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摘 要：换热器是化工设备的重要组成部分，在化工设备工作过程中出现温度过高情况时，换热器可有效降低化工设备温度，使其贴合化工工艺生产标准。由于化工设备换热器工作环境的复杂性、工作强度、人为损坏等各种因素的影响，换热器腐蚀情况较为常见，给化工设备正常工作带来一定影响。改善换热器腐蚀情况，保证化工设备换热器正常工作运转至关重要。本文针对化工设备换热器的常见腐蚀和防腐进行深入研究。
关键词：化工设备换热器;常见腐蚀;防腐处理
引言
因缝隙腐蚀的孕育期较长且没有明显的预兆，缝隙腐蚀一般比较隐蔽，难以对其进行有效监测;而且缝隙腐蚀一旦开始，其腐蚀速率会迅速增大并带来严重破坏。因此，对于缝隙腐蚀的研究具有十分重要的意义。本文结合换热器的结构和使用工况，对现场设备取样，并进行材质分析、硬度测试、微观组织形貌观察和腐蚀产物能谱分析，找到了换热管腐蚀泄漏的根本原因，并提出了改进措施。
1化工设备换热器常见腐蚀情况
1.1高温氢损伤腐蚀问题
在高温、高压的环境背景下，一旦氢气发生扩散问题，进入钢材的内部，将会与钢材内部的不稳定碳化物产生化学反应，继而产生甲烷等气体，大大影响钢材的碳含量，影响钢材本身的材料硬度。同时甲烷气体未能从钢材中脱离出来，将会在晶界以及周边的空隙中聚集起来，一旦处于高温、高压环境状态下，甲烷聚集区域的钢材表面将会出现微小的裂缝及鼓包，钢材的延伸性以及钢材硬度将会大打折扣。随着钢材碳元素的逐步流失，钢材本身的应用性能将会逐步下降，钢材的表面将会出现大量的缝隙。
1.2电化学腐蚀
化工设备换热器在生产过程中，受化学物质原材料的影响较大，当介质流动性较大、且流动不均，易在换热器表面停滞不前时，沉积物在换热器表面造成腐蚀，出现缝隙或裂痕。裂缝内外出现氧气差异，化学设备换热器出现电化学腐蚀，电化学腐蚀会在短期内造成换热器表面大面积腐蚀。在停用后，还会导致换热器表面沉积物沉淀，造成其表面粗糙，在化工设备运行过程中，因换热器表面粗糙程度过高，机组启动时水铁含量增高，给设备运行带来较大阻力，加剧换热器腐蚀。
1.3磨损腐蚀
原料水冷器壳层介质为减二减三线原料油水冷器直接与原料泵出口相连压力达3.2MPa进入换热器流速过高，高速流体在进入换热器入口处形成涡流，加剧对管束及内壁的冲刷造成涡流磨损腐蚀，特别是在换热器高温介质入口端的40～50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关，但一方面，随着腐蚀速率的增大，冲刷涡流磨损也加快。磨损率通常随腐蚀性增强而变大，在耐腐蚀保护膜的生成速度小于冲刷磨损速度则将发生较严重的涡流磨损腐蚀。冲刷涡流扰动也对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用使其脱离，同时对新裸露金属表面继续与腐蚀环境继续接触，进而加剧交替侵蚀的综合作用。
1.4换热管腐蚀
化工设备换热器以水为介质进行换热工作，由于水体pH值不稳定，水汽与铁元素的中和作用、与氧化物的溶解作用等多种因素的影响，水中的有害物质，即阴离子（C1-）等物质形成化学腐蚀。换热器受水汽渗透冲刷作用影响，腐蚀程度加重。
2化工设备换热器的防腐措施
2.1材质升级
换热器管束材质为08Cr2AlMo，此材质为早年研制的针对硫化氢、氯化氢腐蚀的低合金钢，Cr和Mo含量较低，耐蚀性有限，不适合目前的环境，建议选用新型抗点蚀性能更好的材质，例如：N08367，904L或825合金材质。
