化工設備換熱器的常見腐蝕及其防腐 src="http://file.ccen.net/888/news/pic/201510/p395158001444714579.jpg"> |
換熱器是將冷、熱流體的部分能量互相傳遞給流體的設備,又稱熱交換器。換熱器在石油化工、煤化工、鹽化工及熱電廠等工業(yè)系統(tǒng)中的用量非常大。在 生產(chǎn)過程中,由于換熱器管束所接觸的介質(zhì)比較復雜,往往具有高溫(近1 000℃)、高壓(2 500MPa)、高流速、強腐蝕等特點,因此常常出現(xiàn)沖刷泄漏和腐蝕泄漏。而各種泄漏與腐蝕,都直接或間接有著關系[1~2]。泄漏既影響了生產(chǎn)的平穩(wěn)運 行,也成為這些行業(yè)的主要設備故障之一。換熱管的表面腐蝕,是泄漏中最常見的現(xiàn)象,約占腐蝕泄漏的90%,它是介質(zhì)的沖刷和介質(zhì)中化學物質(zhì)侵蝕綜合作用的 結(jié)果。
1·換熱器失效原因
1.1換 熱器表面的腐蝕磨損腐蝕介質(zhì)與金屬構(gòu)件的表面,相對運動速度較大,導致構(gòu)件局部表面遭受嚴重的腐蝕損壞,這類腐蝕稱為磨損腐蝕,簡稱磨損。造成腐蝕損壞的 流動介質(zhì),可以是氣體、液體或含有固體的顆粒、氣泡的氣體等。磨損腐蝕,是高速流體對金屬表面已經(jīng)生成的腐蝕產(chǎn)物的機械沖刷作用和新裸露金屬表面的腐蝕作 用的綜合。
由于石油化工中的生產(chǎn)介質(zhì),往往具有一定的粘連性。為了防止介質(zhì)沉淀結(jié)垢,要求介質(zhì) 流速大于2 m/s。高速流體,特別是含有固體細粒、氣泡的高速流體沖刷傳熱面,引起局部表面的壓力可達數(shù)十兆帕,從而造成了金屬表面的疲勞剝蝕。雖然在設計中,為了 防止流體進入到殼體時,使管子直接受到?jīng)_擊或沖刷,在殼體進口處的管束上安裝了防沖板,但由于流體或是固體顆粒的長時間沖刷,防沖板也會發(fā)生損壞。另外, 由于振動或微振動的原因,也常使折流板管孔處受到磨損。磨損腐蝕的外在特征常常呈現(xiàn)馬蹄形的凹槽或深谷形狀,一般按流體的流動方向切入金屬表面。
1.2沉積物引起的電化學腐蝕
當介質(zhì)流動不均或滯留時,很容易在換熱管表面形成沉積物。由于沉積物是不連續(xù)不牢固且不均勻的,在某些部位形成了裂縫和間隙,由于縫內(nèi)外氧的差異而形成 了電化學腐蝕。包括:陽極氧化反應,金屬溶解;陰極還原反應,還原為(中性或堿性溶液);陰極還原反應,還原為(酸溶液);同時,由于腐蝕產(chǎn)物的存在,導 致了縫內(nèi)外的電化學不均勻性,從而引起了更大的腐蝕。
1.3換熱管水側(cè)的腐蝕
由于換熱器常用水做為熱交換介質(zhì),因此水的腐蝕不容忽視。水的腐蝕主要是由于水中pH值降低、水汽滲透、溶解氧的存在,以及水中有害的陰離子 (Cl-,S2-等)侵蝕,而引起的化學或電化學腐蝕。因此,換熱管表面防腐要求是:防腐表面具有良好的附著力、導熱性、耐溫變性和較大的硬度。同時要求 有優(yōu)良的耐化學離子侵蝕能力、較高的抗水汽滲透能力和一定的阻垢性。
2·換熱器腐蝕防護
2.1犧牲陽極保護法
?。?)碳素鋼的電化學腐蝕。碳素鋼在電解質(zhì)溶液中(例如水)會形成微電池。碳素鋼的基本金相組織為鐵素體(Fe)和滲碳體(Fe3C),其中鐵素體的電極電位較低,而成為微電池的陽極,滲碳體則成為陰極。
