印刷板式換熱器在海洋環(huán)境下的腐蝕與防護

周修龍，付儷靜，沈小兵

（惠生（南通）重工有限公司，江蘇南通 226009）

0 引言

傳統(tǒng)換熱器由于具有重量大、交換效率低、設備體積大等缺點，一定程度上限制了其使用。針對這些問題，一種較為先進的板式熱交換器產(chǎn)生了[1]。先進的緊湊型板式熱交換器克服了傳統(tǒng)熱交換器的缺點，被廣泛運用于各行各業(yè)[2]。

在船舶行業(yè)中，板式熱交換器是一種被廣泛使用的設備。船舶換熱器大部分會“就地取材”，利用海水作為低溫端冷卻介質。然而海水的腐蝕性又特別強，在這種環(huán)境下，長期使用板式換熱器會存在腐蝕泄漏的可能性，所以分析改進其耐腐蝕性能，對提高設備可靠性及降低設備維修保養(yǎng)成本具有重要意義[2]。

1 印刷板式換熱器

印刷板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器，主要由框架、傳熱板片組及夾緊螺栓等部件組成?？蚣馨?個固定壓緊板和1個活動壓緊板，由上導桿與下導桿支承，在另一端有1支柱。壓制成的

波紋板片懸掛在2板之間的上導桿上，移動活動壓緊板將板片組壓緊，再用1組夾緊螺柱將固定壓緊板和活動壓緊板夾緊至一定尺寸。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換。與管殼式相比，在流動阻力和泵功率消耗一定的情況下，其傳熱系數(shù)要高出很多，在適用的范圍內有取代管殼式的趨勢。板式換熱器具有結構緊湊、占地面積小、傳熱效率高（板式換熱器的傳熱是管式換熱器的3～5倍）、熱損失?。峄厥招士蛇_99%以上）、安裝和清洗方便等特點。因此，板式換熱器是一種高效、節(jié)能、節(jié)約材料、節(jié)約投資的先進熱交換設備。

印刷板式熱交換器由板片、壓緊板、中間隔板、夾緊螺柱、法蘭、上下導桿、墊片等主要零部件組成[3]，如圖1所示。

圖1 換熱器結構組成示意圖

1.1 部件材料選擇

印刷板式熱交換器主要零部件所用材料應符合規(guī)范NB/T 47004的要求，選擇材料時應考慮其使用條件（如設計溫度、設計壓力、介質特性等）、焊接性能、加工性能及經(jīng)濟合理性。綜合考慮板式換熱器大部分部件采用不銹鋼材質，如板片、壓緊板、隔板等，但也有部分部件使用普通碳鋼材質，如法蘭等。因此，防腐從不銹鋼和碳鋼材質部件2方面考慮。

1.2 部件腐蝕機理

印刷板式熱交換器腐蝕類型主要有：孔蝕、應力腐蝕、沖刷腐蝕、縫隙腐蝕。

印刷板式熱交換器腐蝕機理如下：

1）物理腐蝕。海水中泥沙雜質與換熱器金屬部件發(fā)生摩擦從而破壞表面。

2）電化學腐蝕。不同電勢的金屬在海水中構成原電池，造成換熱器碳鋼部件的腐蝕。

3）微生物腐蝕。海洋環(huán)境中存在著大量的微生物，當其附著在金屬表面時，會代謝產(chǎn)生一些有機物、無機物等物質，這些代謝產(chǎn)生的有機物、無機物、酸堿度變化和溶解氧濃度等會影響電化學反應速率，加速各類金屬腐蝕。

2 部件表面處理及涂層系統(tǒng)

2.1 不銹鋼部件表面處理及涂層系統(tǒng)

印刷板式熱交換器的板片、壓緊板、隔板等部件材料通常采用不銹鋼材質，不銹鋼表面覆蓋著1層極薄（約1 nm）的致密的鈍化膜以隔離腐蝕介質，是不銹鋼防護的基本屏障。但由于換熱器使用環(huán)境為海水，通常會發(fā)生上述腐蝕，因此有必要對不銹鋼進行防腐處理。本文只介紹油漆涂層防腐方法。不銹鋼表面有1層鈍化膜，表面處理僅需進行簡單的掃砂。由于不銹鋼特殊的性能，油漆系統(tǒng)不能選用帶金屬的涂料，環(huán)氧系涂層是不銹鋼涂層防護的最佳選擇。

