化工设备换热器的常见腐蚀与防腐研究

王燕平

摘要：随着我国科技水平持续提高，人们对换热器的要求越来越高，但其面临的腐蚀问题较为严峻，一般有三方面，即：物理腐蚀（金属材料在物理溶解作用下产生损坏所致）、化学腐蚀（金属材料与化学物质接触而发生直接的化学反应导致）、电化学腐蚀（沉积物的堆积导致）。根据化工设备换热器腐蚀方式的不同，需要采取相应的防范措施，加以应对，保证换热器正常运行。本文通过分析换热器腐蚀的内涵，对存在的化工设备换热器的腐蚀问题研究提出相应的防腐蚀措施。

关键词：化工设备；换热器；防腐要点

压力容器是化工设备的重要组成部分，在化工生产中具有重要作用。压力容器一旦发生腐蚀，轻则影响化工反应的正常进行，严重的甚至会酿成重大安全事故。腐蚀和应力是导致金属材料破裂、失效的重要因素，在化工压力容器中不可避免。通过采取相应防腐措施，可在一定程度上抑制腐蚀进程，延长设备使用寿命，保证化工生产安全稳定进行。

1化工压力容器常见腐蚀类型

1.1物理腐蚀

物理腐蚀是指构成容器的金屬材料在物理溶解作用下所产生的损坏，这种腐蚀与化学或电化学反应无关，仅是一个物理变化的过程。例如，用来盛放熔融金属的钢制容器会缓慢地被熔融金属所溶解，日积月累就会造成明显的物理腐蚀。

1.2化学腐蚀

化学腐蚀是指容器表面的金属材料与化学物质接触而发生直接的化学反应，最终引起容器的损坏。引发化学腐蚀的一般是干燥气体或非电解质溶液，发生腐蚀时，金属原子直接与氧化剂进行电子交换而完成氧化还原反应，期间不会产生电流。

1.3电化学腐蚀

电化学腐蚀是造成化工压力容器腐蚀的最主要原因，其破坏性比物理腐蚀和化学腐蚀要大得多，这是因为化工生产中的电解质溶液非常常见，为电化学腐蚀提供了良好的电解质环境。在电化学腐蚀过程中，位于阳极的金属失去电子并以离子形态进入电解质溶液，而金属中的剩余电子在阴极被氧化剂所捕获。电化学腐蚀既可以是单一的电化学过程，也可以与机械作用、生物作用等共存，形成一个极为复杂的反应过程。

2化工设备换热器防腐策略

2.1采取阳极牺牲保护的方法

（1）众所周知，碳素钢的电化学腐蚀主要情况有：碳素钢一旦处于电解质溶液中，就極易会形成微电池。碳素钢通常是由铁元素和渗碳体组成，而铁元素的电极电位一般较低，因此它能理所应当的成为微电池的阳极，而渗碳体也就自然而然的成为了微电池的阴极。

（2）牺牲阳极保护法：电化学反应进行时，阴阳两极之间会产生一定的电流。所谓的牺牲阳极保护法就是，在所需保护的设备上连接一个比自身电位更负的金属（常用的有锌），使得被保护的金属发生极化现象。通常而言，基于碳素钢的特性，其往往作为牺牲的那一部分，主要是原因是碳素钢由电位极低的铁元素构成的，并且铁相比铝而言，较难产生氧化膜，同时能顺畅的产生腐蚀电流，因此，在牺牲阳极的选择上，较多的选择碳素钢。

2.2采用防腐性能强的材料

如果化工机械设备被腐蚀，轻则缩短了机械设备的使用寿命，重则将导致机械设备的性能受损，甚至无法使用，进而导致企业在资源和资金上蒙受损失，且会造成污染问题。因此，在制作化工机械设备时，应尽可能选择防腐性能强的材料，在不影响其功能的情况下，尽量选择塑料材质。除此之外，在选择金属制造的机械设备时，充分考虑其实际的工作年限，并结合今后的实际工作环境，根据分析结果选择相应的金属材料。通常情况下，在设计并制作机械设备时，首先考虑的是其综合经济价值。此外，还应采取一定措施加强对机械设备的日常维护，延长使用寿命。

2.3改善焊接质量

金属材料焊接部位的残余应力是导致腐蚀断裂的重要因素，通过提高焊接质量，可以有效消除残余应力，改善焊缝区域的金相组织，进而提高其耐蚀性。目前，不锈钢材料焊接中应用最广泛的两种工艺是电弧焊与氩弧焊，无论采用哪一种工艺，都必须遵循钢结构焊接规范的相关要求。焊条等焊接材料要选择适用且经过相关质检机构检测之后的材料。压力容器焊接前，需充分考虑金属材料的淬硬性、焊缝厚度等因素，并做好预热工作。为避免容器产生超标缺陷，焊接完毕后还需及时进行相应的热处理，并进行晶间腐蚀测试，最后进行超声波检测与射线检测。

2.4应用防护衬里

在化工生产过程中有一些腐蚀性极强的化学介质，而现有的金属材料无法满足这些介质的防腐要求，或者材料的价格极其昂贵而无法用于制作容器，这种情况下通常会为容器添加一层防护衬里。选择防护衬里时，应该严格依据相关资料的有关要求，并充分考虑反应温度、压力以及介质的具体性质。目前使用较多的衬里材料有玻璃钢、聚四氟乙烯、钛、不锈钢、搪玻璃等，其中钛、不锈钢等金属衬里对高温、高压的抵抗能力较强，但其造价较高，施工难度较大。而非金属衬里的造价相对低廉，但对高温、高压的耐受能力相对要差，应用场合有限。

2.5做好定期维修

在设备正常运行的过程中，需要依据实际环境情况来定期清洗、反清洗、化学清洗机器，从而保证换热器不会因微生物繁殖、污垢等因素导致腐蚀，避免换热器由于偏离过大的工况致使机器温度过高或流速过快，进而影响机器被腐蚀，不能正常运行。

2.6采取化学方法预防腐蚀

化工机械的工作环境通常有两种情况：（1）液体环境。在这种环境下，为了防止机械设备受到腐蚀，可以运用外加电源的方式，把电源的负极与金属设备相连接，根据实际情况具体分析。这是通过外接电源阴极保护法实现对金属机械设备的防腐保护。（2）当金属与电源的正极相接触时，通过更换碳棒的方式减少腐蚀，但是这种方法的实际效果并不是特别理想。有些气体在正常环境中并不会对机械设备造成腐蚀，但在酸碱情况下，就会对设备造成腐蚀。在这种情况下，通常使用物理方法进行防腐。

3结束语

现阶段的换热器化工腐蚀大致可以分为以下这几种类型：物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀。我们在采取防腐措施时，需要充分结合腐蚀原因采取具体措施。