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化工換熱器的腐蝕問題與防腐措施

文檔作者：康利剛文檔來源：河南省防腐企業(yè)集團(tuán)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年03月19日
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化工換熱器的腐蝕問題與防腐措施
康利剛(河南省防腐企業(yè)集團(tuán)有限，河南新鄉(xiāng)453000)
摘要：換熱器是化工生產(chǎn)流程中的重要設(shè)備類型，對于維
持化工材料溫度與設(shè)備運行工況條件有著重要的作用。由于
換熱器始終與周圍的流體介質(zhì)相接觸，因此其承受的外部磨損
與腐蝕問題相對突出，需要采取有效的防護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)，以
此保證換熱器的使用性能與整體壽命。本文闡述了化工換熱
器工作特點，對當(dāng)前化工換熱器的常見腐蝕問題進(jìn)行了分類研
究，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的防腐措施，旨在提供一定的參考
與借鑒。
關(guān)鍵詞：化工；換熱器；腐蝕；防腐
1化工換熱器工作特點分析
換熱器是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的能量交換設(shè)備，
冷熱流體介質(zhì)在換熱器中完成熱量傳遞，此類設(shè)備在石油化
工、煤化工、鹽化工等工業(yè)系統(tǒng)中扮演著不可或缺的角色?；?
工領(lǐng)域應(yīng)用的換熱器中的熱交換冷熱介質(zhì)性質(zhì)較為復(fù)雜，通常
表現(xiàn)出高溫(近looo。c)、高壓(2500MPa)、高流速、強(qiáng)腐蝕等特
點，極易出現(xiàn)腐蝕與泄露問題。這些問題的存在不僅影響著化
工生產(chǎn)的順利進(jìn)行，同時也對工業(yè)生產(chǎn)安全埋下了隱患。其
中，換熱管的表面腐蝕約占腐蝕泄漏的90％，它是介質(zhì)的沖刷
和介質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)侵蝕綜合作用的結(jié)果。下圖1為化工換熱器
常見結(jié)構(gòu)。
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圖1化工換熱器常見結(jié)構(gòu)
2化工換熱器腐蝕問題研究
2．1換熱器表面磨損導(dǎo)致的腐蝕
所謂磨損腐蝕，就是將高速流體對金屬表面對己經(jīng)生成腐
蝕產(chǎn)物的機(jī)械沖刷作用與剛裸露金屬表面腐蝕作用的結(jié)合。
換熱器表面在系統(tǒng)工作條件下，內(nèi)部介質(zhì)流通速度較大，二者
間的相對作用使得換熱器不可避免的出現(xiàn)磨損問題。出現(xiàn)腐
蝕損壞的位置多為換熱器中流速出現(xiàn)急劇變化的位置。這種
腐蝕損壞的作用程度與介質(zhì)內(nèi)的成分構(gòu)成，化工生產(chǎn)介質(zhì)內(nèi)的
氣體、液體、固體、氣泡等均會造成腐蝕?；どa(chǎn)領(lǐng)域中的部
分介質(zhì)具有較高的粘性，為了維持介質(zhì)的有效流動性，通常其
流速參數(shù)會被設(shè)置的較高。介質(zhì)流通經(jīng)過換熱器時，其內(nèi)部的
高速流體就會對換熱器表面造成強(qiáng)烈的沖刷作用。此外，振動
以及微振動也是導(dǎo)致折流板管孔處受到磨損不可忽略的因
素。這些都屬于磨損腐蝕的外在形式。
2_2表面沉積物導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕
換熱器管道中的介質(zhì)在流通環(huán)節(jié)中會與換熱管發(fā)生一定
的附著作用，進(jìn)而形成沉積物。此部分沉積物沿著介質(zhì)流向呈
現(xiàn)不均勻離散性分布特征，使得管道內(nèi)部形成一個又一個流通
環(huán)境差異化區(qū)段。在這些沉積物形成電化學(xué)腐蝕作用的過程
中，去主要原因是沉積物與管道附著的接縫位置內(nèi)外氧的含量
存在一定的差異。其包括：若是陽極氧化反應(yīng)，就會導(dǎo)致金屬
溶解；若是陰極還原反應(yīng)，就將物質(zhì)還原成了中性溶液或者是
堿性溶液；與此同時，腐蝕產(chǎn)物也會大量存在，致使縫內(nèi)外化學(xué)
成分極度的不均衡，進(jìn)而會導(dǎo)致更嚴(yán)重的腐蝕。
2．3換熱管水側(cè)的腐蝕
因為換熱管的交換介質(zhì)往往是水，所以水對換熱管造成的
腐蝕問題絕對不可以不屑。造成水腐蝕的原因就是水中所含