2.2 碳鋼部件表面處理及涂層系統(tǒng)

印刷板式熱交換器的法蘭等部件通常采用碳鋼材質制成。

根據(jù)國際標準ISO 12944規(guī)定，海洋環(huán)境中使用的印刷板式熱交換器為C5-M，其中根據(jù)防腐年限又可以分為L（0～5年）、M（5～15年）、H（＞15年）。

碳鋼表面處理分為動力工具噴砂和手動工具打磨。噴砂處理等級分為：Sa2、Sa2.5、Sa3。手工打磨等級分為：St2、St3。具體采用哪一種表面處理等級需要廠家根據(jù)防腐年限選擇的涂層體系推薦決定。

很多涂料體系被廣泛用于碳鋼結構防腐蝕保護。根據(jù)涂料的物理及化學性能可分為：

1）非轉化型漆基涂料。靠有機溶劑揮發(fā)后固化成膜，整個固化過程中不發(fā)生化學反應，亦即該過程是可逆的，且漆膜在任何時候可再次溶解于原溶劑中。這種類型的漆基種類有纖維素涂料（硝酸纖維素涂料）、乙烯類樹脂涂料（過氯乙烯樹脂涂料）、部分橡膠涂料、熱塑性丙烯酸樹脂。該類涂料干燥時間與空氣流通狀況及溫度有關。在0℃溫度下亦可干燥，溫度越低干燥越慢。

2）轉化型漆基涂料。一開始通過溶劑揮發(fā)成膜（如果存在溶劑），之后再通過化學反應或凝結成膜（一些水性漆中）。該過程是不可逆的，即干膜不可再溶于原溶劑。

以下介紹幾種常見涂料：

1）氣干型涂料。又稱自干型涂料。在常溫環(huán)境條件下，曝露于大氣之中即可自行固化成膜的一類涂料。漆膜先通過溶劑的揮發(fā)，再通過空氣中的氧氣與漆基反應而干燥固化成膜。此類涂料最常見的漆基有環(huán)氧樹脂、醇酸和聚氨酯改性醇酸。

2）水性涂料。用水作溶劑或分散介質的涂料，都可稱為水性涂料。水性涂料漆基被分散在水中，隨著水分的揮發(fā)和漆膜聚結而成膜。該過程是不可逆的，即這種涂膜在干燥后不能再分散于水中。此類涂料最常見的漆基有聚氨酯樹脂、丙烯酸聚合物和乙烯聚合物。

3）化學固化涂料。在涂料從液體變成一層干燥膜狀物質的過程中，必須發(fā)生化學反應才能干燥成膜的涂料叫化學固化涂料，由涂料和固化劑組成。涂膜干燥依靠溶劑揮發(fā)（如果存在溶劑）以及漆基與固化劑組分進行化學反應。常見的涂料有雙組分環(huán)氧涂料（環(huán)氧、環(huán)氧乙烯基/環(huán)氧丙烯酸、環(huán)氧組合物）和雙組分聚氨酯涂料（聚酯、丙烯酸、環(huán)氧、聚醚、氟樹脂）。

結合上述涂料體系與印刷板式熱交換器所處環(huán)境及使用要求，總結出印刷板式熱交換器低合金碳鋼部件的油漆配套，如表1所示[4]。

表1 印刷板式熱交換器低合金碳鋼的涂層體系

續(xù)表1

3 總結

板式熱交換器在海水環(huán)境下受腐蝕非常嚴重，而板式熱交換器在船舶行業(yè)中又被廣泛使用，是非常重要的設備。因此，認知板式熱交換器常見的腐蝕問題非常重要，需對板式熱交換器在海水環(huán)境下進行有針對性、高效性的研究，對實現(xiàn)設備防腐性能的提高具有重要且現(xiàn)實意義。