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                              淺談冷卻器使用過程結垢腐蝕的主要原因及其防腐工作六大措施

                              2020-07-27

                                      應用于化工領域的冷卻器,在換熱過程中都存在著結垢堵塞和腐蝕問題,影響化工廠安全生產,針對冷卻器結垢和腐蝕的原因和危害,我們總結了常見的結垢和腐蝕處理措施,為解決冷卻器結垢和腐蝕問題提供借鑒!
                                      冷卻器在化工生產中占有重要地位,而冷卻器機組結垢腐蝕,導致傳熱不夠而被迫停車清洗或者冷卻器的更換,嚴重時會影響安全生產的進行,更會增加企業運行的成本。

                                        

                               一、結垢原因
                                      1. 顆粒結垢
                                      懸浮于流體的固體微粒在換熱表面上的積聚,一般是由顆粒細小的泥沙、塵土、不溶性鹽類、膠狀物、油污等組成。當含有這些物質的水流經冷卻器表面時,容易形成污垢沉積物,形成垢下腐蝕,為某些細菌生存和繁殖提供溫床。當防腐措施不當時,最終導致換熱表面腐蝕穿孔而泄漏。
                                      2. 生物污垢
                                      除海水冷卻裝置外,一般生物污垢均指微生物污垢。循環水系統中最常見的微生物主要是鐵細菌、真菌和藻類。鐵細菌能把溶于水中的Fe2+ 轉化為不溶于水的Fe2O3 的水合物,在水中產生大量鐵氧化物沉淀以及建立氧濃差腐蝕電池,腐蝕金屬。且循環水系統中的藻類常在水中形成金屬表面差異腐蝕電池而導致沉積物下腐蝕。塊狀的還會堵塞冷卻器中的管路,減少水的流量,從而降低換熱效率。
                                      3. 結晶污垢
                                      在冷卻水循環系統中,隨著水分的蒸發,水中溶解的鹽類(如重碳酸鹽)的濃度增高,部分鹽類因過飽和而析出,而某些鹽類則因通過冷卻器傳熱表面時受熱分解產生沉淀。這些水垢由無機鹽組成、結晶致密,被稱為結晶水垢。
                                      4. 腐蝕污垢
                                      具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的雜質對換熱表面腐蝕而產生的污垢。腐蝕程度取決于流體中的成分、溫度及被處理流體的 pH 值等因素。通常,冷卻管中的污垢冷卻管一般為紫銅管和黃銅管,金屬腐蝕主要是較高溫度下(40~50℃)的氧腐蝕,污垢以銅或銅合金腐蝕產物和鈣鎂沉淀物為主,從而造成大量腐蝕污垢。
                                      5. 凝固污垢
                                      流體在過冷的換熱面上凝固而形成的污垢。例如當水低于冰點而在換熱表面上凝固成冰。溫度分布的均勻與否對這種污垢影響很大。
                                      6. 金屬腐蝕
                                      冷卻器大多數是金屬質地,而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的過程。冷卻器的腐蝕主要是指板片的腐蝕。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。(1)化學腐蝕。金屬與接觸到的物質直接發生氧化還原反應而被氧化損耗的過程。(2)電化學腐蝕。金屬表面與電解質溶液因發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。(3)應力腐蝕。產生應力腐蝕必須具備特定的腐蝕環境和足夠大的拉伸應力。CL-是造成應力腐蝕的另一個主要因素。CL- 半徑小,穿透力極強,很容易穿透保護膜內極小的孔隙,破壞局部鈍化膜而進入裂縫尖端生成HCL,產生自加速催化加速腐蝕過程,同時 H+ 在尖端析出,滲入裂縫前緣,可使金屬脆化。溫度是引起應力腐蝕破裂的重要因素,溫度愈高時引起腐蝕的 Cl- 濃度越低,也就愈易發生應力腐蝕破裂。(4)生物腐蝕。主要是與冷卻水系統的循環水等介質接觸的金屬表面上易引起生物腐蝕。生物腐蝕的原因是由于生物體會以有機緩蝕劑為食物,生物代謝產生酸,破壞金屬耐腐蝕保護層,生物新陳代謝耗氧,造成金屬表面 O2 濃度不均而引起氧濃差腐蝕。

