換熱器作為重要的熱量交換設(shè)備，在化工領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。作為換熱器的最主要介質(zhì)的循環(huán)水，會帶來一定腐蝕問題。2023年，聚乙烯裝置利用大檢修期間對部分循環(huán)水換熱器進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)有不同程度的腐蝕。

本文針對循環(huán)水換熱器腐蝕與防腐進(jìn)行深入研究。

1、循環(huán)水換熱器腐蝕原因分析

1.1水質(zhì)對腐蝕的影響

循環(huán)水換熱器的腐蝕普遍受水質(zhì)影響。下面從水質(zhì)的多種角度對腐蝕的影響進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1.1溶解氧含量對腐蝕的影響

循環(huán)水換熱器以水為介質(zhì)起冷卻作用，當(dāng)pH值偏酸性或變化較大時，溶解氧含量就會偏高，便出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象。反應(yīng)方程式如下：

陽極：Fe→Fe²⁺+2e^-；陰極：H₂O→H⁺+OH^-，2H⁺+2e^-→H₂。

在金屬表面的反應(yīng)方程式：Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂。

生成保護(hù)膜：3Fe(OH)₂→Fe₃O₄+H₂+H₂O。

金屬材料生成表面保護(hù)層后會暫停腐蝕的繼續(xù)。一旦換熱器介質(zhì)中溶解氧含量過多就會破壞這層保護(hù)膜造成進(jìn)一步腐蝕。反應(yīng)方程式為：

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃↓，4Fe(OH)₃+Fe(OH)₂→Fe₃O₄+4H₂O。

1.1.2水的pH值對腐蝕的影響

pH值小于7，呈酸性時，金屬表面保護(hù)膜很難形成，而且換熱器內(nèi)介質(zhì)中含H⁺過多，會使Fe(OH)₂不易生成，腐蝕加劇。查看生產(chǎn)運行平臺發(fā)現(xiàn)近幾年來，裝置循環(huán)水pH值平穩(wěn)，除裝置停車和化學(xué)清洗時期外，pH值都大于7。由此可判斷，循環(huán)水的pH值與聚乙烯裝置換熱器腐蝕沒有必然聯(lián)系。同樣可知，由于水體pH值穩(wěn)定，故1.1.1中所述溶解氧含量與裝置換熱器腐蝕無關(guān)。

1.1.3總鐵含量對腐蝕的影響

總鐵是指循環(huán)水中的Fe²⁺和Fe³⁺，源自殘留金屬腐蝕殘留，是反映腐蝕情況的關(guān)鍵指標(biāo)。腐蝕原理反應(yīng)方程式為：

陽極：Fe→Fe²⁺+2e^-；陰極：O₂+2H₂O+4e^-→4(OH)^-。

當(dāng)Fe²+和(OH)^-相遇時，反應(yīng)方程式為：Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂↓，生成Fe(OH)₂沉淀。氫氧化鐵的產(chǎn)生即是腐蝕的開始。

通過檢測總鐵含量的高低，可以實時捕捉設(shè)備的腐蝕動態(tài)，做到對腐蝕傾向與腐蝕速率的管控。根據(jù)SH3099-2000《石油化工給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，水中有2mg/L的鐵離子存在時，會使換熱器腐蝕速率增加6~7倍。此外，鐵離子還會干擾緩蝕劑的緩蝕作用，同時還易產(chǎn)生鐵垢。目前，大慶石化公司循環(huán)水系統(tǒng)總鐵控制指標(biāo)要求為小于等于2mg/L，統(tǒng)計聚乙烯裝置2018~2020年循環(huán)水系統(tǒng)總鐵超標(biāo)情況，如表1。

由表1可知，2018~2020年，聚乙烯裝置循環(huán)水系統(tǒng)總鐵情況比較平穩(wěn)，控制指標(biāo)均≤2mg/L。由此可判斷，總鐵含量與換熱器腐蝕無關(guān)。

1.1.4氯離子對腐蝕的影響

液氯是循環(huán)水最常用的消毒劑，但其水解生成稀鹽酸，使循環(huán)水PH降低，引起設(shè)備腐蝕。氯離子濃度高時，總鐵含量高；氯離子濃度低時，總鐵含量低。可見氯離子的大量存在會使循環(huán)水換熱器腐蝕增強。因1.1.2與1.1.3中所述pH值與總鐵含量均符合要求，故氯離子與換熱器腐蝕無關(guān)。

1.1.5鹽類對腐蝕的影響

作為開放系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)必然會混入泥沙、金屬銹等雜質(zhì)，伴有大量鈣、鎂離子與碳酸根。這些鈣、鎂離子和碳酸根在管束表面發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鎂與碳酸鈣等雜質(zhì)結(jié)垢于其表面，使換熱面積減小，換熱效果降低。與此同時，垢下極易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，破壞換熱管，降低其使用壽命。

