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换热器结垢腐蚀几大原因及防腐六大措施!

2019-04-26 09:37

  换热器在化工生产中占有重要地位,而换热器机组结垢腐蚀,导致传热不够而被迫停车清洗或者换热器的更换,严重时会影响安全生产的进行,更会增加企业运行的成本。

  结垢原因

  1颗粒污垢

  悬浮于流体的固体微粒在换热表面上的积聚,一般是由颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐类、胶状物、油污等组成。

  当含有这些物质的水流经换热器表面时,容易形成污垢沉积物,形成垢下腐蚀,为某些细菌生存和繁殖提供温床。当防腐措施不当时,最终导致换热表面腐蚀穿孔而泄漏。

  2生物污垢

  除海水冷却装置外,一般生物污垢均指微生物污垢。循环水系统中最常见的微生物主要是铁细菌、真菌和藻类。

  铁细菌能把溶于水中的Fe2+ 转化为不溶于水的Fe2O3 的水合物,在水中产生大量铁氧化物沉淀以及建立氧浓差腐蚀电池,腐蚀金属。

  且循环水系统中的藻类常在水中形成金属表面差异腐蚀电池而导致沉积物下腐蚀。块状的还会堵塞换热器中的管路,减少水的流量,从而降低换热效率。

  3结晶污垢

  在冷却水循环系统中,随着水分的蒸发,水中溶解的盐类(如重碳酸盐)的浓度增高,部分盐类因过饱和而析出,而某些盐类则因通过换热器传热表面时受热分解产生沉淀。这些水垢由无机盐组成、结晶致密,被称为结晶水垢。

  4腐蚀污垢

  具有腐蚀性的流体或者流体中含有腐蚀性的杂质对换热表面腐蚀而产生的污垢。腐蚀程度取决于流体中的成分、温度及被处理流体的 pH 值等因素。

  通常,冷却管中的污垢冷却管一般为紫铜管和黄铜管,金属腐蚀主要是较高温度下(40~50℃)的氧腐蚀,污垢以铜或铜合金腐蚀产物和钙镁沉淀物为主,从而造成大量腐蚀污垢。

  5凝固污垢

  流体在过冷的换热面上凝固而形成的污垢。例如当水低于冰点而在换热表面上凝固成冰。温度分布的均匀与否对这种污垢影响很大。

  金属腐蚀

  换热器大多数是金属质地,而在自然界中大多数金属常以矿石的形式,即金属化合物的形式存在,而腐蚀则是一种金属回复到自然状态的过程。

  换热器的腐蚀主要是指板片的腐蚀。与水质不纯、大气对水的污染、管内壁面状况以及水流速大小等因素均有着密切关系。

  1化学腐蚀

  金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程。

  2电化学腐蚀

  金属表面与电解质溶液因发生电化学作用而产生的电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。电化学腐蚀通常又以应力腐蚀破裂、点蚀(小孔腐蚀)、缝隙腐蚀等局部腐蚀的形式出现。

  3应力腐蚀

  产生应力腐蚀必须具备特定的腐蚀环境和足够大的拉伸应力。CL-是造成应力腐蚀的另一个主要因素。 Cl- 半径小,穿透力极强,很容易穿透保护膜内极小的孔隙,破坏局部钝化膜而进入裂缝尖端生成HCl,产生自加速催化加速腐蚀过程,同时 H+ 在尖端析出,渗入裂缝前缘,可使金属脆化。

  温度是引起应力腐蚀破裂的重要因素,温度愈高时引起腐蚀的 Cl- 浓度越低,也就愈易发生应力腐蚀破裂。

  4生物腐蚀

  主要是与冷却水系统的循环水等介质接触的金属表面上易引起生物腐蚀。生物腐蚀的原因是由于生物体会以有机缓蚀剂为食物,生物代谢产生酸,破坏金属耐腐蚀保护层,生物新陈代谢耗氧,造成金属表面 O2 浓度不均而引起氧浓差腐蚀。

  换热器防腐蚀的六项措施

  1合理的工艺设计

  设计时,将蒸汽放在管程侧,避免高速气体流经壳程。壳程有较大流量介质时,可以设计多个壳程入口,缓冲压力,另外应设置防冲板,减少高速流体对设备造成的冲刷腐蚀。

  为避免残留液和沉积物的滞留,焊接时尽量采用双面对接焊和连续焊,避免搭接焊和点焊。在焊接工艺中应根据实际经验,引起应力腐蚀破裂的应力主要是残余应力,而残余应力主要是由冷加工以及焊接引起的内应力所构成。

  对冷加工件和焊接件进行热处理,有助于消除残余应力,从而也有助于防止应力腐蚀的产生。常采用应力退火热处理消除残余应力或其他消除残余应力的方法,如水压试验、振动时效及锤击等。

  另外,管束起吊必须采用尼龙带,保证金属表面平整、无划痕、能够顺利入壳。

  2耐腐蚀材料

  采用耐蚀材料(如双目不锈钢、哈氏合金、钛、钛合金、铜等),这些材料耐腐蚀性强,可以提高换热器的使用寿命,但这些高耐腐蚀性的材料价格昂贵,制造成本高,一次性投入的成本大,企业一般难以接受,推广困难。

  3电化学保护法

  电化学保护方法不但可以防止应力腐蚀断裂, 而且在保护参数选用得当的条件下即使产生了裂纹仍可使其停止扩展。可采用牺牲阴/阳极保护或表面喷涂耐蚀金属的方法。

  阴极保护:

  利用外加直流电源,使金属表面上的阳极变为阴极而受到保护。这种方法消耗电量大,费用高,采用极少。

  阳极保护法:

  把被保护的设备接以外加电源的阳极,使金属表面生成钝化膜,从而达到保护。碳钢换热器的造价低,但耐腐蚀性差。

  通过采用牺牲阳极保护技术可以提 高换热器的使用寿命,但这一技术的保护作用仅限于管子入口处的有限长度内, 管内深处难以实现阴极保护,所以牺牲阳极保护法在换热器上的应用受到了很大限制。

  4添加缓蚀剂法

  在腐蚀性介质中,加入少量的某些物质,而这些物质能使金属的腐蚀大大降低,甚至停止,这类物质称为缓蚀剂。我们兰州格瑞缓蚀技术研究所研发生产的缓蚀阻垢剂GR-946具有良好的防垢性能,有效保护金属材质,对换热设备无损伤。缓蚀剂的加入不影响生产工艺和产品质量。

  5换热器运行

  换热器开车时,现将冷流体充满容器,关闭入口,再将热流体题缓慢注入,尽量使导入流体而形成的管子与壳体之间的热膨胀差为最小。

  停车后,用干燥压缩空气将换热器中所有的流体排除,这样可以将应力降到最小,避免应力腐蚀。在开车过程中,上下水阀保持全开状态,避免流速减慢,介质中杂质沉淀在管式表面造成结垢后腐蚀。

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