                                        
                                      二、冷卻器防腐蝕措施
                                      1. 合理的工藝設計
                                      設計時,將蒸汽放在左側入口流程,避免高速氣體流經殼程。殼程有較大流量介質時,可以設計多個殼程入口,緩沖壓力,另外應設置防沖板,減少高速流體對設備造成的沖刷腐蝕。
                                      為避免殘留液和沉積物的滯留,焊接時盡量采用雙面對接焊和連續焊,避免搭接焊和點焊。在焊接工藝中應根據實際經驗,引起應力腐蝕破裂的應力主要是殘余應力,而殘余應力主要是由冷加工以及焊接引起的內應力所構成。
                                      對冷加工件和焊接件進行熱處理,有助于消除殘余應力,從而也有助于防止應力腐蝕的產生。常采用應力退火熱處理消除殘余應力或其他消除殘余應力的方法,如水壓試驗、振動時效及錘擊等。
                                      另外,板束起吊必須采用尼龍帶,保證金屬表面平整、無劃痕、能夠順利入殼。
                                      2. 耐腐蝕材料
                                      采用耐蝕材料(如雙目不銹鋼、哈氏合金、鈦、鈦合金、銅等),這些材料耐腐蝕性強,可以提高冷卻器的使用壽命,但這些高耐腐蝕性的材料價格昂貴,制造成本高,一次性投入的成本大,企業一般難以接受,推廣困難。
                                      3. 電化學保護法
                                      電化學保護方法不但可以防止應力腐蝕斷裂, 而且在保護參數選用得當的條件下即使產生了裂紋仍可使其停止擴展??刹捎脿奚?陽極保護或表面噴涂耐蝕金屬的方法。
                                      陰極保護法:利用外加直流電源,使金屬表面上的陽極變為陰極而受到保護。這種方法消耗電量大,費用高,采用極少。
                                      陽極保護法:把被保護的設備接以外加電源的陽極,使金屬表面生成鈍化膜,從而達到保護。碳鋼冷卻器的造價低,但耐腐蝕性差。
                                      通過采用犧牲陽極保護技術可以提 高冷卻器的使用壽命,但這一技術的保護作用僅限于管子入口處的有限長度內, 管內深處難以實現陰極保護,所以犧牲陽極保護法在冷卻器上的應用受到了很大限制。
                                      4. 添加緩蝕劑法
                                      在腐蝕性介質中,加入少量的某些物質,而這些物質能使金屬的腐蝕大大降低,甚至停止,這類物質稱為緩蝕劑。圖6是使用緩蝕劑前后的對比,緩蝕劑的加入應以不影響生產工藝和產品質量為原則。
                                      可以通過除去介質中的溶解氧和氧化劑以控制應力腐蝕。降低介質中 CL 的質量濃度,嚴格控制介質中硫的質量濃度也是控制應力腐蝕的有效措施。
                                      5.防腐蝕涂層法
                                      在金屬表面,通過一定的涂覆方法,覆蓋一層耐腐蝕的涂料保護層,以避免金屬表面與腐蝕介質的直接接觸。這種技術方法最為經濟有效,最初用于防止氣體介質 腐蝕,所用涂料大部分為有機高分子混合物溶液?,F在人們逐漸向防油及防溶劑涂料、高溫涂料、重防腐涂料及特殊環境用涂料方向發展。
                                      6. 冷卻器運行
                                      冷卻器開車時,現將冷流體充滿容器,關閉入口,再將熱流體題緩慢注入,盡量使導入流體而形成的板片流程與殼體之間的熱膨脹差為最小。停車后,用干燥壓縮空氣將冷卻器中所有的流體排除,這樣可以將應力降到最小,避免應力腐蝕。在開車過程中,上下水閥保持全開狀態,避免流速減慢,介質中雜質沉淀在板片表面造成結垢后腐蝕。

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