知识丨换热器防腐原因及处理方法

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器机组腐蚀是化工生产中一个常见的问题，如何有效预防腐蚀显得很重要。

图1 铁锈

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。例如 ， 铁在自然界中大多为赤铁矿 ( 主要成分为 Fe ₂ O ₃ ) ， 而铁的腐蚀产物 — 铁锈主要成分也是 Fe ₂ O _{3 ，} 如图(1)所示， 铁的腐蚀过程正是回复到它的自然状态 — 矿石的过程。

因此，金属腐蚀的本质就是在一定的环境中金属经过反应回复到化合物状态的过程。

二、金属腐蚀的类型

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，如图(2)所示。

 图2 金属发生化学腐蚀

2. 电化学腐蚀

而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，如图(3)所示。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。

图3 金属发电化学腐蚀

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。由于管内壁结垢附着物 ( 氧化铁、钙盐沉积物、污泥物等 ) 的存在 ， 经常出现管内壁的局部侵蚀和点蚀。

一、 水侧管内壁的局部侵蚀

图4 水侧管内壁的局部侵蚀

当含有污物、空气 ( 大气中溶入了 SO ₂ ) 、亚硫酸气的冷水 ( 或冷却水 ) 急速流过金属管内时 ， 会冲破管内表面上的一层耐腐蚀保护膜。

如图(4)所示，在管保护膜剥离的表面，由于金属离子浓度差，形成阳极(金属离子少的部位)和阴极(金属离子多的部位)的电化学腐蚀，产生此种腐蚀的管内表面上会呈现鱼鳞坑凹状并带有细小斑点。

二、水侧管内壁的点蚀和孔蚀

换热器管水侧的腐蚀多是在水垢或其他附着物不均匀覆盖的情况下产生的。 对铜及其合金 ， 当管内壁表面附有多孔性的污泥、泥砂时 ， 会造成氧浓度差电池的另一种电化学腐蚀。

例如 ， 当冷水或冷却水中含有0. 1mg/L的铜离子时 ， 就会产生小电池 ， 使铜离子镀在铁上并产生点蚀和孔蚀现象 ， 即镀铜现象 。

三、水室侧管板表面的腐蚀

换热器位于水室侧管板表面，特别是管四周表面也会产生电化学腐蚀，这种腐蚀痕迹呈斑块状。

四、换热器管应力腐蚀破裂

黄铜换热器处于某些环境中 ( 如在水 、 水蒸汽、大气中 ) ， 在应力状态下可能产生应力腐蚀破裂。应注意的是制冷剂氨是使铜合金 ( 黄铜和青铜 ) 破裂的腐蚀剂。对黄铜来说 ， 其耐破裂性能随铜含量的增加而增强。

一、耐腐蚀材料

图5 不锈钢耐蚀材料

采用耐蚀材料 ( 如双目不锈钢、哈氏合金、钛、钛合金、铜等 ) ，如图(5)所示， 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。

二、电化学保护法

1.   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。

2. 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。

三、添加缓蚀剂发

图6 管板使用缓蚀剂前后

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。图(6)是使用缓蚀剂前后的对比，缓蚀剂的加入应以不影响生产工艺和产品质量为原则。

四、防腐蚀涂层法

图7 涂层法防腐

在金属表面，通过一定的涂覆方法，覆盖一层耐腐蚀的涂料保护层，以避免金属表面与腐蚀介质的直接接触，如图(7)所示。

这种技术方法最为经济有效，最初用于防止气体介质   腐蚀，所用涂料大部分为有机高分子混合物溶液。现在人们逐渐向防油及防溶剂涂料、高温涂料、重防腐涂料及特殊环境用涂料方向发展。

表面处理 —— 设备喷砂除锈、除油，露出金属本色；

涂层厚度 ——换热器涂层厚度是关键指标，要求既达到防腐目的，又能满足增热要求，一般涂层厚为80～250 μm。漆层过厚，会影响传热，漆膜发脆；

施工方式 —— 多为浸泡式或利用换热器本身作壳体，用泵循环来涂管内壁，管外壁利用浸泡方法；

涂层次数 ——底漆 2 层，面漆 4 层，每层厚度 25～40μm；

加热方法 ——涂层表面干后，进烘房加热固化。从80 ℃开始升温，徐徐升高至160 ℃恒温2 h，然后自然降温；

漆层质量要求 ——平整光滑，无麻点、针孔、裂纹、漏涂，厚度均匀。

结语：

所有化工装置中，换热器的腐蚀形态比较接近，因此可以将腐蚀类型分为：沉积物引起的电化学腐蚀；负荷应力、热应力引起的应力腐蚀；入口处流速较高磨损腐蚀；溶解氧腐蚀和材质问题。另外，根据换热器的腐蚀状态、现场的实际条件，采用不同的防腐措施。