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循环水换热器腐蚀原因分析及应对措施分析

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：赵庆华

[导读] 摘要：在化工生产的过程中，循环水换热器经常出现腐蚀情况，但是，由于腐蚀的过程不同，导致换热器的腐蚀程度也有所不同，一般来说，循环水换热器的腐蚀速率与其铁离子的含量之间存在密切关系，而在循环水中，铁离子的含量受到挂片的影响也导致设备腐蚀程度有所不同，只有针对不同程度的腐蚀，分析得出现有腐蚀的具体原因，才能做出有针对性的解决措施，也能从根本上保证循环水换热器的使用效果和使用质量。

        中原油田水务分公司中安联合水务项目部河南省濮阳 457001
        摘要：在化工生产的过程中，循环水换热器经常出现腐蚀情况，但是，由于腐蚀的过程不同，导致换热器的腐蚀程度也有所不同，一般来说，循环水换热器的腐蚀速率与其铁离子的含量之间存在密切关系，而在循环水中，铁离子的含量受到挂片的影响也导致设备腐蚀程度有所不同，只有针对不同程度的腐蚀，分析得出现有腐蚀的具体原因，才能做出有针对性的解决措施，也能从根本上保证循环水换热器的使用效果和使用质量。
        关键词：循环水换热器；腐蚀原因；应对措施
        1循环水换热器腐蚀的原因
        1.1循环水产生的结垢对于换热器的腐蚀作用明显
        循环水结垢中的污垢性质、含氧浓度、循环水与换热器的温度，对于换热器的腐蚀作用最为突出，结垢下层所产生的阳极反应将造成循环水中铁离子的增加。结垢量越大、层次越厚，越会造成换热器受腐蚀侵害，严重的将会发生纵深腐蚀穿孔。
        1.1.1水中盐类对换热器的腐蚀作用
        盐类主要由钙离子、钠离子等构成，特别是循环水中的浓度钙，将会直接造成换热器金属结垢的增厚。这些介质的含量越多、浓度越高，越会增加循环水的导电性，进而造成电化学腐蚀严重。工业循环水处理标准规范中指出，循环水的钙硬度和碱度应当在1100mg/L以下。随着近些年人们对循环水换热器受腐蚀问题的进一步研究，将循环水钙硬度与碱度控制在1050mg/L以下。
        1.1.2沙砾悬浮物对换热器的腐蚀作用
        循环水中含有大量的粉尘、泥渣等沙砾悬浮物，这些物质的沉积会与循环水中其他的介质发生反应，进而使得换热器受到化学腐蚀。现阶段循环水中沙砾悬浮物的数量较多，循环水较混浊，水中除了有粉尘、泥渣之外，还会有大量的微生物。相关人员的一项迫切的工作就是尽快降低循环水的浑浊度，从而减少结垢的堆积。按照石油石化给排水对水质做出的确切要求，循环水浊度要控制在10FTU以下。通过分析近年循环水浊度指标数据发现，目前循环水浊度超标的现象十分明显。尽管认识到循环水浊度对与换热器的腐蚀作用，但当前尚未制定出有效和稳定的控制循环水浓度的系统，这也是导致循环水浊度出现多次高峰的重要原因。
        1.1.3空气中的微生物、菌类等生物群对换热器的腐蚀作用
        循环冷却水在运行期间由于受到空气中微生物等生物群的影响，给菌藻的大量、迅速繁殖提供了便利条件，进而造成换热器金属表面沉积了大量的生物粘泥，催生了电化学腐蚀发生和作用。除此之外，由于生物群需要新陈代谢，而新陈代谢会参与到电化学腐蚀中，进一步加剧了电化学腐蚀的强度和速度。现阶段对循环水中生物群的管控主要有以下几个参数指标。①异养菌。异养菌是指循环水中全部细菌的总数量。按照行业规范标准要求，循环水异养菌需要控制在每立方米12~1300个的范围之内。②黏泥量。这是反应循环水中微生物危害的重要指标。标准文件指出循环水的黏泥量需要控制在0.35mL/m3以下。
        1.2循环水中离子浓度造成严重腐蚀
        循环水中的离子数越多，质量浓度越高，进而使得循环水的导电性越强，换热器受到的腐蚀程度越高。特别是循环水中氯离子和硫酸根离子数量，数量越多，浓度越大，换热器受到的腐蚀也就越强。由于氯离子能够破坏换热器金属的氧化膜，换热器碳钢将会出现严重的点蚀现象。近几年循环水中氯离子的含量和运行状况较为平稳，循环水中氯离子质量浓度约每升300毫克，在行业规范要求的范围内。
        1.3循环水pH值是造成换热器腐蚀的重要原因
        当循环水整体呈酸性时，换热器碳钢表面保护膜的形成难度较大，且氢离子有着强大的去极化功能，能够进一步加快换热器被腐蚀的速度。相较于循环水呈碱性的状况，pH值越偏向酸性，越会造成换热器的腐蚀。循环水进行预膜清洗时，由于受到各方面因素的影响，循环水呈酸性，换热器腐蚀强度较大。除此之外，现阶段循环水pH值控制的较为稳定，大多控制在8。良好的管控，使得循环水pH值对换热器腐蚀的影响较小。相关单位需要保证循环水pH值的稳定，优化配套管控策略，避免循环水pH值变化给换热器造成影响。
        1.4循环水流速影响换热器腐蚀
        水流速度是影响换热器腐蚀的重要原因。通过调查研究，发现循环水水流速度控制在0.6~1.0m/s之内时，换热器受到的腐蚀最小，但并不是没有腐蚀。此外，在研究循环水水流速度时，还需要认识到传热的影响作用。相对而言，水流速度越快，对换热器的腐蚀越大；流速越低，越会导致换热器传热效果的大打折扣，而且循环水流速过低，更容易造成沉积问题。按照规范标准，指出水走管程循环水流速需要控制在0.9m/s以上，水走壳程流速则需要控制在0.3m/s以上。测量某循环水换热器冷却水流速的变化（见表1），发现目前相关单位对于不同类型换热器冷却循环水流速的控制仍然存在局限，同一类型换热器的冷却水流速差别明显，走壳程冷却循环水的流速过高。
        表1某循环水换热器冷却水流速变化

