑，即為點(diǎn)蝕，由于蝕點(diǎn)嚴(yán)重時(shí)可使設(shè)備穿孔，因此又稱為小孔腐蝕或孔蝕。在空冷換熱器管束設(shè)計(jì)制造中重要影響因素包括：a.熱處理時(shí)效溫度的影響：對(duì)于不銹鋼管束來(lái)說(shuō)一般主承壓件焊后不進(jìn)行熱處理，但是奧氏體不銹鋼經(jīng)固熔處理后具有最佳的耐點(diǎn)蝕性能。對(duì)于其它不銹鋼材料來(lái)說(shuō)在某些溫度下進(jìn)行退火或回火等熱處理會(huì)產(chǎn)生沉淀相，從而增加點(diǎn)蝕的傾向。b.隨著管束金屬材料表面光潔度的提高，其會(huì)使耐點(diǎn)蝕性能增強(qiáng)，但是在冷加工使金屬表面產(chǎn)生冷變加工硬化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致耐點(diǎn)蝕能力下降。因此對(duì)于非常用材料與使用工況一般進(jìn)行點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)評(píng)定：一般可分為化學(xué)浸泡法、電化學(xué)測(cè)量法和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法三類(lèi)，耐點(diǎn)腐蝕性能評(píng)定的內(nèi)容包括：點(diǎn)蝕深度、點(diǎn)蝕密度、腐蝕速率、腐蝕面積等。并將腐蝕速率與蝕孔分布、形狀、尺寸、密度、深度等結(jié)合起來(lái)。

（2）間隙腐蝕，是由于金屬之間或金屬與非金屬形成微小的間隙（一般在0.025～0.1mm），換熱介質(zhì)滯留在間隙內(nèi)，而且這種介質(zhì)中存在具有危害性的陰離子時(shí)所產(chǎn)生的一眾腐蝕形式，其腐蝕結(jié)果會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低、局部附加應(yīng)力增大、材料承載力降低。在空冷式換熱器中通常在板材搭接處、法蘭密封面連接處、墊片密封處、基管與襯管之間或銹層產(chǎn)生間隙腐蝕，其中基管與襯管之間最容易產(chǎn)生間隙腐蝕。因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中往往將基管與襯管采用全程脹接已消除兩者之間的間隙。對(duì)于空冷式換熱器通常采用絲堵密封結(jié)構(gòu)，通過(guò)金屬墊片密封，在墊片兩面分別與絲堵、管板進(jìn)行接觸，在微觀上存在一定的間隙，而墊片與管板之間承受著換熱介質(zhì)腐蝕，由于壓力、溫度、振動(dòng)等因素導(dǎo)致密封尖端存在間隙腐蝕，容易導(dǎo)致墊片密封失效。

（3）沖刷腐蝕，包括沖蝕、磨耗腐蝕，是金屬表面與流體介質(zhì)之間由于高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的金屬損傷。沖刷腐蝕的金屬表面一般承溝槽、凹谷、淚滴狀，且表面光亮無(wú)腐蝕沉積物。與其它應(yīng)力作用下的腐蝕相比，沖刷腐蝕影響因素較為復(fù)雜，除了材料本身的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能、表面粗糙度、耐腐蝕性能等，還與介質(zhì)溫度、PH值、溶氧量、固相顆粒度和硬度以及流過(guò)部件的形狀、結(jié)構(gòu)、流體的流速和流態(tài)有很大的影響。在空冷式換熱器中最容易產(chǎn)生沖刷腐蝕的部位就是基管與管板焊接處，由于基管與管板一般采用單層或雙層焊接，焊腳高度在1.5～2mm之間，長(zhǎng)時(shí)間沖刷會(huì)使得焊縫減薄，直至泄漏，因此合理設(shè)計(jì)換熱器結(jié)構(gòu)類(lèi)型可有效降低沖刷腐蝕速率，通常采用回流管箱形式改變流體流向軌跡，或在基管中加入阻流帶，阻流帶可作為一種緩沖部件降低介質(zhì)流速，改變介質(zhì)流程。

