劉 亮，張小龍

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安石油化工廠，陜西延安 727406）

換熱器在化工生產(chǎn)過程中不可或缺，在生產(chǎn)過程中，如果設(shè)備的溫度長(zhǎng)時(shí)間處于較高的狀態(tài)，在很大程度上會(huì)降低設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。換熱器通過換熱系統(tǒng)降低設(shè)備工作過程中溫度，保證其可以長(zhǎng)期正常運(yùn)行。換熱器腐蝕的原因多種多樣，長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)、工作運(yùn)行強(qiáng)度大、人為損壞等都可能導(dǎo)致?lián)Q熱器使用壽命降低，還會(huì)對(duì)設(shè)備的安全操作帶來一定的影響。

1 化工換熱器的概念

化工設(shè)備中的換熱器可以實(shí)現(xiàn)將熱冷流體中的能量輸送到其他流體中，在傳熱面的熱流傳輸過程中熱流不會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化。換熱器的合理、有效運(yùn)用可以保障流體溫度達(dá)到相關(guān)規(guī)定的指標(biāo)，提高企業(yè)的能源利用效率。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好的情況下，換熱器可以在工業(yè)生產(chǎn)的過程中作為冷卻器、再沸器、加熱器等使用。化工換熱器目前的使用范圍十分廣泛，通常都是運(yùn)用在石油化工廠、熱電廠等場(chǎng)所中，設(shè)備的使用量巨大，所以化工換熱器在運(yùn)作的工程中會(huì)接觸到許多物質(zhì)，這也直接導(dǎo)致了化工換熱器設(shè)備腐蝕問題存在的必然性[1]。目前使用率比較高的換熱器類型分別是蓄熱式換熱器、混合式化熱器、間壁式換熱器。在煤炭領(lǐng)域、石油行業(yè)、電熱行業(yè)中換熱器都發(fā)揮著不可或缺的作用，直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。一旦換熱器出現(xiàn)腐蝕的問題，會(huì)使設(shè)備發(fā)生故障，最終導(dǎo)致設(shè)備損壞，給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。

2 化工換熱器的腐蝕類型

2.1 物理磨損導(dǎo)致的腐蝕

在化工生產(chǎn)過程中，大部分換熱器都是由金屬材質(zhì)構(gòu)成的，金屬具有硬度較高、剛性較強(qiáng)的特點(diǎn)，也正是因?yàn)檫@些原因?qū)е略O(shè)備零件之間容易發(fā)生摩擦，摩擦過多導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)摩擦腐蝕。氣體、顆粒、液體都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)物理性摩擦腐蝕。如果換熱器的第一層保護(hù)介質(zhì)被磨損，那么設(shè)備的第二次介質(zhì)也會(huì)處在極易被磨損的條件下，會(huì)加劇換熱器的腐蝕度。換熱器表面之所以會(huì)出現(xiàn)物理磨損腐蝕的情況主要是因?yàn)槭艿搅私橘|(zhì)的高速運(yùn)動(dòng)以及設(shè)備中眾多金屬零件相互摩擦共同影響的。當(dāng)前石油化工企業(yè)生產(chǎn)時(shí)，換熱器金屬部件上容易出現(xiàn)一些黏性介質(zhì)，將介質(zhì)的流動(dòng)速度保持在2m/s，保持快速的流動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)方法可以幫助沖刷換熱器的傳熱面，在換熱器的表面上形成強(qiáng)壓。由于當(dāng)前物理腐蝕的現(xiàn)象比較常見，各個(gè)化工企業(yè)都將預(yù)防物理腐蝕作為工作中的重點(diǎn)，積極地采取合理的措施，降低換熱器內(nèi)部進(jìn)入一些容易導(dǎo)致物理腐蝕的介質(zhì)。

