制冷機組換熱器的腐蝕現象及其防護

發(fā)布時間：2009-12-22 瀏覽：3103

      腐蝕是指材料受環(huán)境介質的化學、電化學和物理作用引起的破壞現象,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,給國民經濟帶來巨大的損失,根據一些工業(yè)發(fā)達國家統(tǒng)計,每年因腐蝕造成的損失約占國民生產總值的1% ~5%[1]。

　　在制冷設備中,換熱器經常與各種腐蝕介質接觸,同時又經常在高溫、高壓、高流速的情況下運行所以腐蝕尤為嚴重。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重的。因此,為了保證正常生產,延長設備的使用壽命,節(jié)約能源,提高企業(yè)的經濟效益,減少污染給人民身體帶來的危害,應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象

　　1.1金屬腐蝕的本質

　　在自然界中大多數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),而鐵的腐蝕產物———鐵銹主要成分也是Fe2O3,可見,鐵的腐蝕過程正是回復到它的自然狀態(tài)———礦石的過程。因此,金屬腐蝕的本質就是在一定的環(huán)境中金屬經過反應回復到化合物狀態(tài)的過程。

　　1.2金屬腐蝕的類型

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

　　1.3制冷機組換熱器腐蝕的常見現象

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

　　1)水側管內壁的局部侵蝕

　　當含有污物、空氣(大氣中溶入了SO2)、亞硫酸氣的冷水(或冷卻水)急速流過金屬管內時,會沖破管內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)的電化學腐蝕,產生此種腐蝕的管內表面上會呈現魚鱗坑凹狀并帶有細小斑點。

　　2)水側管內壁的點蝕和孔蝕

　　換熱器管水側的腐蝕多是在水垢或其他附著物不均勻覆蓋的情況下產生的。對銅及其合金,當管內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腐蝕。例如,當冷水或冷卻水中含有0. 1mg/L的銅離子時,就會產生小電池,使銅離子鍍在鐵上并產生點蝕和孔蝕現象,即鍍銅現象[2]。

　　3)水室側管板表面的腐蝕

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

　　4)換熱器管應力腐蝕破裂

　　黃銅換熱器處于某些環(huán)境中(如在水,水蒸汽、大氣中),在應力狀態(tài)下可能產生應力腐蝕破裂。應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,必須通過實地調查,通過日常的監(jiān)控和定期對設備進行檢測,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備本體進行仔細觀察檢查,初步確定設備的腐蝕形貌、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窺鏡對管子進行抽查。若抽查中腐蝕管數比例占80%以上時,需對全部管束進行逐根檢查,在徹底檢查管內腐蝕情況之前,應對管子內部進行清洗[3]。

　　2)現場測厚。對換熱器管現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,測厚應注意部位要固定,以便對比。

　　3)腐蝕環(huán)境調查。重點調查換熱器工作環(huán)境中腐蝕介質的類型、含量及變化情況,微量雜質、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用水是應用緩蝕劑減緩腐蝕最多的介質之一。緩蝕劑的選用要根據水中含鹽的濃度、pH值、溶解氧的濃度以及干擾物質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{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用

　　水冷式冷凝器采用化學除垢時,會出現酸腐蝕問題。為了防止清洗溶液對設備的腐蝕,通常在清洗溶液中加入緩蝕劑。但應注意,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)設計中的防腐蝕

　　正確的結構設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計,保持適當的和均勻的流速、溫度和濃度等,此外還應注意整個系統(tǒng)中材料相互之間的適應性[9]。

　　2)加工制造過程中的防腐蝕

　　(1)投料。投料要嚴格按照設計要求,認真檢查所用的材料。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力,當整個換熱器加工完成后,應進行整體或局部熱處理以消除殘余應力,在加工過程中要避免用重物如榔頭等亂錘亂打。

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

　　3)貯運安裝過程中的防腐蝕

　　換熱器的庫存期間應防止大氣腐蝕。貯運安裝過程中不能劃傷、碰壁、涂抹設備,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力,配管結構要避免應力過分集中。對于保溫材料要選配恰當。含大量氯化物的保溫材料不宜用于不銹鋼換熱器設備。

　　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

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

　　5)維修過程中的防腐蝕

　　當換熱器停運以后,要根據情況制定對設備保護的措施,并做好停用期間的設備檢查工作。包括: (1)污垢情況,特別是換熱器管路的結垢和堵塞情況; (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]。

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

　　3結束語

　　腐蝕與防護的主要目的是為了增產節(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,降低生產成本和提高生產率起到重要的作用。如今,防腐蝕管理技術已進入到新的發(fā)展階段———以優(yōu)化控制、經濟運行、全壽命管理、系統(tǒng)工程等為內容,以設備全過程經濟管理為核心,全力提高防腐蝕的效率。防腐蝕措施的評價也應該以經濟效益來衡量,但就防腐蝕科學管理的本身而言,由于它是一個涉及面廣、生產因素復雜的問題,尚需不斷探索。

　　參考文獻

　　[1]林玉珍.腐蝕和腐蝕控制原理[M].北京:中國石化出版社, 2007.

　　[2]楊永炎.化工腐蝕與防護[M].北京:中國化工防腐蝕技術協會, 1989.

　　[3]張學發(fā).中央空調清洗技術[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2008.

　　[4]王日義.海水冷卻系統(tǒng)的腐蝕及其控制[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2005.

　　[5]天華化工機械及自動化研究設計院.腐蝕與防護手冊第2卷[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2008.

　　[6]天華化工機械及自動化研究設計院.腐蝕與防護手冊第4卷[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2008.

　　[7]程寶華,李先瑞.板式換熱器及換熱裝置技術應用手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版杜, 2006.

　　[8]秦治國,田志明.防腐蝕技術及應用實例[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2005.

　　[9]李金桂.腐蝕控制設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2006.

　　[10]柯偉,楊武.腐蝕科學技術的應用和失效案例[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2005.

　　[11]任曉善.化工機械維修手冊下卷[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2005.

　　[12]陳維剛.制冷空調維修手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2006.