循环水换热器腐蚀原因分析及改进措施

武志民，朱宏

（唐山三友硅业有限责任公司，河北 唐山 063305）

换热器是工业生产中比较常见的设备，由于水的比热容较大，冷却效果较好，因此循环水换热器在各种换热器中占有一定的比重，而循环水换热器能否正常使用关键在于水冷器的能否高效平稳运，因此保护水冷器不受腐蚀至关重要。根据某化工厂在2017 年对水循环换热器的维修检查报告显示，水循环换热器不能正常使用，有80%是因为水冷器受到了腐蚀，进一步调查发现，水冷器腐蚀会导致循环水冷却器管束结垢和管束泄漏的发生，这些不良影响会直接导致换热器的正常运行。因此我们需要提出一些改进的方法减少或阻止换热器腐蚀的发生，而要想做出具体方法就要知道造成腐蚀的具体原因，下面我们将具体分析造成水循环换热器腐蚀的原因，并针对这些腐蚀原因所提出的具体方法。

1 循环水换热器腐蚀原因分析

（1）电化学腐蚀。金属的腐蚀有许多种形式，我们比较常见的一种腐蚀是电化学腐蚀，同样换热器也是由各种金属组成，自然避免不了电化学腐蚀，尤其是某些铁质品。电化学腐蚀实质上是发生了氧化还原反应，当换热器中的某些金属被放置在潮湿的空气中时，就会在其表面会形成一种腐蚀电池，在这种电池中阳极会发生氧化反应，阴极上发生还原反应，而发生氧化反应的阳极就会糟到腐蚀，阴极则起传递电子的作用，故阴极不会受到腐蚀。当金属表面比较潮湿或吸附了空气中的水分，就会在金属表面形成一层水膜，如果空气中二氧化碳、二氧化硫和二氧化氮等溶解在该水膜中，就会形成一种电解质溶液，这种电解质溶液会与换热器中不纯的金属形成阳极为铁，阴极为杂质的原电池（铁含有碳等其他杂质），而铁和杂质又是连接在一起的，因此腐蚀会不断进行下去。电化学腐蚀危害是极大的一是它会造成坑蚀，主要发生在换热器水冷壁管有沉积物的下面以及热负荷较高的位置，它最终的结果是造成成金属穿孔或超温爆管。二是由于停用腐蚀会使金属表面产生沉积物或者造成金属表面粗糙状态，当换热器机组启动和运行时，给水铁含量增大，这样不但会加剧炉管内铁垢的形成，还会加剧热力设备运行时的腐蚀。

（2）化学清洗和预膜的好坏。换热器上的污垢、油污和黏泥等清洗要用化学方法清洗，清洗后通常会往金属表面添加一种化学药剂，从而形成一层保护膜，防止设备的腐蚀。所以化学清洗和预膜的好坏对于防腐是很重要的，如果清洗不完全，残余的部分也会腐蚀设备，而预膜不好则会直接影响设备的保护功能，据调查发现，换热器腐蚀的主要原因是预膜效果的不佳，因此说作为预膜的化学药剂要慎重选择，并在药剂厂家指导下开展清洗工作。

（3）微生物腐蚀。发生微生物腐蚀是因为环境中有铁细菌、硫酸盐还原菌、硫杆菌和腐生菌等微生物，它们产生腐蚀的原因其实主要也是发生了氧化还原反应，所不同的是介质中因腐蚀微生物的繁衍和新陈代谢而改变以了与之相接触的界面的某些理化性质。下面以铁细菌为例介绍微生物腐蚀的机理。铁细菌是一种兼性异养和严格自养型的细菌，它们能从氧化二价铁过程中得到能量，它能将生成的氢氧化铁储存在细菌膜鞘的内部和外部。它的机理也并不复杂，由于铁细菌有好氧性，故铁细菌离不开氧气。铁细菌主要通过锈蚀垢形式参与腐蚀，可以在很短的时间内快速产生大量铁氧化物沉积。金属表面往往是不平整的，有些甚至有微信的裂缝，而铁细菌的腐蚀恰恰是通过缝隙腐蚀机理而发生的，如铁细菌在换热器的水管内壁形成氧浓差电池，在阳极上，铁会失去电子形成二价铁，在阴极中氧气和水得到电子形成氢氧根，故最终会形成氢氧化铁和氢氧化亚铁的腐蚀产物。