2.2 電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕問題

換熱器在長(zhǎng)期的使用過程中由于液體的高速流動(dòng)會(huì)出現(xiàn)一些介質(zhì)沉淀的現(xiàn)象，在一些設(shè)備運(yùn)行的末端，由于流動(dòng)速度變慢會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)的沉積物增多。在管內(nèi)流動(dòng)速度和沉積物質(zhì)的共同影響下，就會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管表面的沉積物質(zhì)分布不夠均勻，彼此之間的黏連性較弱，極易導(dǎo)致間隙以及裂縫的出現(xiàn)，在設(shè)備的表面形成凹槽。由于各個(gè)沉積物質(zhì)之間的間隙不同，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的不同位置出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，其中最多的就是面積還原腐蝕、陽極金屬腐蝕等。其中陽極金屬會(huì)出現(xiàn)溶解的化學(xué)反應(yīng)，將設(shè)備周邊金屬逐步溶解；陰極金屬會(huì)出現(xiàn)還原反應(yīng)，將周邊物質(zhì)還原成中性溶液或者堿性溶液[2]。由于化學(xué)反應(yīng)存在時(shí)間上的差異，在這一定程度上也會(huì)增加設(shè)備的腐蝕面積，對(duì)設(shè)備造成更大的影響。

2.3 換熱器管道水側(cè)腐蝕

水是換熱器管道中的主要介質(zhì)，但是由于水中常常含有較多的雜質(zhì)，因此這也導(dǎo)致了換熱器管道中腐蝕問題的存在。在對(duì)化工產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，如果所使用的水pH較低，就會(huì)出現(xiàn)氧含量較低的情況，最終也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)腐蝕的問題。除此之外熱換氣管道內(nèi)氣態(tài)水、酸性水、空氣含量的增多也會(huì)導(dǎo)致管道壁表面的腐蝕情況加重，水汽會(huì)和管道中的鐵元素發(fā)生反應(yīng)，還會(huì)與氧化物發(fā)生溶解反應(yīng)，最終引起水中的陰離子形成一定的化學(xué)腐蝕作用，與此同時(shí)換熱器管道還會(huì)受到水汽滲入沖刷的影響，加快換熱器管道的腐蝕速度。

3 化工換熱器的防腐方法

3.1 使用防腐涂料

防腐涂料是目前可以有效避免化工換熱器出現(xiàn)腐蝕問題的常規(guī)解決手段，在化工換熱器的表面覆蓋上無機(jī)防腐涂層或者金屬防腐涂層，可以幫助換熱器在一定程度上避免接觸金屬以及其他腐蝕物質(zhì)。比較常見的金屬涂層防腐方式有電鍍、火焰噴涂、電鍍等；無機(jī)防腐涂層的方式主要是化學(xué)轉(zhuǎn)換等方法。在對(duì)化工設(shè)備進(jìn)行噴涂防腐涂層之后需要將其放置到高溫下進(jìn)行烘烤，使化工換熱器表面上的涂層可以牢固地黏附。其中金屬涂層具有可變性的優(yōu)點(diǎn)，無機(jī)防腐涂層較為脆弱，彎折后較易變形，一旦無機(jī)金屬涂層出現(xiàn)裂痕或者破洞，那么損壞的部分將成為嚴(yán)重腐蝕區(qū)，在一定程度上加劇化工換熱器的腐蝕速度，嚴(yán)重影響著化工換熱器的使用壽命。

