制冷機組換熱器的腐蝕現(xiàn)象及其防護

發(fā)布時間：2009-12-22 瀏覽：3199

      腐蝕是指材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理作用引起的破壞現(xiàn)象,處于不同環(huán)境下的材料均會發(fā)生腐蝕。腐蝕已成為現(xiàn)代工業(yè)中極重要的破壞因素,它們不僅會降低材料的使用壽命,造成不同程度的環(huán)境污染,有時還會引發(fā)重大事故,危及人的生命安全,給國民經(jīng)濟帶來巨大的損失,根據(jù)一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家統(tǒng)計,每年因腐蝕造成的損失約占國民生產(chǎn)總值的1% ~5%[1]。

　　在制冷設(shè)備中,換熱器經(jīng)常與各種腐蝕介質(zhì)接觸,同時又經(jīng)常在高溫、高壓、高流速的情況下運行所以腐蝕尤為嚴(yán)重。雖然更換一根因腐蝕而報廢換熱器管的價格不會太高,但因腐蝕故障而引起制冷系統(tǒng)停止供冷而造成的間接損失則是十分嚴(yán)重的。因此,為了保證正常生產(chǎn),延長設(shè)備的使用壽命,節(jié)約能源,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,減少污染給人民身體帶來的危害,應(yīng)將腐蝕問題提到重要的地位上加以對待。

　　1制冷機組換熱器的腐蝕現(xiàn)象

　　1.1金屬腐蝕的本質(zhì)

　　在自然界中大多數(shù)金屬常以礦石的形式,即金屬化合物的形式存在,而腐蝕則是一種金屬回復(fù)到自然狀態(tài)的過程。例如,鐵在自然界中大多為赤鐵礦(主要成分為Fe2O3),而鐵的腐蝕產(chǎn)物———鐵銹主要成分也是Fe2O3,可見,鐵的腐蝕過程正是回復(fù)到它的自然狀態(tài)———礦石的過程。因此,金屬腐蝕的本質(zhì)就是在一定的環(huán)境中金屬經(jīng)過反應(yīng)回復(fù)到化合物狀態(tài)的過程。

　　1.2金屬腐蝕的類型

　　金屬腐蝕的現(xiàn)象與機理較復(fù)雜,涉及的范圍又十分廣泛。按反應(yīng)機理,金屬腐蝕可分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。而金屬表面與電解質(zhì)溶液因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕。電化學(xué)腐蝕通常又以應(yīng)力腐蝕破裂、點蝕(小孔腐蝕)、縫隙腐蝕等局部腐蝕的形式出現(xiàn)。

　　1.3制冷機組換熱器腐蝕的常見現(xiàn)象

　　制冷機組換熱器管產(chǎn)生腐蝕的原因與水質(zhì)不純、大氣對水的污染、管內(nèi)壁面狀況以及水流速大小等因素均有著密切關(guān)系。由于管內(nèi)壁結(jié)垢附著物(氧化鐵、鈣鹽沉積物、污泥物等)的存在,經(jīng)常出現(xiàn)管內(nèi)壁的局部侵蝕和點蝕。

　　1)水側(cè)管內(nèi)壁的局部侵蝕

　　當(dāng)含有污物、空氣(大氣中溶入了SO2)、亞硫酸氣的冷水(或冷卻水)急速流過金屬管內(nèi)時,會沖破管內(nèi)表面上的一層耐腐蝕保護膜。在管保護膜剝離的表面,由于金屬離子濃度差,形成陽極(金屬離子少的部位)和陰極(金屬離子多的部位)的電化學(xué)腐蝕,產(chǎn)生此種腐蝕的管內(nèi)表面上會呈現(xiàn)魚鱗坑凹狀并帶有細(xì)小斑點。

　　2)水側(cè)管內(nèi)壁的點蝕和孔蝕

　　換熱器管水側(cè)的腐蝕多是在水垢或其他附著物不均勻覆蓋的情況下產(chǎn)生的。對銅及其合金,當(dāng)管內(nèi)壁表面附有多孔性的污泥、泥砂時,會造成氧濃度差電池的另一種電化學(xué)腐蝕。例如,當(dāng)冷水或冷卻水中含有0. 1mg/L的銅離子時,就會產(chǎn)生小電池,使銅離子鍍在鐵上并產(chǎn)生點蝕和孔蝕現(xiàn)象,即鍍銅現(xiàn)象[2]。