本次檢修拆檢換熱器E-9003，如圖1所示，可以看出循環(huán)水換熱器E-9003管束表面存在一定泥沙等沉積物，并伴有腐蝕現(xiàn)象。液壓試驗后發(fā)現(xiàn)換熱管存在9根泄漏，圖2為泄漏換熱管堵管位置。因此，可以判斷出垢下腐蝕是引起換熱器發(fā)生腐蝕的原因之一。

1.2循環(huán)水流速對腐蝕的影響

當(dāng)流速0.6~1.0m/s時，腐蝕速度最小。但不能只考慮防腐來定換熱器循環(huán)水流速，還要考慮工藝與設(shè)備方面的換熱要求。當(dāng)流速過低時，換熱器工作能力降低且易結(jié)垢。故公司規(guī)定：循環(huán)水走管程，流速不應(yīng)低于1.0m/s；循環(huán)水走殼程時，流速不應(yīng)低于0.3m/s。聚乙烯裝置部分換熱器冷卻水流速測量見表2。

由表2循環(huán)水流速可知，E-9003流速低于1.0m/s，流速不達(dá)標(biāo)。由圖1可知，管程存在泥沙等沉積物，阻塞循環(huán)水流動，使流速減慢。因此，可以判斷出流速過慢亦是引起換熱器發(fā)生腐蝕的原因之一。

1.3循環(huán)水溫度對腐蝕的影響

當(dāng)循環(huán)水溫度升高時，水中溶解氧含量上升，促使設(shè)備腐蝕加快，因此工藝生產(chǎn)中要嚴(yán)格控制循環(huán)水溫度，避免溫度超過設(shè)定范圍。

近幾年來，因聚乙烯裝置負(fù)荷上升，循環(huán)水制冷風(fēng)機功率不能滿足生產(chǎn)要求，循環(huán)水溫度在夏季較高。由此可判斷，循環(huán)水溫度是引起換熱器發(fā)生腐蝕的原因之一。

1.4化學(xué)清洗對腐蝕的影響

化學(xué)清洗是利用藥劑將換熱器內(nèi)部的泥垢清洗掉，再使設(shè)備內(nèi)表面形成一層保護(hù)膜。因此，化學(xué)清洗的好壞對防腐效果起一定作用。

通過查閱循環(huán)水清洗方案以及相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)近幾年來聚乙烯裝置，換熱器化學(xué)清洗過程中嚴(yán)格執(zhí)行清洗方案，故判斷化學(xué)清洗與換熱器腐蝕無關(guān)。

1.5換熱器表面磨損對腐蝕的影響

循環(huán)水換熱器工作過程中，含有懸浮物的流體在流動過程中與設(shè)備產(chǎn)生摩擦，在高速沖刷作用下導(dǎo)致管束表面磨損。另一方面，滲透進(jìn)來的水汽、空氣等氣體會使管道壁的表層沖刷加劇，磨損程度加重，腐蝕程度加重。聚乙烯裝置自2012年開工至今，已運行11年，換熱器內(nèi)部必然存在一定沖刷，故判斷表面磨損與腐蝕存在一定關(guān)系。

2、換熱器腐蝕監(jiān)測及預(yù)防措施

循環(huán)水換熱器腐蝕失效會帶來極大損失，因此采取有效的監(jiān)測和防腐手段就尤為重要。準(zhǔn)確對設(shè)備進(jìn)行腐蝕預(yù)測、采取恰當(dāng)措施降低腐蝕速率，便可以最大程度降低損失。

2.1腐蝕監(jiān)測方法

在化工生產(chǎn)中，常應(yīng)用的腐蝕監(jiān)測方法有排氣檢查、采樣與化驗分析、定點測厚與腐蝕掛片監(jiān)測等技術(shù)。

2.1.1定期排氣檢查

定期排氣檢查主要通過排空循環(huán)水，打開排放導(dǎo)淋，確認(rèn)是否有氣相介質(zhì)，則可判斷換熱器泄漏；若氣體側(cè)為可燃?xì)怏w，打開排放導(dǎo)淋，借助可燃?xì)怏w報警儀進(jìn)行檢查，若可燃?xì)怏w報警儀報警，則可判斷換熱器泄漏。

這種方法易操作、效果直觀，應(yīng)用最廣。

2.1.2采樣與化驗分析

采樣法原理與排氣類似，主要用于無法進(jìn)行排氣檢查的情況。當(dāng)管束發(fā)生泄漏且管殼程介質(zhì)混合無法通過排氣檢查，此時必須采用采樣法。在現(xiàn)場利用特殊容器收集氣、液體，送至化驗中心進(jìn)行化驗，通過檢測結(jié)果判斷泄漏情況。

