1、 化学工程与装备 2023 年 第 5 期 170 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 5 月 化工设备换热器运营期常见腐蚀问题及防控措施 化工设备换热器运营期常见腐蚀问题及防控措施 李旭升（华亭煤业集团有限责任公司，甘肃 平凉 744100）摘 要：摘 要：结合化工设备换热器运行特点，通过常见腐蚀问题的梳理，提出与之相应的防控处理措施，最大限度提供换热器运营效率和安全性，为化工企业的设备管理提供积极参考。关键词：关键词：化工设备；换热器；常见腐蚀；防控处理 近年来，随着我国在化工领域的持续突破，化工产品已经在市场中占据极大比重，显示出可观的化工生产活力
2、。从微观视角来看，化工产品的生产依赖于化工设备，并且为保持化工产品生产效率，往往需要化工设备处于不间断生产状态，这也让大部分化工设备出现高负荷运转的情况1。换热器作为其中的重要环节，在生产环节承担着温度控制任务，一旦出现设备故障，必然对生产效率和运营安全产生不利影响。通过长期的实践分析，化工设备换热器由于运行环境恶劣，腐蚀问题无疑是其最主要的威胁之一，特别是复杂的化工原料通常具有腐蚀性，设备如果长期与腐蚀性物质接触，必然会受到腐蚀问题的困扰，从而使换热器使用寿命严重缩减2。因此，为维护化工设备在运营期间的安全，应致力于换热器等关键设备腐蚀问题的关切，做好常见腐蚀问题分析与防控处理，延长换热器的
3、使用寿命和运营安全周期，实现生产效率与经济效益同步提升。1 化工设备换热器的功能阐述 1 化工设备换热器的功能阐述 化工产品的生产需要经过复杂的工艺，换热器便是其中的重要一环。与普通的化工设备运营方式不同，换热器受自身工作特点及生产运营周期的影响，通常会保持在较高的温度区间，而过高的热量本身也会对设备寿命产生影响，使换热器变得更加脆弱。根据换热器的工作原理分析，其主要是利用换热系统控制生产温度，实现将热冷流体能量输送至他流体中，特别是在传热面的热流传输时，热流会受时间因素的影响而产生变化，此时换热器的科学合理运用，保证流体温度达到预期参数指标，从而提升化工能源利用效率3。目前，伴随化工产品市场
4、需求和生产规模的增加，换热器在化工领域的运用也日益广泛，可根据需要作为冷却器、再沸器、加热器使用，尤其在石油化工、热电厂等行业应用比较普遍4。但需要关注的是，化工设备换热器在实际运营期间，会与复杂的化学物质接触，而这些物质大部分具有腐蚀性，换热器在高负荷的运行状态下，极易受到化学物质的腐蚀影响。另外，设备腐蚀是一个相对缓慢的过程，需要在日常给予关注和处理，避免产生难以弥补的设备损害，保证换热器高效、安全、持续地运营。2 化工设备换热器运营期间的常见腐蚀类型 2 化工设备换热器运营期间的常见腐蚀类型 2.1 换热器的物理腐蚀 所谓物理腐蚀，实质上是最为普遍的一种腐蚀类型，由于化工产品生产依赖化工
5、原料，其本身带有一定的腐蚀属性，加上换热器由金属材质制造，在满足换热器设备刚性及硬件条件时，也会随之埋下运营过程中受腐蚀的风险5。具体而言，换热器在化工生产环节需要高负荷运转，尤其是换热器始终处于高温环境运行，加上与各类高温、高速流体之间的摩擦作用，流体中的杂质、颗粒、气体等均会对换热器内壁产生摩擦冲击，即便在内部设置相应的保护层，也会在长期的生产中遭到磨损破坏，腐蚀程度也会承时间的推移而加剧。目前，结合化工设备换热器实际使用情况，由于换热器金属部件易产生部分黏性介质，化工企业在生产中为克服这一问题，通常会将流体流动速度控制在 2m/s 左右，该操作可以帮助冲刷换热器的传热面，在换热器的表面上
6、形成强压，但也会在一定程度上加剧物理腐蚀的风险，因此更需要做好相应的防护处理，以保证换热器安全运行和延长使用寿命。2.2 换热器的电化学腐蚀 电化学腐蚀是换热器常见的腐蚀类型之一，源于换热器在长期运营阶段会出现诸多介质沉淀现象，特别是在换热器的末端部位会在流体流速的影响下，大幅增加管内的沉积物。受流速与沉积物之间的共同影响，导致换热管表面沉积物分布不均，并且导致黏连性减弱而产生间隙或裂缝，也正是由于沉积物的间隙不同，使换热器不同部件之间产生电化学腐蚀现象，主要包括面积还原腐蚀、阳极金属腐蚀等。其中，在阳极金属腐蚀现象中主要表现为阳极金属产生溶解，并引发与周边金属的连锁反应，而阴极金属则会表现出