?。?)犧牲陽極保護法。發(fā)生電化學腐蝕時,陰陽極之間產(chǎn)生腐蝕電流。采用電極電位比被防腐體低的金屬并與被防腐體接觸,利用低電位金屬的腐蝕電流,作為 高電位被防腐體的防腐蝕電流,這種防腐蝕方法稱為犧牲陽極保護法。犧牲陽極材料的選擇為碳素鋼,碳素鋼的基本金相組織是鐵素體(Fe),由表查出比Fe標 準電極電位低的材料。若選擇鋁作為陽極,容易形成氧化膜,反而不產(chǎn)生腐蝕電流。其他材料則比較昂貴,所以選擇鋅作為犧牲陽極比較合適。
2.2換熱器防腐涂料及其應用
一層相當薄的金屬涂層和無機涂層,能夠在金屬和環(huán)境之間提供有效的屏障,這就是這類涂層的主要作用(除了鋅一類的犧牲涂層外)。金屬涂層(或稱鍍層)的 施工方法有:電鍍、火焰噴涂、包鍍、熱浸和蒸汽鍍。無機涂層的施工方法有:噴涂、滲鍍、或化學轉(zhuǎn)化。噴涂后通常在高溫烘烤。金屬涂層往往顯現(xiàn)出一些可變形 性,而無機涂層則很脆,兩種涂層都必須具有完全隔離的作用,如果存在微孔或其他缺陷,則由于電偶效應,將引起金屬局部腐蝕的加速。
CH-784防腐涂料系環(huán)氧氨基涂料,其特點是:耐腐蝕性能好,耐大多數(shù)酸堿,耐水,耐溶劑,耐溫可達200℃;漆膜物理機械性能好,硬度大,表面光 滑,附著力強,抗沖擊,抗摩擦。因此,對水中不溶物摩擦力小,水垢及雜質(zhì)被流動的冷卻水帶走,不易附著管壁。漆膜有明顯防腐阻垢作用;CH-784防腐涂 料底漆面漆含有金屬顏料,導熱系數(shù)大,漆層薄80~250μm。漆層熱阻只有1.66×104M2h℃/kcal,不生銹不結(jié)垢,增加水的流速,提高換熱 效果。
由于水質(zhì)腐蝕,很多工廠改用不銹鋼、銅合金、鈦合金換熱器,但造價昂貴。用碳鋼換熱器涂防腐涂層,其費用僅為不銹鋼換熱器的1/4~1/5,為鈦換熱器的1/11,使用期可達10年。
2.3 CH-784防腐涂料及其應用
?。?)CH-784防腐涂料試制。CH-784防腐涂料系環(huán)氧胺基涂料,國外為Sakaphen-CH-784。其特點是:,酸堿、耐油、耐水、耐溶 劑、耐熱、耐磨、導熱,抗沖擊,堅硬光滑,抗水蒸氣,附著力好。熱固化型耐溫150~200℃,CH-784涂料是單包裝,施工方便,加熱固化,可制成淡 色漆。CH-784防腐涂料的主要成膜物質(zhì)是環(huán)氧樹脂。一般用609或607環(huán)氧樹脂,環(huán)氧與胺基樹脂成分以7∶3為佳。
2.4施工工藝要求
?。?)設備噴砂除銹、除油,露出金屬本色;(2)涂層厚度———換熱器涂層厚度是關鍵指標,要求既達到防腐目的,又能滿足增熱要求,一般涂層厚為80~250μm。漆層過厚,會影響傳熱,漆膜發(fā)脆;
?。?)施工方式多為浸泡式或利用換熱器本身作殼體,用泵循環(huán)來涂管內(nèi)壁,管外壁利用浸泡方法;
?。?)涂層次數(shù)———底漆2層,面漆4層,每層厚度25~40μm;
?。?)加熱方法———涂層表面干后,進烘房加熱固化。從80℃開始升溫,徐徐升高至160℃恒溫2 h,然后自然降溫;
?。?)漆層質(zhì)量要求———平整光滑,無麻點、針孔、裂紋、漏涂,厚度均勻。
3·結(jié)束語
所有化工裝置中,換熱器的腐蝕形態(tài)比較接近,因此可以將腐蝕類型分為:沉積物引起的電化學腐蝕;負荷應力、熱應力引起的應力腐蝕;入口處流速較高磨損腐蝕;溶解氧腐蝕和材質(zhì)問題。另外,根據(jù)換熱器的腐蝕狀態(tài)、現(xiàn)場的實際條件,采用不同的防腐措施。