板式換熱器腐蝕與防護技術簡析

孫學敏

摘 要：為使板式換熱器設計、板材材料、制造、營銷和使用等單位對板式換熱器可能出現的腐蝕類型、腐蝕機理有所了解，以減少因腐蝕造成的損失，本文就板式換熱器腐蝕與防護技術進行了簡要分析。

關鍵詞：換熱器；腐蝕；防護；技術

中圖分類號：TG17 文獻標識碼：A

1 腐蝕概述

腐蝕是材料在環境的作用下引起的破壞或變質。

1.1典型金屬腐蝕的形態

（1）晶間腐蝕：沿著晶粒邊界發生的選擇性腐蝕，是腐蝕深入到金屬體內的一種腐蝕狀態，減弱了晶體相互間的結合力，使金屬脆化，強度降低，可導致突發性的災難性事故。奧氏體不銹鋼、CuAl2合金易于發生晶間腐蝕。不銹鋼焊接熱影響區的腐蝕通常是晶間腐蝕。

（2）氫損傷：金屬在腐蝕過程中產生的活性H原子擴散進入金屬內部后造成金屬開裂，表現形式有氫鼓包、氫脆、氫誘導裂紋延遲破壞，這些破壞可以在無外加應力時發生。

（3）腐蝕疲勞：腐蝕疲勞是指在腐蝕介質和交變載荷共同作用下，使金屬材料的疲勞極限大大降低，造成設備的承壓元件發生破裂，壓力容器的疲勞破裂大部分都是腐蝕疲勞破裂。

（4）應力腐蝕開裂：材料在腐蝕和定向應力的作用下產生開裂。SCC是一種自發過程，當金屬處在特定的環境中時就可發生，發生應力腐蝕的三要素是：特定的金屬材料、特定的介質、應力。應力腐蝕破裂（SCC）具有突發性及強破壞性等特點，是能源、石油、化工、航空等領域危害極大的一種設備失效形式。

影響SCC的因素：①力學因素：現有的研究結果證明，應力增大，發生破裂的時間縮短，應力的來源可以是結構應力、加工殘余應力、焊接殘余應力、工作壓力、熱應力、化學反應應力、腐蝕產物應力等。冷加工硬化是不銹鋼抗應力腐蝕性能下降的重要原因。②破裂時間：材料承受恒拉伸載荷產生SCC時，起初裂紋擴展速度變化不大，隨著裂紋的擴展，材料截面積減少，承受的拉應力上升，裂紋擴展加速，當材料截面積減少到材料所承受的拉應力達到材料的強度極限時，發生機械性破壞，導致材料瞬斷。③環境因素：特定的材料需在特定的介質中才可能發生SCC，大量的研究結果表明，濕硫化氫環境是低合金鋼發生SCC的敏感介質，鹵族元素是導致奧氏體不銹鋼發生應力腐蝕的敏感介質。④腐蝕產物因素：腐蝕產物鍥入金屬基體，導致變形區域產生極大的應力，同時，大量的疏松的腐蝕產物覆蓋在金屬表面，可截留和吸附腐蝕介質，在電化學機理的作用下加速金屬的腐蝕，有利于金屬表面發生阻塞電池腐蝕，縮短了裂紋的孕育期，并加速裂紋的擴展。⑤材料：在特定的介質中，不同的材料的應力腐蝕敏感性完全不同，正確的選材是避免應力腐蝕的關鍵。從材料化學成份方面來說，不銹鋼板片中影響H2S腐蝕的主要化學元素是Mn和S，Mn元素在設備焊接過程中，產生馬氏體和貝氏體高強度、低韌性組織，表現出硬度極高，使材料的SSCC敏感性增加。S元素則在鋼中形成MnS、FeS非金屬夾雜物，致使局部顯微組織疏松，在濕H2S環境下誘發HIC或SOHIC。故對用于濕H2S環境的板片，其錳、硫含量及非金屬夾雜級別都不允許超標。超低碳也通常是提高合金抗SCC的重要手段。

2影響腐蝕的因素

2.1腐蝕環境的介質成份和濃度

對于腐蝕性較弱的組份形成的電解液，隨著電解質的濃度增加，溶液的導電性增加，腐蝕性也增加。對于非電解質溶液，腐蝕性也隨濃度增加而增加。選材時有必要考慮的介質的濃度變化和操作條件的變化、介質的濃度分布差等。

2.2 溫度：在腐蝕性介質中，一般溫度每升高10℃，腐蝕速度約增加1～3倍，因為溫度升高，介質擴散速度增大，同時溶液的電阻下降，化學反應的動力增加，使腐蝕電池的反應速度加快。但對于某些氣體溶解在介質中造成腐蝕的環境，溫度升高，腐蝕速度大大下降，如氧溶解在水中使鋼鐵腐蝕，當溫度對于80℃以上時，腐蝕顯著下降。溫度對腐蝕的影響是復雜的，一般不能由一個溫度下的腐蝕去推斷其它溫度下的腐蝕率，特別是當介質中有某些雜質存在時，對于某種材料一般在特定的環境中都規定了材料的許用溫度極限。對于氣相環境，介質的露點溫度是防腐蝕控制的重要溫度，設備的溫度分布差會形成溫差電池，導致設備的局部腐蝕。

2.3 pH值：一般pH值越小，對于一般金屬的腐蝕越快，但對于兩性金屬如Al、Zn、Pb在pH值為5～8時耐蝕性較好，當pH值降低或升高時，都將導致材料的快速腐蝕。在研究上，通常利用“pH-E”圖研究pH值在不同電位下對金屬腐蝕的影響。

2.4 其它因素影響。a 流速：多數情況下，流速越大，腐蝕越強，它會造成保護膜破壞、引起沖擊、磨損、空泡腐蝕。但對于避免濃差電池腐蝕、減輕縫隙和死角處的局部腐蝕，防止鋁、不銹鋼的Cl-點蝕等有利。對于不同的材料，由于抗沖刷的能力不同，對介質的最大允許流速限制也不同。b 腐蝕產物和膜：腐蝕產物形成的膜分2類，一類是較厚的不溶于水的膜，這類膜可能不透水，因而具有保護作用，另一類是透水的可能造成局部腐蝕。大多數腐蝕產物具有良好的導電性，電位比金屬的高，使暴露的金屬成陽極，促進腐蝕。這一點在設備更新時應特別引起重視，如某地下水管道因腐蝕穿孔更換了一段新管，但不到半年新管線又發生了穿孔，有人懷疑是新管的質量不好，實際上是裸露的新管處于兩段舊管之間，由于舊管上的腐蝕產物的作用，使新管成為了陽極而遭受腐蝕，對于換熱器同樣也可能存在類似的現象。另一類膜是極薄的膜，即“鈍化膜”，如不銹鋼、鈦、鋁等材料上的表面膜，具有很好的保護作用，幾乎可使金屬的腐蝕停止，膜破損時，在一定的條件下可自行修補。c 自然環境：自然環境包括大氣、水、土壤，它們對設備的基礎、外壁的腐蝕也是不容忽視的。d 腐蝕控制經濟學：腐蝕本身是一個經濟學問題，確定設備的合理使用壽命對于腐蝕控制方案的制定有重要的意義。選材或防護措施的制定的目的也就是從材料的價格和來源、制造成本、設備壽命、檢修周期、維護費用，防腐蝕施工和運行費用、停產損失、設備殘值等方面綜合考慮，選擇最佳的腐蝕控制方案。

參考文獻

[1]何業東，李曉剛，黃伯云.材料腐蝕與防護[M].長沙：中南大學出版社，2009.3.endprint