2.2在换热器表层涂刷防腐涂料
导致化工设备换热器出现腐蚀情况甚至加重现有腐蚀现象的主要原因是换热器金属表面与外界环境未能有良好隔绝，为解决这一问题，降低换热器腐蚀概率，可利用电镀、火焰喷涂、包镀、蒸汽镀等方式在换热器表面进行金属镀层，如镀镍或镀锡，在金属与环境间形成稳固有效的屏障，隔绝外界有害物质侵袭。同时，化工生产部门还可选择无机涂层，如CH-784环氧胺基涂料，其具有耐酸碱、耐溶剂、隔绝水蒸气、强附着力等诸多优势，且其施工较为简易方便，化工生产工作人员需预先对化工设备换热管进行表面处理，利用喷砂进行除锈，使其露出表面金属原色，后利用浸泡式施工方式进行涂层，涂层厚度一般为80～250μm为最佳，依照最新化工工艺标准底漆两层、面漆三至四层进行喷涂。在喷涂完毕后，待换热器表面涂层风干后进行二次加热固化，增加涂层稳固性，防止其在后期工作过程中剥落。化工生产相关部门负责人员需要对化工设备换热器涂层情况进行检查验收，观察其表面是否光滑平整、有无裂纹或漏涂部分，一旦发现存在以前情况，必須追究施工人员责任，并进行二次返工重新喷刷，以保障无机涂层的屏障保护作用。
2.3灵活应用电化学保护技术
电化学保护方法是将负电子直接引导至被保护的物质上，让被保护物质的表面的腐蚀性正电子与负电子相结合，继而达到静电平衡的模式，起到物质防腐功效。电化学保护法可细分为两种，其中牺牲阳极的阴极保护法，是以原电池构造的方式让被保护部位的物质作为阴极，继而得到电子，这种电化学保护方法是需要阳极物质活泼性高于阴极物质。另一种则是外加电源的阴极保护法，其保护原理为将电源的负极外连接在被保护的物质上，与被保护物质附近的腐蚀性阳离子结合得到电子，继而实现静电平衡，最终达到腐蚀消除的作用价值。但电化学保护技术应用成本相对较高，甚至会消耗大量的电能且相关应用技术并未完全发展成熟，因此只能在特殊情况下应用。
2.4对化工设备换热器腐蚀介质进行处理
化工设备换热器防腐在本质上是金属防腐，可以通过对腐蚀介质的处理达到防腐目的。例如，在化工生产过程中，由于化工原料喷溅，残留到化学设备换热器金属表面，造成换热器腐蚀，针对这一情况，相关部门可通过消除防腐介质手段，保证金属表面的绝对干燥，即经常擦干换热器表面存在的水分、在换热器中加装干燥机或缓蚀剂等，加强对腐蚀介质的处理，能够有效消除腐蚀介质的存在，减少化工设备换热器腐蚀，提升换热器工作质量，加快化工生产效率，加快完成化工生产任务的速度。
2.5开展换热器的针对性维修工作
对换热器开展程序性的检查工作后，对于存在安全隐患的换热器部分，需要进行针对性的维修。如对于由于腐蚀问题或是其他问题导致换热管管壁减薄发生穿孔问题时，需要立即更换换热管。对于已经发生温度变化的区域以及出现膨胀、收缩的换热管，及时进行防腐蚀处理工作。对于换热管中的流通换热介质管道进行防膨胀、防泄漏以及防锈处理。
结束语
造成化工设备换热器腐蚀的情况复杂多样，且易影响化工设备生产稳定开展进行。为改善这一情况，相关化工生产部门必须重视化工设备换热器的防腐处理，针对换热器目前存在的腐蚀情况进行深入研究，不断更新升级防腐技术手段，利用先进的、多元化的防腐技术保证化工设备换热器工作质量，提升化工生产效率。
参考文献：
[1]朱兰芬，薛俊峰.空冷器腐蚀防护涂层研制及应用[J].全面腐蚀控制，2019，33（12）：6-12.