（4）盐类腐蚀。在非纯净水中，而通过换热器中的水自然也是不纯的，含有较多的镁、钙、钠等金属离子，这些离子在水中会形成盐类化合物。水的导电性是由离子的浓度决定的，离子浓度越高，水的导电性就越好，电化学腐蚀发生的就越快。同时，如果水中的钙离子和镁离子浓度过高，则会使换热器结垢，造成金属垢下腐蚀。

（5）水的酸碱腐蚀。水的酸腐蚀主要包括硫酸腐蚀、硝酸腐蚀、盐酸腐蚀和有机酸腐蚀等。酸对金属有腐蚀性，同样，碱对金属也有腐蚀性。金属及合金材料在碱性溶液中，由于拉应力和腐蚀介质的联合作用而产生的开裂，叫做碱脆，又称苛性脆。这种腐蚀是沿晶问发生裂纹，是应力腐蚀破裂的一种类型。

（6）水流速度对换热器腐蚀的影响。根据实验表明，当水流速度在0.6 ～1m/s 之间时，水循环换热器的腐蚀速度是最小的。但并不是说水流速度控制在此区间就能以最大限度减小腐蚀，还得结合传热等因素综合考虑，流速太低则会降低传热效率，以及出现沉淀。因此结合各种因素，水走管程换热器的冷却水流速不能低于0.9m/s，水走壳程的时候水流速不能低于0.3m/s。

2 改进措施

（1）牺牲阳极阴极保护法。牺牲阳极的阴极保护法，又称牺牲阳极保护法，是一种防止金属腐蚀的方法，即将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。在使用牺牲阳极阴极保护方法时要做一些准备工作。比如，冷却水系统的水温、流速、冷却水中各种成分的含量、换热设备的各部分材质、面积、换热管直径和数量等数据的收集，换热设备的结构、浸水面积的相关参数及维修周期、其他防腐措施等。在使用牺牲阳极阴极保护法时也要注意一些事项，通常三个月左右进行一次维修检查，检查的工作主要是测量各个测量点的电位以及阳极输出电流等数值是否在合理的范围之内。

（2）微生物腐蚀的防护措施。微生物的种类具有多样性和复杂性，因此很难完全消除微生物腐蚀，但能在一定程度上减少微生物腐蚀。目前抑制微生物腐蚀的方法主要有杀菌、抑菌、 抑制微生物生长环境、覆盖层保护和生物控制等。其中杀菌和抑菌是通过各种方法杀死或抑制微生物，主要的方法有使用杀菌剂，缓蚀剂，剥蚀剂，防腐剂或去垢剂等组合起来使用，尽可能的杀死活细菌微生物，以提高防蚀效果。抑制微生物生长的环境是指通过减少微生物营养源或破坏微生物的生存，新陈代谢过程及其产物等改善环境条件的措施可以有效的减少微生物腐蚀的危害，限制金属构件周围的微生物生长的营养物可以抑制微生物的生长，从而达到防腐的效果。覆盖层保护是指采用镀层或涂层等覆盖层将金属与腐蚀环境隔开，使微生物无法与金属直接接触，减少了腐蚀的发生。生物控制主要使采用生物防治、遗传工程和基因工程等方法改变危害菌的附着力，生存环境或新陈代谢过程及产物来达到防护的目的。

（3）防酸碱腐蚀措施 。防止酸和碱的腐蚀，一是合理选用耐蚀材料，二是采用缓蚀剂，三是采用电化学保护。此外，在进水口的位置增加一个过滤系统，使流进循环水换热器的水pH 值尽量保持在7 左右。

（4）保护水冷器不被结垢。结垢的原因主要是因为水中有较多的盐离子，因此防止结垢可以从除去盐离子入手。另一方面，可以每隔一段时间进行排污处理，防止换热器在封头处堆积泥沙，定期给水冷器测流速，发现流速不合格要马上进行调整，以此降低换热器的腐蚀。

（5）改进循环水系统和优化工艺。要及时更换换热器，过了使用年限的换热器应即时拆除。对换热器进行技术改造和技术更新，同时优化水质，完善工艺卡片，降低水中的钙硬度和酸碱度；通过提高冷却水的含磷量来提升防腐能力；同时，提高循环水远行管理、对班组员工进行严格的操作考核、对重点设备以及重点指标加强监控也很重要。

3 结语

循环水换热器的腐蚀是经常性的，且多是由水质问题引起的 ，而目前也没有十全十美的解决方法，因此各级生产部门要将水质优化问题重视起来。