        2应对循环水换热器腐蚀情况的有效措施
        2.1工艺指标优化与加强监控
        考虑到水质特征和热交换器的当前腐蚀状况，我们将进一步优化水质性能，审查和改进工艺流程，并着重于优化钙硬度和碱度，降低换热器结垢，增加磷的含量，提高防腐能力。加大对操作员工的绩效考评，加强对关键设备和关键指标的监控。
        2.2循环水过滤网的改造
        换热器入口过滤器主要过滤循环水中较大的积聚杂物，例如，损坏的塑料包装。每次维修设备时，都会打开换热器封头，在换热器管板及管束上或多或少会附着一些杂物，这会影响设备的热交换效果，在换热器入口增加滤器后，检修时，打开换热器本体，管层和壳层较为干净，改造效果较好。
        2.3使用牺牲阳极方法
        换热器的换热管与管板连接处、设备接管处容易放生腐蚀，在换热器固定管处连接牺牲阳极保护块，对换热器进行防腐蚀保护，结构简单，使用方便，价格低廉，对换热器本体和循环水水质影响小，可大范围推广和应用。
        2.4对清洗预膜的方案进行优化
        我们可以根据以前的经验和完善预膜方案。采用整体预成膜方法，确保装置换热器均已投用循环水，装置现有运行状态不变，控制好循环水界区阀门、调节好流量和压力，适当增加循环水无机磷浓度，提高预成膜厚度，这样能有效减少水中溶解氧对换热器的腐蚀，提高换热器使用寿命。
        2.5避免换热器出现结垢情况
        由于循环水的总硬度超过300mg/l，这属于高硬度水，并且水冷却器易于结构。车间为每个换热器配备了循环水排污导淋，并且定期对循环水进行排放，以防止在换热器末端形成沉积物。其次，每六个月测量一次水冷却器的流量，以调节所需的循环水流量并减少热交换器的腐蚀。
        结束语
        结合具体的原因，展开针对性的换热器防腐策略制定，需要有关人员强化责任意识，肩负起相应的工作职责，通过技术优化创新和方案策略的完善，进一步减轻换热器腐蚀程度，从而为顺利的生产建设提供支持保障。
        参考文献：
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        [3]赵新合，段付岗．陕西润中清洁能源有限公司循环水站换热器腐蚀泄漏原因分析及防范措施[J]．煤炭加工与综合利用，2019（3）：64-67.