具體的操作方法是保證設(shè)備溫度不能低于3℃或者空氣濕度不能高于85%，以此為前提，需要先將換熱器表面上的銹跡清理干凈，進(jìn)行除油工作，保證金屬本體完全露出后，對(duì)換熱器的噴涂指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格把控，要同時(shí)滿足防腐和增熱的目標(biāo)，換熱器的防腐涂層厚度要盡可能地控制在80～250μm，如果換熱器的防腐涂層過厚會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器導(dǎo)熱效果降低，防腐涂層也會(huì)不夠牢固。管道外壁的防腐涂層可以采用浸泡的方法，換熱器外殼可以借助泵循環(huán)噴涂，在噴涂的過程中，要保證兩層底漆，四層面漆，每一層的厚度保持在25～40μm。在化工換熱器防腐涂層噴涂工作完成后，要檢查防腐涂層是否光滑，是否存在縫隙等，要保證涂層厚度均勻，檢查工作無誤后才可以投入使用?？梢允褂眉t單環(huán)氧作為主要的防腐防銹涂料，紅單環(huán)氧的防銹防腐性能較好，可以承受大部分酸堿介質(zhì)，具有耐高溫、機(jī)械性強(qiáng)、硬度夠、附著力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。紅單環(huán)氧可以有效地隔絕介質(zhì)中的雜質(zhì)，使水垢等一些聚集物難以在金屬表面附著，在介質(zhì)的推動(dòng)作用下隨水流流走，在一定程度上起到保護(hù)換熱器金屬表面的作用。其中紅單環(huán)氧涂料中的金屬元素可以起到快速導(dǎo)熱的作用，紅單環(huán)氧的涂層厚度僅僅是80～250μm，不起銹、不結(jié)垢的表面可以在很大程度上保證流水的速度，從而保障換熱器的換熱效果。聚氨基甲酸脂漆是目前使用量最大的涂層原料，聚氨酯具有附著力強(qiáng)、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，可以在高聚物分子中形成閉環(huán)氫鍵，分離以及吸收一定的外部能量，在氫鍵反復(fù)形成的過程中，也會(huì)使聚氨酯漆形成高耐磨的性能。除此之外氯乙烯也是使用率比較高的涂層材料，這是一種通過高分子合成技術(shù)產(chǎn)生的具有一定防水、防霉能效的新型涂層材料，含有過氯乙烯的涂層材料可以在45℃的條件下，有效抵御濃度90%以下的濃硫酸以及濃度50%以下的硝酸，另外對(duì)于一些鹽酸、堿性化學(xué)物質(zhì)、鹽類水溶液、海水等多種有機(jī)化合物也有很好的抗腐蝕能效。

3.2 加強(qiáng)對(duì)化工換熱器的腐蝕監(jiān)測(cè)以及修復(fù)工作

化工換熱器在工作運(yùn)行的過程中長(zhǎng)期處于腐蝕環(huán)境中，不可避免接觸到易導(dǎo)致腐蝕的化學(xué)物質(zhì)，這也極大加快了換熱器的腐蝕速度，最終還會(huì)引起換熱器流體介質(zhì)發(fā)生滲漏問題，出現(xiàn)嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故，嚴(yán)重影響化工企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度，導(dǎo)致企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益降低。因此要求相關(guān)的工作人員要做到定期對(duì)換熱器進(jìn)行程序化檢查，避免出現(xiàn)相關(guān)的安全隱患，給企業(yè)帶來一些不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在檢查的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，應(yīng)當(dāng)及時(shí)將問題的具體情況上報(bào)給相關(guān)部門，及時(shí)對(duì)隱患進(jìn)行處理，避免設(shè)備在后續(xù)運(yùn)行的過程中出現(xiàn)難于挽回的損失。

