表面蒸發空冷器的腐蝕與防護

陳朔

摘 要：表面蒸發式空氣冷卻器在煉油廠以及化工廠中應用較多，通常在環境溫度與介質出口溫度相對接近的條件下使用，比普通水平式普通干空冷器具有更好的換熱效果，在滿足相同換熱量的情況下，占地較小，但是基于表面蒸發式空冷器在運行中需要不斷噴水，所以設備十分容易受到腐蝕，進而影響使用壽命，腐蝕嚴重者設備將無法繼續使用，導致生產中斷。技術人員需要結合設備的實際使用狀況以及結構特點，對其進行合理的表面處理，使設備的抗腐蝕性能有所提高，同時在焊接施工工藝方面采取有效處理方法，提高設備的抗腐蝕能力。文章就表面蒸發空冷器的腐蝕與防護進行了詳細的討論。

關鍵詞：表面蒸發空冷器；腐蝕；防護

中圖分類號：TH17 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0061-02

1 表面蒸發空冷器的腐蝕機理

表面蒸發空氣冷卻器在運行的過程中會接觸到大量的水分，如果水中含有飽和的鹽類，易在特定的條件下分解，會導致鹽分在金屬的表面附著，水中溶解的鹽類主要包括碳酸鹽、硫酸鹽以及硅酸鹽等。其中，穩定性最差的是碳酸鹽或者重碳酸鹽，如果水中溶解了大量的碳酸鹽，則其在溫度較高的環境中，發生分解會生產水和二氧化碳。伴隨著反應的進行，二氧化碳會逐漸從水中溢出，導致水溶液不再呈現中性，呈現出堿性，在堿性環境中，又促進了重碳酸鹽的分解。基于反應中所涉及到的碳酸鈣是一類微溶性物質，同時溶解度數值比碳酸氫鈣要低很多，碳酸鈣的溶解度數值與溫度呈現出反比例的變化關系，當溫度下降時，碳酸鈣的溶解度顯著升高。所以，在表面蒸發式空氣冷卻器的表面，微溶性鹽類極易發生飽和，進而結晶析出。如果水流動的速度較低，或者傳熱面的光滑度較小，相對粗糙時，這部分結晶物質就更易附著在設備的換熱面上，進而組成了水垢的主要成分，一旦水垢形成，則其具有較高的密度，硬度較大，所以，基于這兩個特點，也被人們稱為硬垢。從整個系統的角度進行分析，腐蝕作用主要分為兩類，一類是微電池腐蝕，另一類是濃度差電池腐蝕。

1.1 微電池腐蝕

表面蒸發式空氣冷卻器的母材為碳鋼，鐵素體和滲碳體是碳鋼的主要組織形式，基于鐵素體是一類結構為體芯立方形式的，材質為純鐵，滲碳體屬于化合物，有鐵碳兩種物質共同組成。將碳鋼浸入水中，基于其電極電位具有不同的數值，所以存在電位差，基于不同的組分之間的均勻性程度較高，所以可以緊密的以交叉的形式排列在一起。形成了電連接，在這一條件下，自由電子隨意的從陽極中的鐵素體上部不受限制的流到滲碳體附近，滲碳體附近由于鐵的腐蝕而產生的電子可以被水中溶解的氧類物質全部吸附，促進了腐蝕作用的不間斷性進行。

1.2 濃度差電池腐蝕

在冷卻水中所溶解的氧含量是有所不同的，根據氧含量大小的不同而引起的電位差，同樣會產生腐蝕性作用，碳鋼在水中所產生的腐蝕作用，最主要的原因就是濃度差腐蝕。這一形式的腐蝕是水中的碳鋼腐蝕中存在最多，后果最嚴重、危害程度最高的一類腐蝕。單表面蒸發空冷器出現結垢現象時，在污垢下部與金屬表面的縫隙處，溶液基本不會與氧相接處，外部環境中的氧基本無法達到，所以會產生濃度差腐蝕，縫隙部分基于存在氧離子，所以極易形成陰極，基于縫隙處缺少氧而導致腐蝕現象的發生，上述腐蝕作用的反應機理和微電池腐蝕的反應機理基本一致。

2 RH-2緩蝕阻垢劑性能和特點

對表面蒸發空冷器的腐蝕作用機理進行進一步的研究，發現其可以實現對TH-2緩蝕劑的抑制，是一類主要成分為鋅鹽的試劑，羧酸鹽和磺酸集團的共聚物組合在一起，通過加入具有極好緩蝕作用的有機試劑，來保證復合水質的穩定性。這一確定的配比解決了緩蝕阻垢劑應用中存在的問題，彌補了不足，緩解了其分散性不強的特點，解決了鋅鹽沉積和膠狀物絮凝的弊端。在共聚物中引入磺酸基團，可以很好地分散不同形式的污垢，包括鈣垢、泥沙以及油脂類污垢。在堿性條件下，硬度較大的條件下，仍然可以很好地去除鋅垢、鐵垢這是一類單一性試劑，所以使用更加便捷。

3 RH-2緩蝕劑緩蝕阻垢實驗分析

試驗藥品：RH-2阻垢劑、CSW-101、CH301

3.1 靜態組試驗

試驗條件：試驗1：當二價鈣離子的濃度為606ppm時，反應時間為10小時，反應溫度為80℃；試驗2：當二價鈣離子的濃度為920ppm時，反應時間為10小時，反應溫度為80℃；通過試驗發現，阻垢劑的性能比CH301和CSW-101的混合物要好很多，當堿性增強的時候，阻垢劑的阻垢率數值仍然較高，但是后面試劑的阻垢率數值則受到酸堿度的影響而顯著降低。

