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換熱器在煉油工業中的應用是十分廣泛的,其重要性也是顯而宜見的,換熱設備利用率的高低直接影響到煉油工藝的效率以及成本的費用問題。據統計換熱器在化工建設中約占投資的1/5,因此,換熱器的利用率及壽命是值得研究的重要問題。由換熱器的損壞原因來看,腐蝕是一個十分重要的原因,而且換熱器的腐蝕是大量的普遍存在的,能夠解決好腐蝕問題,就等于解決了換熱器損壞的根本。要想防止換熱器的腐蝕,就得弄清楚腐蝕的根源,現就換熱器的腐蝕的原因從以下幾方面進行討論。
1·換熱器的用材的選擇
使用何種材料的決定因素是其經濟性,管子材料有不銹鋼,銅鎳合金,鎳基合金,鈦和鋯等,除了工業上不能使用焊接管的情況以外都使用了焊接管,耐蝕材料僅用于管程,殼程材料是碳鋼。
2·換熱器的金屬腐蝕
2.1金屬腐蝕的原理
金屬腐蝕是指在周圍介質的化學或電化學的作用下,并且經常是在和物理、機械或生物學因素的共同作用下金屬產生的破壞,也即金屬在它所處環境的作用下所產生破壞。
2.2換熱器幾種常見的腐蝕破壞類型
2.2.1均勻腐蝕
在整個暴露于介質的表面上,或者在較大的面積上產生的,宏觀上均勻的腐蝕破壞叫均勻腐蝕。
2.2.2接觸腐蝕
兩種電位不同的金屬或合金互相接觸,并浸于電解質溶解質溶液中,它們之間就有電流通過,電位正的金屬腐蝕速度降低,電位負的金屬腐蝕速度增加。
2.2.3選擇性腐蝕
合金中某一元素由于腐蝕,優先進入介質的現象稱為選擇性腐蝕。
2.2.4孔蝕
集中在金屬表面個別小點上深度較大的腐蝕稱為孔蝕,或稱小孔腐蝕、點蝕。
2.2.5縫隙腐蝕
在金屬表面的縫隙和被覆蓋的部位會產生劇烈的縫隙腐蝕。
2.2.6沖刷腐蝕
沖刷腐蝕是由于介質和金屬表面之間的相對運動而使腐蝕過程加速的一種腐蝕。
2.2.7晶間腐蝕
晶間腐蝕是優先腐蝕金屬或合金的晶界和晶界附近區域,而晶粒本身腐蝕比較小的一種腐蝕。
2.2.8應力腐蝕破裂(SCC)和腐蝕疲勞SCC是在一定的金屬一介質體系內,由于腐蝕和拉應力的共同作用造成的材料斷裂。
2.2.9氫破壞
金屬在電解質溶液中,由于腐蝕、酸洗、陰極保護或電鍍,可以產生因滲氫而引起的破壞。
3·冷卻介質對金屬腐蝕的影響
工業上使用最多的冷卻介質是各種天然水。影響金屬腐蝕的因素很多,主要的幾個因素及其對幾種常用金屬的影響:
3.1溶解氧
水中的溶解氧是參加陰極過程的氧化劑,因此它一般促進腐蝕。當水中氧的濃度不均勻時,將形成氧的濃差電池,造成局部腐蝕。對碳鋼、低合金鋼、銅合金和某些牌號的不銹鋼而言,熔解氧是影響它們在水中腐蝕行為的最重要因素。
3.2其他溶解氣體
在水中無氧時CO2將導致銅和鋼的腐蝕,但不促進鋁的腐蝕。微量的氨腐蝕銅合金,但對鋁和鋼沒有影響。H2S促進銅和鋼的腐蝕,但對鋁無影響。SO2降低了水的pH值,增加了水對金屬的腐蝕性。
3.3硬度
一般說來,淡水的硬度增高對銅、鋅、鉛和鋼等金屬的腐蝕減小。非常軟的水腐蝕性很強,在這種水中,不宜用銅、鉛、鋅。相反,鉛在軟水中耐蝕,在硬度高的水中產生孔蝕。
3.4pH值
鋼在pH>11的水中腐蝕較小,pH<7時腐蝕增大。
3.5離子的影響
氯離子可以破壞不銹鋼等鈍化金屬的表面,誘發孔蝕或SCC。
3.6垢的影響
淡水中的CaCO3垢。CaCO3垢層對傳熱不利,但是有利于防止腐蝕。
4·傳熱過程對腐蝕的影響
金屬在有傳熱和沒有傳熱的條件下,腐蝕行為是不相同的。一般說來,傳熱使金屬的腐蝕加劇,特別是在有沸騰、汽化或過熱的條件下更明顯。在不同介質中,或對不同的金屬,傳熱的影響也不相同。
5·防腐方法
知道了換熱器各種腐蝕的原因,合理的選擇防腐措施,才能達到高效利用設備的目的。針對以上討論的有關腐蝕情況,提出以下防腐方法:
這里主要介紹緩蝕劑,電化學保護。
①緩蝕劑
以鉻酸鹽為主要成分的緩蝕劑是冷卻水系統常用的,鉻酸根離子是一種陽極(過程)抑制劑,當它與合適的陰極抑制劑組合時,能得到令人滿意而又經濟的防腐蝕效果。
鉻酸鹽-鋅--聚磷酸鹽:聚磷酸鹽的使用是由于它是具有清潔金屬表面的作用,有緩蝕能力,聚磷酸鹽可以部分轉成正磷酸鹽,它們也可以同鈣生成大的膠體陽離子,抑制陰極過程。鉻酸鹽-鋅--膦酸鹽:這種方法用膦酸鈉代替聚磷酸鹽外與上一種方法相似,氨基甲叉磷酸鹽也可以用于比為聚磷酸鹽所規定的pH值要高的場合。氨基甲叉膦酸鹽可以防止水垢,即使pH值為9也能控制鈣鹽的沉淀。
鉻酸鹽-鋅--水解的聚丙烯酰胺:由于陽離子型共聚物水解的聚丙烯酰胺的分散作用,能夠防止或抑制水垢成污垢的產生。
②電化學保護
采用陰極保護和陽極保護。陰極保護是利用外加直流電源,使金屬表面變為陰極而達到保護,此法耗電量大,費用高。陽極保護是把保護的換熱器接以外加電源的陽極,使金屬表面生成鈍化膜,從而得到保護。