2.1.3定點測厚

定點測厚就是利用超聲波測厚儀檢測殼體壁厚減薄情況，以確定殼體腐蝕的情況。這種方法方便準(zhǔn)確，近幾年來在現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，但無法檢測換熱器內(nèi)部情況。

2.1.4腐蝕掛片監(jiān)測

腐蝕掛片是測定腐蝕用的標(biāo)準(zhǔn)金屬試片，掛于現(xiàn)場，用以監(jiān)測設(shè)備腐蝕。將固定質(zhì)量的試片放入測試源內(nèi)，待指定時間后取出，清洗表面并觀察其腐蝕情況，烘干后再測其質(zhì)量，以此來確定腐蝕程度。

2.2預(yù)防措施

在化工生產(chǎn)中，常應(yīng)用涂層防腐、設(shè)置陰極保護(hù)等措施以降低設(shè)備的腐蝕速率。

2.2.1涂層防腐

換熱器防腐措施中應(yīng)用最為廣泛的措施便是涂層防腐。防腐涂層具有耐腐蝕、耐高溫、抗結(jié)垢和耐沖擊等特性，適用范圍非常廣泛。對于有涂層的換熱器，使用一段時間后管束表面清潔，無腐蝕現(xiàn)象；而無涂層的換熱器，使用一段時間后管束表面會出現(xiàn)金屬腐蝕。

2.2.2陰極保護(hù)

陰極保護(hù)是通過在換熱器內(nèi)加裝陽極塊，以犧牲陽極塊腐蝕來保護(hù)陰極，是涂層防腐的補充措施。當(dāng)同時使用涂層防腐與陰極保護(hù)的方法時，方可實現(xiàn)最好的防腐作用。陽極塊通常焊接固定在換熱器管箱內(nèi)，陽極塊的需求數(shù)量按照設(shè)備的大小而定并均勻分布，保證所保護(hù)設(shè)備無死角，陰極保護(hù)的防腐效果詳見圖3、圖4。

3、循環(huán)水系統(tǒng)運行改進(jìn)措施

為保障設(shè)備安全平穩(wěn)運行，聚乙烯裝置通過技術(shù)公關(guān)與提高管理水平來解決循環(huán)水換熱器的腐蝕問題。

3.1嚴(yán)控生產(chǎn)操作

通過換熱器腐蝕原因分析可知，工藝操作與腐蝕有著極大聯(lián)系，工作溫度、介質(zhì)中雜質(zhì)、pH值控制不到位等都會影響設(shè)備的腐蝕速率。因此，嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)調(diào)整，控制好設(shè)備操作，就能降低設(shè)備腐蝕速率。

在巡檢方面增加換熱器每周排污，排出換熱器內(nèi)沉積物。將換熱器測流速工作由每年檢測一次更改為每季度一次，及時確定換熱器流速，降低換熱器腐蝕。

3.2增設(shè)過濾網(wǎng)

循環(huán)水中較大的懸浮物，如破損的填料、摻雜的泥漿等通過過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾，起到從源頭過濾循環(huán)水的效果。每次聚乙烯裝置大檢修，打開換熱器，發(fā)現(xiàn)換熱器內(nèi)部均附著一定的雜質(zhì)，影響換熱效率。2018年大檢修期間，在各個區(qū)域循環(huán)水來水管線上增設(shè)過濾網(wǎng)。2023年聚乙烯裝置大檢修時，換熱器封頭打開后換熱管較為干凈，改造效果良好。

3.3調(diào)整緩蝕阻垢劑配方和投注量

根據(jù)裝置循環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，在與廠家溝通并調(diào)研后，改進(jìn)緩蝕劑配方及濃度，改進(jìn)后的藥劑緩蝕性能更好，阻垢能力增強。

3.4高壓射流清洗

利用換熱器檢修期間，聯(lián)系有關(guān)單位對循環(huán)水換熱器進(jìn)行高壓射流清洗，如圖5所示。這種方法是利用合適水壓的高壓水射流可以對換熱管內(nèi)外及換熱器內(nèi)部其他位置進(jìn)行清洗，將內(nèi)部垢層清理干凈，達(dá)到深度防腐的目的。

4、結(jié)語

循環(huán)水換熱器腐蝕是一個長期過程，對生產(chǎn)會造成較大影響。因此，換熱器的防腐是非常關(guān)鍵的，積極做好防腐工作，將此項工作作為常態(tài)化管理，以起到降低腐蝕速率，延長循環(huán)水換熱器壽命的作用。

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