　　3)水室側(cè)管板表面的腐蝕

　　換熱器位于水室側(cè)管板表面,特別是管四周表面也會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,這種腐蝕痕跡呈斑塊狀。

　　4)換熱器管應(yīng)力腐蝕破裂

　　黃銅換熱器處于某些環(huán)境中(如在水,水蒸汽、大氣中),在應(yīng)力狀態(tài)下可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂。應(yīng)注意的是制冷劑氨是使銅合金(黃銅和青銅)破裂的腐蝕劑。對黃銅來說,其耐破裂性能隨銅含量的增加而增強。

　　2制冷機組換熱器腐蝕的檢查與防護

　　2.1腐蝕的檢查方法

　　任何腐蝕問題,必須通過實地調(diào)查,通過日常的監(jiān)控和定期對設(shè)備進行檢測,才能了解腐蝕形貌,掌握腐蝕的具體情況,以采取有效措施加以解決。制冷機組換熱器腐蝕調(diào)查可在在換熱器停機檢修時采取定期腐蝕檢查的方式進行,檢查方法為:

　　1)宏觀檢測。用肉眼或低倍放大鏡對設(shè)備本體進行仔細(xì)觀察檢查,初步確定設(shè)備的腐蝕形貌、類型、腐蝕程度和重點腐蝕部位。

　　例如對換熱器,一般采用目測管口的方法,如需要也可采用管內(nèi)窺鏡對管子進行抽查。若抽查中腐蝕管數(shù)比例占80%以上時,需對全部管束進行逐根檢查,在徹底檢查管內(nèi)腐蝕情況之前,應(yīng)對管子內(nèi)部進行清洗[3]。

　　2)現(xiàn)場測厚。對換熱器管現(xiàn)場測厚可計算出換熱器實際的均勻腐蝕速度,進而推斷其使用壽命,測厚應(yīng)注意部位要固定,以便對比。

　　3)腐蝕環(huán)境調(diào)查。重點調(diào)查換熱器工作環(huán)境中腐蝕介質(zhì)的類型、含量及變化情況,微量雜質(zhì)、溶解氧等;同時要了解工藝操作情況。

　　2.2制冷機組換熱器腐蝕的防護

　　2.2.1制冷機組換熱器工作環(huán)境的緩蝕劑保護

　　在制冷機組換熱器工作的腐蝕環(huán)境中添加少量緩蝕劑能阻止或減緩金屬腐蝕,使金屬得到保護。

　　1)緩蝕劑在水和中性鹽類溶液中的應(yīng)用水是應(yīng)用緩蝕劑減緩腐蝕最多的介質(zhì)之一。緩蝕劑的選用要根據(jù)水中含鹽的濃度、pH值、溶解氧的濃度以及干擾物質(zhì)的濃度等具體情況而定。軟水對鋼的腐蝕很輕微,在這種情況下,用極少量的如鉻酸鈉、亞硝酸鈉,聚磷酸鹽、苯甲酸鈉或硼砂之類的緩蝕劑都是有效的。

　　含鹽量低的循環(huán)水,通�？梢圆捎谜{(diào)整pH至堿性范圍來控制鋼鐵的腐蝕。鉻酸鈉或亞硝酸鈉對鋼是有效的緩蝕劑,但亞硝酸鈉不適用于銅或黃銅,銅或黃銅可采用巰基苯并噻唑等緩蝕劑來抑制腐蝕。含大量有機物的水如海水,由于通過有機物的氧化作用會大量消耗緩蝕劑,因而不宜用鉻酸鹽和亞硝酸鹽之類的氧化性緩蝕劑。此時,有機緩蝕劑的保護性較好[4-6]。

　　2)緩蝕劑在酸性溶液中的應(yīng)用

　　水冷式冷凝器采用化學(xué)除垢時,會出現(xiàn)酸腐蝕問題。為了防止清洗溶液對設(shè)備的腐蝕,通常在清洗溶液中加入緩蝕劑。但應(yīng)注意,對某種金屬具有較好效果的緩蝕劑,對另一種金屬就不一定有效。如碳鋼質(zhì)換熱器用稀鹽酸酸洗時可在清洗溶液中加入NU-2緩蝕劑,但銅質(zhì)換熱器用稀鹽酸酸洗時清洗溶液中加入的則是其它類型的緩蝕劑,如六次甲基四胺等等[7-8]。

