楊婧姣

【摘? 要】換熱器是石化行業(yè)常用的熱能交換設(shè)備，由于尿素裝置中換熱器工作介質(zhì)屬于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，同時(shí)伴有一定的高溫，導(dǎo)致?lián)Q熱器面臨較大的腐蝕威脅，影響設(shè)備的正常使用。換熱器中換熱管的表面腐蝕容易引起換熱器泄漏，引發(fā)安全生產(chǎn)事故，因此探究化工設(shè)備換熱器的腐蝕機(jī)理和防腐措施十分必要。

【關(guān)鍵詞】尿素裝置;換熱器;腐蝕機(jī)理;防腐措施

1.換熱器腐蝕的主要原因

引起腐蝕的原因是多方面的，主要有制造換熱器的材質(zhì)、換熱器結(jié)構(gòu)、加工制作工藝、水質(zhì)等。下面就幾個(gè)主要方面加以說明。

1.1材質(zhì)問題

換熱器除少數(shù)采用不銹鋼、銅與鈦合金及非金屬材料的石墨、玻璃、聚四氟乙烯等特殊材質(zhì)外，通常情況下一般選用碳鋼作為換熱器的制作材料，相較于合金鋼而言，碳鋼內(nèi)的碳含量較低，還包含少量的硅、磷、硫等物質(zhì)，導(dǎo)致其力學(xué)性能與耐腐蝕性能有所下降，極易產(chǎn)生生銹、腐蝕等問題，造成一定的經(jīng)濟(jì)損耗。

1.2換熱器進(jìn)出口溫度

與大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)一樣，腐蝕的速度與溫度呈現(xiàn)出正比關(guān)系，溶液的電導(dǎo)會(huì)隨供水溫度升高而得到一定的加強(qiáng)，導(dǎo)致其中腐蝕電流增加，降低了水的粘性，為陽極與陰極創(chuàng)設(shè)了良好的反應(yīng)條件，進(jìn)一步加劇了換熱器腐蝕問題。

1.3水質(zhì)問題

換熱器的腐蝕與水質(zhì)問題密切相關(guān)，其中含氣量、PH 值與離子濃度都是導(dǎo)致?lián)Q熱器腐蝕的主要原因之一。從含氣量層面出發(fā)，當(dāng)換熱器管道中含有過量空氣時(shí)，受換熱器內(nèi)部壓力與溫度的影響會(huì)阻礙水循環(huán)，其中的氧氣也會(huì)對(duì)于金屬產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕作用; 從PH 值層面出發(fā)，倘若水的PH 值過小會(huì)為陰極反應(yīng)創(chuàng)造良好的條件，加快金屬腐蝕速度; 從離子濃度層面出發(fā)，當(dāng)水中含有較多陰離子時(shí)，也會(huì)加劇換熱器的腐蝕作用。

1.4電化學(xué)腐蝕

換熱器內(nèi)部的高速流體可以避免流體的沉降和板結(jié)，但在長期使用過程中會(huì)出現(xiàn)一定介質(zhì)沉積情況，尤其在工作將近結(jié)束的區(qū)域，介質(zhì)流速降低，會(huì)在換熱管內(nèi)沉積較多的沉積物。受到管內(nèi)流速和沉積物性質(zhì)的影響，沉積物在換熱管表面分布并不均勻，粘連也不牢固，容易形成間隙和裂縫，導(dǎo)致沉積物間隙和間隙之間的含氧量不同，引起部分位置的電化學(xué)腐蝕，包括面積還原腐蝕、陽極氧化腐蝕等，陽極金屬溶解，陰極金屬還原為中性、堿性或酸性溶液。同時(shí)，由于縫隙內(nèi)外產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)速度并不均勻，在一定程度上擴(kuò)大了腐蝕面積，對(duì)換熱器的正常使用造成更大的危害。此外，換熱器內(nèi)部殼體襯里間若存在焊接缺陷，造成介質(zhì)與殼體主體直接接觸，在材質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)共同作用下發(fā)生電化學(xué)腐蝕，直接導(dǎo)致?lián)Q熱器殼體腐蝕泄露。以今年3月我尿素裝置2起換熱器腐蝕案例為例：E21/2、E4/2均存在殼體電化學(xué)腐蝕泄露現(xiàn)象，即殼程出口接管與殼體304襯里之間的內(nèi)部焊縫處存在一定缺陷，造成介質(zhì)與殼體主體材質(zhì)Q345直接接觸，該換熱器殼程介質(zhì)中含有微量的氨氣和二氧化碳，它們?cè)谝欢囟认滦纬砂备x子和碳酸根離子，與殼體中的鐵元素發(fā)生電化學(xué)腐蝕，最終導(dǎo)致?lián)Q熱器殼體出現(xiàn)泄漏。

2.換熱器腐蝕防護(hù)的具體措施

2.1選擇高效的換熱設(shè)備

結(jié)合煉油生產(chǎn)的特點(diǎn)，選擇最佳的換熱設(shè)備，對(duì)換熱器的制造材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，選擇耐腐蝕的材質(zhì)，應(yīng)用耐腐蝕的合金等材料代替普通的碳鋼材料。從防腐性能、耐熱性能及性價(jià)比等多個(gè)角度，考慮換熱器的選材，使其滿足煉油化工生產(chǎn)的技術(shù)要求。