的成分，即pH值過低、水汽滲透、含有一定的溶解氧以及含有
的有毒有害陰離子(c1一，s2等)，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q熱管發(fā)生化學(xué)腐蝕
或是電化學(xué)腐蝕。所以說，預(yù)防換熱管腐蝕要滿足這樣一些條
件，即要求防腐表面的粘附性好，導(dǎo)熱性好，能夠抵抗溫度的變
化，硬度也要較高。與此同時，他們還要具有抵抗化學(xué)離子侵
蝕、水汽的滲透、阻止產(chǎn)生污垢的能力，這樣才能較好的預(yù)防換
熱管的腐蝕。
3化工換熱器防腐措施應(yīng)用
3．1犧牲陽極保護(hù)法
(1)碳素鋼的電化學(xué)腐蝕?；Q熱器中使用的碳素鋼材
料在介質(zhì)電解質(zhì)溶液中會發(fā)生微電池作用?；Q熱器表面
附近將分為鐵素體與滲碳體，其中的鐵元素點位較低，成為陽
極，而滲碳體則成為陰極。換熱器材料則將能夠有效規(guī)避腐蝕
電化學(xué)腐蝕作用的影響。
(2)犧牲陽極保護(hù)法。化工換熱器形成腐蝕作用的情況下，
陰陽極之間存在電流作用，電流受外部陰陽極的電勢驅(qū)動而形
成定向運動。犧牲陽極保護(hù)法的基本原理是通過在設(shè)備外部
加設(shè)低電位金屬將腐蝕作用控制在外接金屬上，方式設(shè)備發(fā)生
直接腐蝕。
3．2換熱器防腐涂料及其應(yīng)用
換熱器防腐材料主要包括金屬涂料和無機(jī)涂料兩種。其
中，金屬涂層的主要施工方法有：電鍍、火焰噴涂、包鍍等。而
無機(jī)涂層的施工方法有：噴涂、滲鍍、或化學(xué)轉(zhuǎn)化等。涂料刷涂
完成后需要在高溫環(huán)境中進(jìn)行加熱固化。常見的金屬涂料才
換熱器工況條件下存在一定的形變問題，而無機(jī)涂料層呈現(xiàn)較
為明顯的脆性特征，具體應(yīng)用環(huán)節(jié)需要進(jìn)行嚴(yán)格的工藝控制。
當(dāng)前化工換熱器中應(yīng)用較多的是CH一784防腐涂料系環(huán)氧
氨基涂料，此種材料具有理想的耐腐蝕性能，同時具備良好的
機(jī)械性能，能夠有效適應(yīng)化工生產(chǎn)條件下的介質(zhì)沖擊與摩擦作
f下轉(zhuǎn)第121頁)
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(5)催化劑和轉(zhuǎn)化管對預(yù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)起保護(hù)作用，催化劑失
效后更多的CH。和高碳烴進(jìn)入下游工段增加了轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷和熱
負(fù)荷，在這種情況下可能導(dǎo)致催化劑增加析碳能力升高了轉(zhuǎn)化
管管壁溫度。
4失效應(yīng)對措施
失效后的預(yù)轉(zhuǎn)化催化劑失去對預(yù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的保護(hù)作用，整
個生產(chǎn)系統(tǒng)會不斷升溫，必須通過相關(guān)操作改變情況避免
危險。
4．1打開旁路閥按情況控制溫度變化
降低盤管進(jìn)VI原料氣溫度主要通過關(guān)小脫硫系統(tǒng)原料氣
預(yù)熱旁路閥開大盤管旁路閥實現(xiàn)；控制轉(zhuǎn)化爐入口溫度在
630℃以內(nèi)，精心檢測調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化爐燒嘴和轉(zhuǎn)化管管壁溫度防止
超溫。
4．2裝置減負(fù)荷
轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷增加在預(yù)轉(zhuǎn)化催化劑失效后表現(xiàn)明顯，通過
減小裝置負(fù)荷有利于降低原料氣溫度比如轉(zhuǎn)化爐入VI、盤管出
口、預(yù)轉(zhuǎn)爐入口等處，降低煙氣溫度。
4．3控制轉(zhuǎn)化爐燃料氣量在合適范圍
控制轉(zhuǎn)化爐燃料氣量達(dá)到降低對流段煙氣溫度和轉(zhuǎn)化爐
出口溫度對降低原料氣和煙氣溫度有比較好的作用。適當(dāng)減
小裝置負(fù)荷，是因為每降低轉(zhuǎn)化爐出口溫度1℃，CH。含量就會
在轉(zhuǎn)化爐出口上漲0．05％，使得無效氣體量合成工段不斷增加
增加了裝置能耗。而能耗的增加會使得材料的用量產(chǎn)生更差
的效果，轉(zhuǎn)化爐的內(nèi)耗增加就會縮減了最終的產(chǎn)量這對產(chǎn)量控
制十分不利，因為通過降低轉(zhuǎn)化爐中的燃料氣量來控制出口溫
度達(dá)到減負(fù)裝置的效果是比較環(huán)保和高效能的。
4．4對煙氣中氧含量進(jìn)行控制