3.2 旋轉掛片腐蝕試驗

試驗條件：二價鈣離子的濃度約為920ppm，碳酸氫根離子的濃度約為900ppm，溶液的PH控制在8.2-8.6的范圍內，旋轉線速度約為0.5米/秒，時間約為72小時。通過分析試驗結果發現，阻垢劑的性能極佳，緩蝕效果明顯高于CH301和CSW-101。

4 RH-2緩蝕阻垢劑在表面蒸發空冷器中的應用

在反應中，如果沒有應用阻垢劑，則表面空氣冷卻器的腐蝕性相對嚴重，設備運行時間不足兩年，就由于腐蝕作用而導致了嚴重的設備穿孔。產生極為嚴重的介質滲漏，不僅影響了生產的正常開展，而且造成了極大的經濟損失，導致了環境的污染，對安全性也產生了影響。針對這類現象，廠內對蒸發式空氣冷卻器進行了外部防腐蝕處理，對腐蝕狀態進行了詳細的分析。

將標準鋼片放置在現場，放置時間約為99天，約為2380小時，運行一年的時間，并沒有設備腐蝕的現象發生。表明，在外部防腐蝕處理中加入RH-2緩蝕劑具明顯的防腐蝕效果。

研究表明，利用現場掛片進行監測，得到碳鋼的腐蝕速率極快，大于標準中的要求。在表面蒸發空氣冷卻器上部注入緩蝕劑以后，在設備運行的一年中，并沒有設備穿孔出現，表明注入緩蝕劑是極為有效的。endprint

4.1 阻垢效果

將緩蝕劑添應用以后，可以將管束外部存留的污垢徹底清除，對于碳酸鹽等沉積很長時間的硬度較大的污垢，仍然有很好的清除效果，同時阻止了再次產生污垢。表面蒸發空冷器外表面清潔狀態良好，同時，內部污垢熱阻顯著降低，使蒸發空冷器的傳熱效率明顯提高，降低了對軟化水的使用，在滿足環保要求的同時，實現了能源消耗的減少。

4.2 緩蝕效果

同時使用速率檢測設備以及應用掛片檢測法對設備的腐蝕速率進行檢測，發現在應用掛片以后，在99天空冷器連續運行2380小時的時間中，腐蝕速率降低。

5 焊接工藝中的防腐操作技術

5.1 優化焊接工藝

由于表面空氣冷卻器具有相對復雜的結構，在焊接過程中會存在大量的焊縫，基于焊接操作中焊縫之間存在著較大的差異性，所以，為了保證空冷器的使用壽命，需要合理控制焊縫的質量，保證其具有較好的力學性能，足以對各種負荷進行合理的抵抗。另外，需要做好焊縫的防腐蝕處理，具有極好防腐蝕能力的焊縫，首先要保證焊接材料本身具有極佳的防腐蝕能力，其次要保證焊接工藝的合理性，才能確保焊縫整體具有極強的防腐效果。在焊接過程中，要做好熱處理工作，盡可能避免或者降低熱處理而導致的焊接應力。基于焊接所產生的應力具有極大的腐蝕作用，所以，要做好焊接之后的熱處理工作，避免由于焊接中所產生的應力而導致的破壞現象，保證較好的焊接質量。

5.2 做好管端保護

表面蒸發空氣冷卻器最容易受到介質腐蝕以及影響的部位就是換熱管與管板相連接的位置，所以，需要做好這一部位的防腐蝕處理，傳統的焊接操作往往無法保證空冷器的設計使用壽命，所以空冷器的制造過程中，必須注意管板與換熱管之間的連接方式，保證連接方式的合理性，以實現空氣冷卻器的正常運轉。現階段使用范圍較廣的一類連接方式就是強度焊加貼漲的焊接與漲接相結合的連接方式，這種連接方式的選擇，對于保證空氣冷卻器的合理運行有著積極的意義。這種焊接與漲接相結合的方式對于保證連接的緊密型極為有效。

5.3 保障與介質相接表面的質量

在表面空冷器的運行過程中，和介質表層相接觸的板材的質量對設備的使用壽命具有直接的影響，也是防腐蝕工作的主要工作環節。所以，為了保證空冷設備表面質量合格，不允許在對其進行表面處理以后，再將其劃傷或者導致其破損，避免在設備運行的過程中出現腐蝕現象。另外一個需要進行特殊的防腐蝕處理的部分就是介質相接觸的焊縫的表面，這也是一個極易由于受到腐蝕性作用而產生破壞的部分，必須將焊接表面進行細致、全面的打磨，保證焊縫的質量，然后在打磨均勻以后再進行酸洗鈍化處理，使焊縫表面形成一個密度較大的氧化層，足以對各類腐蝕作用進行抵抗。

綜上所述，表面蒸發式空冷器基于其較高的傳熱系數，較好的傳熱效果在煉油廠中大量應用。為了避免設備在運行的過程中受到較為嚴重的腐蝕，必須通過合理的表面處理方法和焊接工藝來提高設備的抗腐蝕能力，即使在相對惡劣的環境中，也能維持較長的運行時間，保證生產的順利開展。

參考文獻：

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