（4）晶間腐蝕，金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿晶界發(fā)生的一種局部選擇性腐蝕。晶界是不同晶粒之間的交界。由于晶粒有著不同的位向，故交界處原子的排列必須從一種位向逐步過(guò)渡到另一種位向。因此，晶界實(shí)際上是種“面型”不完整的結(jié)構(gòu)缺陷。產(chǎn)生晶間腐蝕的條件：a.金屬或合金中含有雜質(zhì)，或者有第二相沿晶界析出。b.晶界與晶粒內(nèi)化學(xué)成分的差異，在適宜的介質(zhì)中形成腐蝕的電池，晶界為陽(yáng)極，晶粒為陰極，晶界產(chǎn)生選擇性溶解。c.有特定的腐蝕介質(zhì)存在。在某些合金-介質(zhì)體系中，往往產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。例如奧氏體不銹鋼在弱氧化性介質(zhì)或強(qiáng)氧化性介質(zhì)的特定腐蝕介質(zhì)中，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。

晶間腐蝕試驗(yàn)方法及其評(píng)定方法：目前列在標(biāo)準(zhǔn)中的基本有五種：草酸電解浸蝕法、沸騰65%硝酸法、沸騰硫酸-硫酸鐵法、沸騰硫酸-硫酸銅法和硝酸-氫氟酸法。

（5）應(yīng)力腐蝕，材料在應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的共同作用下引起的破壞叫應(yīng)力腐蝕，作為一種脆性失效模式，具有極大的危害性，材料在應(yīng)力因素單獨(dú)作用下的破壞屬于機(jī)械斷裂或機(jī)械疲勞斷裂；材料在腐蝕狀態(tài)下受到介質(zhì)單獨(dú)腐蝕屬于環(huán)境腐蝕，在應(yīng)力因素與腐蝕環(huán)境共同作用下產(chǎn)生的腐蝕破壞導(dǎo)致斷裂、開(kāi)裂，成為腐蝕開(kāi)裂。對(duì)于空冷熱器往往因?yàn)楦g開(kāi)裂導(dǎo)致泄漏，其中最常見(jiàn)的腐蝕開(kāi)裂為硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）是指管束承壓材料在硫化物介質(zhì)中受拉伸應(yīng)力作用發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象，引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂通常具備三個(gè)條件：a.金屬在該介質(zhì)環(huán)境中具有應(yīng)力

腐蝕開(kāi)裂的傾向；b.由承壓材料組成的結(jié)構(gòu)接觸或處于選

擇性的腐蝕介質(zhì)中；c.有高于一定水平的拉應(yīng)力。

3 腐蝕率測(cè)試

腐蝕率是評(píng)定金屬耐腐蝕性能的重要指標(biāo)。金屬在遭受腐蝕過(guò)程中，其重量、組織結(jié)構(gòu)、外形尺寸、表面狀態(tài)、力學(xué)性能等均會(huì)發(fā)生一定變化，宏觀與微觀的變化率可用來(lái)體現(xiàn)金屬腐蝕的程度，因而會(huì)有不同的腐蝕率測(cè)試方法，對(duì)于空冷器管束常用的方法有電阻法、失重法和線性極化法等。

電阻法是根據(jù)金屬試樣由于腐蝕作用使橫截面積減少，從而導(dǎo)致電阻增大的原理，利用此方法可以在空冷器管束運(yùn)行過(guò)程中對(duì)設(shè)備的腐蝕狀況進(jìn)行連續(xù)地監(jiān)測(cè)，能夠準(zhǔn)確地反映設(shè)備運(yùn)行各階段的腐蝕速率及其變化，且能適用于各種不同介質(zhì)。電阻法快速，靈敏，方便，可以監(jiān)控腐蝕速度較大工況下。

線性極化法是一種非常適用于監(jiān)測(cè)的方法，其具有靈敏度高、對(duì)腐蝕情況變化響應(yīng)快等特點(diǎn)，能獲得瞬間腐蝕速率，可以及時(shí)地反映管束工況條件的變化，然而此種方法是基于穩(wěn)態(tài)條件獲得腐蝕速率的，因此所測(cè)物體是均勻腐蝕或全面腐蝕，不能適用于局部腐蝕。