煙氣中氧含量偏高說明轉(zhuǎn)化爐內(nèi)加入的空氣量過多，這會
使得本來溫度較低的空氣在流動中帶走轉(zhuǎn)化爐的熱量使得熱
量損失增大并降低了熱效率。熱效率對整個轉(zhuǎn)化爐的反應(yīng)過
程是至關(guān)重要的，熱效率低于標(biāo)準(zhǔn)則會降低催化劑的活性，過
高則會激活催化劑更快反應(yīng)導(dǎo)致超溫效果，所以必須穩(wěn)定整個
反應(yīng)爐的熱效率。在調(diào)整過程中，將輻射段爐膛氧含量從1．2％
降至1．0％，對燒嘴風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證轉(zhuǎn)化爐燒嘴燃燒正常的
情況下，將對流段氧含量從2．10％降到1．76％。
4．5控制較高水碳比
在預(yù)轉(zhuǎn)化催化劑失效的工況下，為了促進(jìn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化
率，提高水碳比操作，可使穿透預(yù)轉(zhuǎn)化爐進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐的高碳烴
與蒸汽反應(yīng)，保護(hù)轉(zhuǎn)化管和轉(zhuǎn)化催化劑。同時增加原料氣中的
蒸汽量，能降低煙氣溫度，增加盤管的氣體流量。通過提高水
碳比，還可降低原料氣的溫度，降低過熱高壓蒸汽的溫度，吸收
更多的熱量。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡介：陳鑫亮(1983一)男，漢，遼寧海城助工，工學(xué)學(xué)士，研究
方向：甲醇生產(chǎn)技術(shù)
(上接第i19頁)
用。材料表面光滑，與介質(zhì)雜質(zhì)間的附著力較小，不宜形成水
垢。此外，CH-784防腐涂料底漆面漆含有金屬顏料，導(dǎo)熱系數(shù)
大，能夠有效提高換熱效果。鑒于當(dāng)前化工領(lǐng)域較為突出的水
質(zhì)腐蝕問題，很多工廠使用碳鋼換熱器涂防腐涂層，費用明顯
低于傳統(tǒng)不銹鋼換熱器與鈦換熱器，常規(guī)使用期可達(dá)10年
以上。
3．3 CH一784防腐涂料及其應(yīng)用
cH一784防腐涂料系環(huán)氧胺基涂料，其特點是：耐酸堿、耐
油、耐水、耐溶劑、耐熱、耐磨、導(dǎo)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一784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。
在該材料的應(yīng)用環(huán)節(jié)中，首先需要對化工換熱器設(shè)備進(jìn)行
表面處理，通過噴砂除銹、去雜質(zhì)、除油等操作維持設(shè)備表面的
清潔性。防腐材料涂層厚度的選擇需要兼顧防腐性能與設(shè)備
導(dǎo)熱性能，通常選擇的涂層整體厚度水平為80—250mm，過厚的
涂層厚度不僅會降低換熱器的傳熱有效性，同時也會導(dǎo)致漆膜
脆性過高，而形成質(zhì)量問題。材料的涂刷操作通常選擇便于實
施的浸泡式方法，同時也可根據(jù)情況使用換熱循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)
涂刷。涂層包括底漆2層，面漆4層，單層厚度控制在25—40ram
水平范圍內(nèi)。涂層的加熱固化緩慢進(jìn)行，起始溫度80℃，逐漸
升高至160℃后維持2h，而后進(jìn)行自然降溫。最終的材料涂層
質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)為外觀平整光滑，不存在麻點、裂紋、針孔等問
題，各涂層厚度均勻一致。
4結(jié)語
綜上所述，化工換熱器的腐蝕問題是影響其使用性能與安
全性的重要因素，為了有效提升化工行業(yè)中換熱器的實際使用
效果，行業(yè)工作者們應(yīng)針對其工作性能進(jìn)行深入的研究分析，
把握常見腐蝕問題的形成原因與控制要素，合理應(yīng)用防腐措
施，有效提升設(shè)備的防腐性能水平，為換熱器的正常使用與高
效運轉(zhuǎn)創(chuàng)造有利條件，為化工行業(yè)設(shè)備應(yīng)用發(fā)展提供有利
基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡介：康$iJ岡II(1977一)男，漢族，河南省長垣縣人，現(xiàn)供職于
河南省防腐企業(yè)集團(tuán)有限，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)高級工程師，工程師，國家注冊
二級建造師。

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