例如在化工企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)工作的過程中，較為常用的腐蝕監(jiān)測(cè)方法有定期排氣檢查、采樣分析等，除此之外還有一些像渦流檢測(cè)、壁厚檢查等高新技術(shù)檢測(cè)手段也應(yīng)當(dāng)加以應(yīng)用。當(dāng)設(shè)備中氣液兩個(gè)不相溶介質(zhì)換熱時(shí)就需要進(jìn)行排氣檢查，可以先對(duì)換熱器高壓一側(cè)出口管線的排放情況進(jìn)行檢查，查看是否確實(shí)存在兩種不同的介質(zhì)，如果是氣性介質(zhì)有液或者是液性介質(zhì)有氣，就可以判斷出換熱器泄漏；采樣分析的方法和排氣檢查的原理較為相似，主要運(yùn)用的場(chǎng)景是在排氣檢查使用不便的情況下進(jìn)行的，如當(dāng)傳熱的兩個(gè)介質(zhì)之間相互融合，管道出現(xiàn)的泄漏情況無法進(jìn)行排氣檢查，此時(shí)就需要使用采樣分析的方式進(jìn)行檢查，通過化驗(yàn)分析可以進(jìn)一步判斷換熱器是否存在泄漏的情況；當(dāng)需要對(duì)換熱器外殼厚度變薄的情況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)可以使用壁厚檢測(cè)的手段來幫助工作人員了解設(shè)備外殼的腐蝕狀況，一般情況下都是采用聲波測(cè)厚儀進(jìn)行檢測(cè)的，這種方法使用起來較為方便，檢測(cè)的結(jié)果也相對(duì)比較精準(zhǔn)，唯一的缺點(diǎn)就是不能對(duì)換熱器進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)；當(dāng)需要對(duì)換熱器管束的腐蝕情況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以采用渦流檢測(cè)方法，使用渦流檢測(cè)探頭檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)儀器會(huì)穿過換熱管，儀器中的激勵(lì)線圈會(huì)產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng)，磁場(chǎng)會(huì)順著管束豎向傳播，最后返回到接收線圈，當(dāng)儀器探頭經(jīng)過壁厚減少的區(qū)域時(shí)，磁場(chǎng)在線圈中的穿行時(shí)間會(huì)變少并隨著壁厚減少而逐漸減弱，工作人員以此為依據(jù)可以確定熱換氣壁厚減少的具體位置，為后期設(shè)備的維修、更換、報(bào)廢提供有利的參考依據(jù)。對(duì)于換熱器存在安全隱患的部分要及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的修復(fù)工作，如果換熱器的腐蝕問題是由于換熱器中的換熱管變薄導(dǎo)致的，應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換換熱器的換熱管；如果換熱管出現(xiàn)了膨脹、收縮的情況，并且換熱器的某些部位出現(xiàn)了溫度變化，應(yīng)當(dāng)及時(shí)地對(duì)換熱器進(jìn)行防腐蝕修復(fù)工作。除此之外還需要對(duì)換熱器中的換熱管道進(jìn)行防膨脹、防泄漏、防銹的處理工作。還需要制定一些設(shè)備日常維護(hù)制度，定期、合理地對(duì)化工換熱器進(jìn)行檢查以及維修。另外，定期對(duì)相關(guān)的工作人員進(jìn)行安全知識(shí)培訓(xùn)是很有必要的，可以幫助工作人員提高安全生產(chǎn)的意識(shí)，制定賞罰分明的激勵(lì)制度，提高員工進(jìn)行防腐檢查工作的積極性，深入貫徹落實(shí)化工行業(yè)換熱器防腐工作，可以保證化工企業(yè)防腐效果與時(shí)俱進(jìn)，提高機(jī)器設(shè)備的使用年限，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

3.3 及時(shí)對(duì)換熱器進(jìn)行清洗以及保養(yǎng)工作

為了保證化工換熱器設(shè)備的正常工作運(yùn)行，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的清洗以及維修，定期清洗設(shè)備可以避免化學(xué)沉積物以及微生物對(duì)設(shè)備的腐蝕，保障機(jī)器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少設(shè)備的腐蝕概率，提高化工換熱器設(shè)備的使用壽命。換熱器的清洗方法可以選擇機(jī)械清洗、化學(xué)清洗等，其中化學(xué)清洗又包含海綿球清洗、栲膠與堿劑清洗、鹽酸清洗等。