失重法是常用的腐蝕速率測(cè)定方法，簡(jiǎn)便易行，結(jié)果可靠。通常采用掛片測(cè)試，掛片的材質(zhì)與空冷式換熱器主體承壓材料一致，掛片的形狀、大小可根據(jù)試樣可根據(jù)試驗(yàn)情況、需要確定。試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)掛片進(jìn)行表面處理，須先經(jīng)砂紙打磨去銹拋光，用丙酮等溶劑去油污脫脂，蒸餾水沖洗干凈，并在50℃下干燥。把掛片浸入腐蝕溶液中，通過(guò)對(duì)掛片重量進(jìn)行檢測(cè)，從而測(cè)其腐蝕速率。

4 腐蝕防護(hù)措施

4.1 材料合理選用

正確的材料選用是控制腐蝕的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，且應(yīng)遵循以下原則：（1）材料的耐腐蝕性能應(yīng)滿足設(shè)備的使用環(huán)境要求，根據(jù)介質(zhì)的腐蝕類(lèi)型、敏感性、腐蝕速率等特點(diǎn)，分析使用環(huán)境，合理的選材控制；（2）材料的物理性能、機(jī)械性能和加工工藝性能應(yīng)滿足設(shè)備的設(shè)計(jì)與加工要求，如必要的強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性、疲勞性能、耐熱性能以及可焊性等。對(duì)于空冷式管束在含氫、硫介質(zhì)工況下，通常選用鎳基合金和雙相不銹鋼材料，其中雙相不銹鋼是一種新型材料具有優(yōu)良的耐腐蝕、高強(qiáng)度和易于制造加工等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼種，它的物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間，更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。

4.2 結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須從防腐的角度出發(fā)，根據(jù)材料和所處環(huán)境忒丟按，嚴(yán)格計(jì)算和確定使用應(yīng)力，進(jìn)行合理的防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其需要注意以下幾點(diǎn)：（1）外形力求簡(jiǎn)單；（2）防止積水和積塵；（3）盡量避免尖角、凹槽和縫隙；（4）盡量避免電位相差較大的金屬連接；（5）避免使用應(yīng)力、裝配應(yīng)力和殘余應(yīng)力在同一個(gè)方向上疊加。

4.3 制造工藝改進(jìn)

材料在加工和裝配工程中，也會(huì)造成腐蝕或留下腐蝕隱患，如：（1）機(jī)加工過(guò)程容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力；（2）應(yīng)慎重選擇熱處理規(guī)范，避免因熱處理不當(dāng)引起的晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、氫脆等，盡量避免在敏化溫度區(qū)保溫，對(duì)可能產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力的熱處理工藝，應(yīng)有消除殘余應(yīng)力的措施；（3）焊接方式的不同，材料的腐蝕敏感性亦不同，為減小焊接后的應(yīng)力，還應(yīng)注意焊接順序的設(shè)計(jì)，盡量減小工件的變形，焊接后焊縫處的殘?jiān)鼞?yīng)及時(shí)清理，以避免引起局部腐蝕；（4）對(duì)于工件焊接、加工完成后應(yīng)進(jìn)行脫脂、清洗處理，避免殘夜腐蝕工件，在特定工況環(huán)境下，空冷器管束可采用鎳磷鍍方法對(duì)內(nèi)部進(jìn)行內(nèi)部防腐處理；（5）設(shè)備裝配時(shí)

不應(yīng)造成過(guò)大的裝配應(yīng)力，設(shè)計(jì)時(shí)要提高精度減小公差，裝配時(shí)要采用合理的裝配方法，避免應(yīng)力集中。

5 結(jié)束語(yǔ)

只有對(duì)設(shè)備腐蝕類(lèi)型的深入掌握對(duì)其進(jìn)行有效控制，并加以防護(hù)措施，才能有效保證空冷器管束安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提高使用壽命，因此對(duì)材料、設(shè)備的腐蝕研究是行業(yè)中重要研究課題之一。

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