7、还原反应，由此生产中性溶液或者碱性溶液，在循环反应中加剧换热器的腐蚀程度。2.3 换热器管道水侧腐蚀 在化工设备换热器的应用中，水是该设备管理中的基础介质，但由于换热器用水量较大，对于水质的处理上并不严格，导致水中通常富含较多的杂质，再通过长期积聚而导致换热器管道水侧产生腐蚀现象6。另外，受化工产品生产过程的影响，换热器管道水通常具有 pH 较低的特点，这也会导致水中的含氧量偏低，进而使设备出现腐蚀的风险。根据换热器运行的基础条件差异，管道内部会产生气态水、酸性DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.026 李旭升：化工设备换热器运营期常见腐蚀问题及防控措施 171 水
8、，或者管道中空气含量大幅增加，当水气与管道中的铁元素产生反应时，还会进一步产生氧化反应，使管道内壁的腐蚀程度加剧。2.4 换热器的应力腐蚀 所谓换热器应力腐蚀是指在外加应力与残余应力作用下，使换热器产生的腐蚀现象，在应力腐蚀的影响之下，换热器材料强度会大打折扣，增加断裂或损坏的故障风险。目前，在化工设备中换热器应力腐蚀，以阳极溶解应力腐蚀和氢致开裂应力腐蚀为主。从腐蚀所产生的机理来看，通常是受应力的作用，导致换热器氧化膜受到严重破坏，并使得换热器材料形成阳极与阴极，一旦内部材料受到上述影响，将加剧阳极金属腐蚀进度和设备损坏进程。在应力腐蚀的作用下，阳极金属会演变为离子液体，对未受破坏的金属产生
9、损害。3 化工设备换热器常见腐蚀防控处理措施 3 化工设备换热器常见腐蚀防控处理措施 3.1 利用防腐涂料提升性能 防腐涂料是一种专门应对金属腐蚀的特殊材料，可以为金属提供一层有效的防腐保护层，增加金属材料提供必要的防腐缓冲而提升使用寿命7。目前，化工设备换热器应用领域，防腐涂料的应用也逐步展开，其中以防腐涂层的性能最为突出，成为一种行之有效的防腐防控方案。根据具体的操作方式来看，主要是在换热器金属表面覆盖一层涂层，以实现与化学流体的物理阻隔，降低化学原料对换热器金属材料的影响。通常而言，涂层应用包括电镀、包镀、火焰喷涂、热浸等方式，完成防腐涂层的处理后可以进行高温烘烤，以使涂层有效附着于金属
10、材料表面。相较于普通涂层而言，金属防腐涂层具备可变形性优势，而无机涂层则比较脆弱，因此在实际处理中必须杜绝孔洞或裂痕，否则将难以发挥出涂层防腐的作用。除此之外，在化工设备换热器的外部防腐处理中，还衍生出一种过氯乙烯为主的底漆和面漆，它可以兼顾防潮、防水、防霉等性能，尤其在低于 45的环境中，过氯乙烯涂料可以发挥出最佳性能，可抵抗酸碱杂质对换热器材料的腐蚀。比如，小于 90%浓度硫酸、小于 50%浓度硝酸、各种盐酸、碱，或者海水、矿物油、汽油、润滑油等物质。具体的使用步骤如下：（1）对换热器进行前期预处理，包括除锈、除油、喷砂等，使换热器金属充分显露；（2）按照相应的喷涂标准实施喷涂作用，既需要
11、考虑换热器的防腐性，也要突出换热器的增热需求，科学控制喷涂的厚度参数，避免过薄影响防腐性能，或者过厚而影响导热效率；（3）针对换热器不同的防腐要求，可利用浸泡法及泵循环法，对管道内部实施喷涂处理，切实做好管道内外壁的防腐涂层处理；（4）根据防腐喷涂的要求，一般需要由 4 层底漆和 2层面漆构成；（5）喷涂处理完成后需要落实检查，保证表面无孔洞、裂缝，在达到厚度要求时保证表面光滑。3.2 牺牲阳极的阴极保护法 根据化工设备换热器的金属材质分析，其通常由碳钢材料所构成，组成碳钢的材料为渗碳体和铁素体，且前者的电子电位比后者更低，两者之间极易产生原电池。通过腐蚀的机理分析，渗碳体会成为微电池的阴极，