　　2.2.2制冷機組換熱器的全面腐蝕防護

　　制冷機組換熱器的全面腐蝕防護就是從設(shè)計、制造、貯運與安裝、操作運行、維修等五個方面進行腐蝕防護控制,從而使腐蝕損失降低到最低水平。

　　1)設(shè)計中的防腐蝕

　　正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計能減輕換熱器腐蝕。要盡可能消除縫隙,防止形成液體滯留、污垢和沉積物的聚積,應(yīng)避免流體的直接沖刷及換熱器的振動,正確選用焊接頭的設(shè)計,保持適當(dāng)?shù)暮途鶆虻牧魉�、溫度和濃度�?此外還應(yīng)注意整個系統(tǒng)中材料相互之間的適應(yīng)性[9]。

　　2)加工制造過程中的防腐蝕

　　(1)投料。投料要嚴(yán)格按照設(shè)計要求,認(rèn)真檢查所用的材料。例如氨制冷系統(tǒng)換熱器的管道一律采用無縫鋼管,不能使用紫銅管,因為氨對銅及銅合金(磷青銅除外)有腐蝕作用,不能誤用,否則可能在投料后引起嚴(yán)重的腐蝕事故。

　　(2)冷加工。冷加工會在工件中留下很大的殘余應(yīng)力,當(dāng)整個換熱器加工完成后,應(yīng)進行整體或局部熱處理以消除殘余應(yīng)力,在加工過程中要避免用重物如榔頭等亂錘亂打。

　　(3)焊接。焊接工藝及其質(zhì)量對換熱器壽命影響很大,這主要是它與腐蝕的關(guān)系極為密切,因而加強對焊接工藝的管理與指導(dǎo)。

　　3)貯運安裝過程中的防腐蝕

　　換熱器的庫存期間應(yīng)防止大氣腐蝕。貯運安裝過程中不能劃傷、碰壁、涂抹設(shè)備,要保護換熱器表面的干凈完好。安裝時的緊固力要適中,避免用力過大留下殘余應(yīng)力,配管結(jié)構(gòu)要避免應(yīng)力過分集中。對于保溫材料要選配恰當(dāng)。含大量氯化物的保溫材料不宜用于不銹鋼換熱器設(shè)備。

　　換熱器安裝完畢后要及時清洗、清理,做好保護金屬表面不受腐蝕的工作。

　　4)運行過程中的防腐蝕

　　嚴(yán)格控制生產(chǎn)工作條件是防腐的重要內(nèi)容。例如有水分存在時,氟利昂將水解成酸性物質(zhì),對金屬有腐蝕作用;而對于初始運行的冷媒水系統(tǒng),換熱器必須經(jīng)多次循環(huán)沖洗后,方可注入凈水,添加溶質(zhì)和緩蝕劑,然后投入運行。

　　5)維修過程中的防腐蝕

　　當(dāng)換熱器停運以后,要根據(jù)情況制定對設(shè)備保護的措施,并做好停用期間的設(shè)備檢查工作。包括: (1)污垢情況,特別是換熱器管路的結(jié)垢和堵塞情況; (2)腐蝕情況,主要檢查在換熱器運行中無法檢查或無明確把握的腐蝕形態(tài)、腐蝕分布及損傷等情況。

　　停車后為防止換熱器腐蝕,常用氮氣密封或注滿加有緩蝕劑的水等,對于這些措施一定要定期進行檢查[10-12]。

　　在維修過程中應(yīng)避免對換熱器造成新的污染及損傷,要進行嚴(yán)格的驗收,特別要注意防止產(chǎn)生腐蝕隱患。

　　3結(jié)束語

　　腐蝕與防護的主要目的是為了增產(chǎn)節(jié)約。實踐證明,換熱器防腐蝕管理的好壞對于保持制冷機組的高利用率,降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)率起到重要的作用。如今,防腐蝕管理技術(shù)已進入到新的發(fā)展階段———以優(yōu)化控制、經(jīng)濟運行、全壽命管理、系統(tǒng)工程等為內(nèi)容,以設(shè)備全過程經(jīng)濟管理為核心,全力提高防腐蝕的效率。防腐蝕措施的評價也應(yīng)該以經(jīng)濟效益來衡量,但就防腐蝕科學(xué)管理的本身而言,由于它是一個涉及面廣、生產(chǎn)因素復(fù)雜的問題,尚需不斷探索。

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