2.2在金屬表面覆蓋涂料保護(hù)層

選擇最佳的涂層材料，對(duì)換熱器的內(nèi)壁進(jìn)行涂層處理，使換熱器內(nèi)壁形成一層保護(hù)膜，按照一定的厚度進(jìn)行涂層處理，避免換熱器遭受嚴(yán)重的腐蝕。優(yōu)化涂裝技術(shù)措施，才能保證涂層達(dá)到防腐的效果。對(duì)高溫的油品換熱器進(jìn)行檢修過程中，通過吹掃作用，才能使其達(dá)到檢修的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，極易損壞涂層，必要時(shí)采用鍍層技術(shù)防護(hù)措施，解決涂層易脫落的問題。

2.3煉油化工生產(chǎn)工藝防腐措施

在進(jìn)行煉油化工生產(chǎn)過程中，為了降低換熱器的腐蝕程度，加強(qiáng)對(duì)煉油化工生產(chǎn)工藝的管理，對(duì)原料油進(jìn)行預(yù)處理，減少其中腐蝕介質(zhì)的含量，使原料得到凈化，達(dá)到防腐的效果。對(duì)煉油廠換熱器進(jìn)行改進(jìn)，提高換熱的效率，延緩換熱器的腐蝕，保證換熱器正常換熱。對(duì)換熱器的防腐絕緣層進(jìn)行監(jiān)測，如果發(fā)生防腐層損壞，進(jìn)行維修處理，恢復(fù)防腐層的完整性，保證換熱器處于完好的狀況，保證煉油化工生產(chǎn)的正常進(jìn)行，降低熱能的損失，提高熱能的利用率，從而達(dá)到提高了煉油化工生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益的效果。

2.4應(yīng)用電化學(xué)保護(hù)法

現(xiàn)如今，應(yīng)用電化學(xué)保護(hù)法提升換熱器的抗腐蝕效果的方法主要分為強(qiáng)制電流（外加電流）陰極保護(hù)與犧牲陽極的陰極保護(hù)兩種方法： 其中強(qiáng)制電流（外加電流）陰極保護(hù)主要依靠在換熱器外部接入直流電源，實(shí)現(xiàn)金屬表面陽極的有效轉(zhuǎn)換，然而該方法造成電源能耗較大、成本費(fèi)用昂貴，因此其推廣與應(yīng)用的力度較小; 另外一種犧牲陽極的陰極保護(hù)法是最常用的一種電化學(xué)防腐方法?？梢岳秒娀瘜W(xué)原理對(duì)陰極材料進(jìn)行保護(hù)，在被保護(hù)的金屬設(shè)備表面連接一個(gè)電極電位更低的金屬，比如在鐵材料設(shè)備中連接鎂、鋁、鎂鋁合金等材料，可以使被保護(hù)的金屬鐵元素作為陰極，增加的金屬作為陽極，保護(hù)陰極金屬材料，避免陰極被腐蝕。在化工換熱器設(shè)備常見的電化學(xué)腐蝕中，可以選擇比鐵素體電位更低的材料進(jìn)行保護(hù)，比如以鋁元素作為陽極，在電化學(xué)反應(yīng)作用下在金屬表面形成氧化膜，雖然并不會(huì)產(chǎn)生腐蝕電流，但氧化膜也會(huì)起到一定的防腐作用。常用的犧牲陽極材料為鋅金屬，其價(jià)格相對(duì)低廉且具有良好的陰極極化效果。換熱管陰極保護(hù)原理見圖1。

2.5定期開展維護(hù)管理

除應(yīng)用物理與化學(xué)防護(hù)方法之外，還應(yīng)當(dāng)在日常工作中提高換熱器的維護(hù)管理力度，最大限度提升換熱器的耐腐蝕性能、延長使用壽命。制定切實(shí)可行的日常維護(hù)制度，合理規(guī)劃防腐檢查工作以及換熱器維護(hù)工作，要求相關(guān)工作人員加強(qiáng)對(duì)于換熱器的日常維護(hù)管理，定期針對(duì)換熱器內(nèi)部狀況進(jìn)行檢測與清理，避免出現(xiàn)污垢或淤泥堆積而造成換熱器內(nèi)部堵塞，保證防腐效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)于換熱器的有效維護(hù)。

3.結(jié)束語

化工設(shè)備換熱器在化工生產(chǎn)過程中起著十分關(guān)鍵的作用，直接關(guān)系著化工企業(yè)的生產(chǎn)效益。本文針對(duì)尿素裝置換熱器腐蝕機(jī)理分析與防護(hù)措施的總結(jié)，展望化工設(shè)備換熱器容易發(fā)生腐蝕而影響設(shè)備的使用壽命和使用性能等問題，加強(qiáng)對(duì)化工設(shè)備換熱器腐蝕類型和采用的針對(duì)性防腐措施的研究已成為各煉化裝置的重要研究問題。希望本文對(duì)化工裝置換熱器的腐蝕機(jī)理、有針對(duì)性的防腐措施、日常管理等方面給予幫助，共同達(dá)到提高化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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