12、而铁素体则成为电池的阳极，在电化学腐蚀的作用下使其中的铁元素进一步流失，在腐蚀的过程中产生的电流被称为腐蚀电流8。为避免出现电化学腐蚀问题，以牺牲阳极和阴极保护法应运而生，并且在化工设备维护中得到普遍应用。作为一种较为常用的电化学防腐方式，主要是依据电化学原理对阴极材料实施保护，即在换热器金属表面连接电极电位更低的金属，如镁、铝、镁铝合金等材料，以此对金属铁元素实现保护的作用，避免其被破坏和腐蚀，保护原理见图 1。图 1 换热器阴极保护原理 图 1 换热器阴极保护原理 3.3 强化设备监测与修复管理 在化工设备管理标准之中，换热器设备的有效监测与修复管理至关重要，是维护设备安全高效运行的最有效
13、手段。由于换热器设备长期处于腐蚀环境，极易受到各类化学腐蚀性物质的影响，需要给予及时的监测与修复，保持换热器处于良好的状态。一方面，化工企业针对换热器的运营特点，需要制定与之相应的监测、修复等管理计划，采取不定期与随机的方式进行全面检查维护，即根据设备运维制度及设备运行特点，开展运行、间歇等阶段的监测修复工作。同时，完善换热器运维档案及详实记录设备运行数据，可采用现代远程实时监测技术，对设备的运行过程实施实时监测，一旦出现异常数据或者周期性数据变化，可以重点对设备腐蚀情况进行排查，并及时落实好处理工作。另一方面，注重设备常态化管理及技术优化，由技术人员开展常态化巡查巡检，及时消除潜在的安全运行
14、隐患问题，对出现的问题及时报备和修复。同时，要注重防腐修复处理技术的优化，利用定期排气检查、采样分析、涡流检测、壁厚检查等方式，全面收集换热器的腐蚀信息。与此同时，在落实设备防腐蚀预防及处理的同时，还应注重防膨胀、防172 李旭升：化工设备换热器运营期常见腐蚀问题及防控措施 泄漏、防锈的处理，全方位提升设备安全运行效率，延长设备使用寿命和降低成本。3.4 及时开展清洗及保养工作 任何设备的运转均不是一劳永逸的，而是需要经过科学合理的维护保养，才能够最大限度保持良好的运行状态。尤其是在化工产品的生产环节，由于各类腐蚀性物质对设备的影响，更需要及时开展清洗及保养工作，以便排除引发腐蚀的隐患和条件，
15、减少设备产生腐蚀问题的概率。通常而言，换热器的清洗可以选择化学清洗和机构清洗两类，化学清洗即针对换热器具体的情况，选择海绵球清洗、栲胶与碱剂清洗、盐酸清洗等方式，对设备实施机械高压射流清洗，使设备内部残留的化学杂质被及时排出，重新提升换热器的运行效能。另外，机械清洗通常适用于化学清洗之后，可以大幅降低对设备的磨损率，并且具备低成本、高效率的优势。需要注意的是，针对换热器所进行的机械清洗，需要根据实际的情况及条件组织，如对换热器碳钢或者不锈钢材质清洗时，应将水压控制在 50-70MPa，防止因水压过高而导致设备损坏。另外，对于已经产生腐蚀的换热器设备，机械清洗是无法达到预期清洗效果的，因此还需要
16、配合海绵球进行清洗，以达到最佳的除垢防腐效果。4 结 语 4 结 语 综上所述，随着工业化发展持续推进，我国化工领域将呈现增长态势，化工设备的应用规模也将不断扩大。为此，换热器作为重要的化工生产设备，必须要在运营期间保持良好的性能，以满足复杂的生产需求和生产条件，其中尤其需要关注常见腐蚀问题，并采取行之有效的防控处理措施，缓解换热器在生产环节面临的压力，全面保证其生产效率和管理质量，为化工领域的安全、高效发展奠定基础。参考文献 参考文献 1 亢凯.浅析化工设备换热器的常见腐蚀与防腐J.中国设备工程,2021(17):49-50.2 潘向东,马占国,贺启学,等.石油和天然气化工管板式换热器的腐蚀与防护研究J.石油和化工设备,2021,24(6):123-125.3 马洪岩.石油化工厂循环水换热器结垢腐蚀现状及原因分析J.当代化工研究,2022(11):130-132.4 邓庆龙.化工设备换热器的常见腐蚀与防腐研究J.化工设计通讯,2020,46(2):58-59.5 任大为.化工设备换热器的腐蚀原因分析及预防J.山西化工,2020,40(4):152-153,156.6 胡培远,高源.化