例如針對(duì)換熱器垢層的機(jī)械清洗方法主要是使用高壓射流的方法。通常是在進(jìn)行化學(xué)清洗之后使用的。使用機(jī)械清洗的清洗手段可以有效地降低換熱器的磨損率，除此之外更為重要的原因就是機(jī)械清洗相對(duì)其他清洗方式的經(jīng)濟(jì)成本較低。在進(jìn)行機(jī)械清洗工作之前，要事先對(duì)換熱器設(shè)備進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)工作，在確定最佳的水壓范圍后再開始高壓射流清洗，在清洗的過程中要盡可能地避免出現(xiàn)壓力過高或者過低的情況，以防對(duì)清洗效果產(chǎn)生不必要的影響或者導(dǎo)致?lián)Q熱器設(shè)備損壞。當(dāng)換熱器設(shè)備管內(nèi)、管外外殼內(nèi)壁出現(xiàn)垢層時(shí)就可以選擇機(jī)械清洗的方式，使用機(jī)械清洗的方法對(duì)碳鋼或者不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行清洗工作時(shí)，需要將水壓控制在50～70MPa，避免清洗過程中出現(xiàn)設(shè)備損壞的情況，產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失[3]。由于換熱器出現(xiàn)腐蝕問題時(shí)，無法通過常用的清洗方法對(duì)換熱器內(nèi)部進(jìn)行清洗，因此大多數(shù)情況下都會(huì)選擇使用海綿球進(jìn)行清洗。在使用海綿球進(jìn)行清洗的過程中，要先將換熱器的垢層材料以及產(chǎn)生腐蝕問題的主要環(huán)境原因進(jìn)行充分的分析，以此作為依據(jù)選擇不同種類的海綿球?qū)Q熱器內(nèi)部進(jìn)行清洗工作。一般情況下，如果換熱器內(nèi)部的垢層硬度相對(duì)較大，通常會(huì)使用取砂式海綿球進(jìn)行清洗工作，將砂式海綿球深入到換熱器內(nèi)部的深處，不斷摩擦垢層，直到垢層被全部去除。使用栲膠與堿劑的清洗方法時(shí)，要先將這兩種化學(xué)試劑添加到換熱器需要清洗的位置，在清洗工作開始之前，需要先對(duì)清洗工作進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格把控清洗過程中栲膠等化學(xué)物質(zhì)的使用量。正常情況下1t水需要添加5～10kg的栲膠，這種防腐蝕的清洗方法可以降低換熱器的損傷程度，與此同時(shí)使用栲膠與堿劑清洗可以方便工作人員操作，保證清洗過程的安全性，降低清洗的經(jīng)濟(jì)成本。使用鹽酸清洗換熱器設(shè)備具有成本低，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢(shì)，鹽酸清洗的方式具有剝離、輸送、溶解的重要價(jià)值。鹽酸對(duì)于換熱器中的碳鋼以及不銹鋼部分的垢層都有一定的腐蝕作用，可以很好地達(dá)到清洗的目的，在進(jìn)行清洗的過程中需要加入一定量的緩沖劑，以免鹽酸過度腐蝕設(shè)備。在進(jìn)行鹽酸清洗的過程中，相關(guān)工作人員需要佩戴防護(hù)用具，避免鹽酸與身體產(chǎn)生化學(xué)效果，在配備化學(xué)試劑時(shí)要注意配制的比例，保證試劑的清洗效果。即便對(duì)換熱器進(jìn)行了一定的防腐工作，但是設(shè)備仍然會(huì)出現(xiàn)一定的腐蝕問題，所以在機(jī)器的日常使用過程中要定期進(jìn)行保養(yǎng)工作。

4 結(jié)語

為了保證我國現(xiàn)代工業(yè)的全面可持續(xù)發(fā)展，首先就需要保證換熱器的使用效率，提升換熱器的使用年限，對(duì)換熱器進(jìn)行一系列的防腐工作，對(duì)換熱器的防腐問題及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。對(duì)于不同原因?qū)е碌母g問題需要采用不同的防腐手段，適當(dāng)?shù)姆栏胧┛梢詭椭髽I(yè)順利開展化工作業(yè)，幫助企業(yè)提升企業(yè)形象，降低化工換熱器的損壞率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保障我國化工行業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定、持續(xù)、健康發(fā)展。