[2]包鹏飞，冯志花，李风旭.尿素装置换热器典型问题及应对措施[J].化肥设计，2019，57（06）：51-52+61.
[3]徐孝闯.加氢装置高压换热器的铵盐腐蚀及预防措施[J].石油化工腐蚀与防护，2019，36（06）：31-33.
[4]杜天民，张梦琼，宋陶练.氟塑料换热器在低温气水换热领域的应用[J].塑料，2019，48（06）：59-61.
[5]刘广厦.换热器常见腐蚀问题分析及防腐蚀探究[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（23）：170-172.
（中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司洗涤剂化工厂，辽宁 抚顺 113000）
关键词：化工设备换热器;常见腐蚀;防腐处理
引言
因缝隙腐蚀的孕育期较长且没有明显的预兆，缝隙腐蚀一般比较隐蔽，难以对其进行有效监测;而且缝隙腐蚀一旦开始，其腐蚀速率会迅速增大并带来严重破坏。因此，对于缝隙腐蚀的研究具有十分重要的意义。本文结合换热器的结构和使用工况，对现场设备取样，并进行材质分析、硬度测试、微观组织形貌观察和腐蚀产物能谱分析，找到了换热管腐蚀泄漏的根本原因，并提出了改进措施。
1化工设备换热器常见腐蚀情况
1.1高温氢损伤腐蚀问题
在高温、高压的环境背景下，一旦氢气发生扩散问题，进入钢材的内部，将会与钢材内部的不稳定碳化物产生化学反应，继而产生甲烷等气体，大大影响钢材的碳含量，影响钢材本身的材料硬度。同时甲烷气体未能从钢材中脱离出来，将会在晶界以及周边的空隙中聚集起来，一旦处于高温、高压环境状态下，甲烷聚集区域的钢材表面将会出现微小的裂缝及鼓包，钢材的延伸性以及钢材硬度将会大打折扣。随着钢材碳元素的逐步流失，钢材本身的应用性能将会逐步下降，钢材的表面将会出现大量的缝隙。
1.2电化学腐蚀
化工设备换热器在生产过程中，受化学物质原材料的影响较大，当介质流动性较大、且流动不均，易在换热器表面停滞不前时，沉积物在换热器表面造成腐蚀，出现缝隙或裂痕。裂缝内外出现氧气差异，化学设备换热器出现电化学腐蚀，电化学腐蚀会在短期内造成换热器表面大面积腐蚀。在停用后，还会导致换热器表面沉积物沉淀，造成其表面粗糙，在化工设备运行过程中，因换热器表面粗糙程度过高，机组启动时水铁含量增高，给设备运行带来较大阻力，加剧换热器腐蚀。
1.3磨损腐蚀
原料水冷器壳层介质为减二减三线原料油水冷器直接与原料泵出口相连压力达3.2MPa进入换热器流速过高，高速流体在进入换热器入口处形成涡流，加剧对管束及内壁的冲刷造成涡流磨损腐蚀，特别是在换热器高温介质入口端的40～50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关，但一方面，随着腐蚀速率的增大，冲刷涡流磨损也加快。磨损率通常随腐蚀性增强而变大，在耐腐蚀保护膜的生成速度小于冲刷磨损速度则将发生较严重的涡流磨损腐蚀。冲刷涡流扰动也对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用使其脱离，同时对新裸露金属表面继续与腐蚀环境继续接触，进而加剧交替侵蚀的综合作用。
1.4换热管腐蚀
化工设备换热器以水为介质进行换热工作，由于水体pH值不稳定，水汽与铁元素的中和作用、与氧化物的溶解作用等多种因素的影响，水中的有害物质，即阴离子（C1-）等物质形成化学腐蚀。换热器受水汽渗透冲刷作用影响，腐蚀程度加重。
2化工设备换热器的防腐措施
2.1材质升级
换热器管束材质为08Cr2AlMo，此材质为早年研制的针对硫化氢、氯化氢腐蚀的低合金钢，Cr和Mo含量较低，耐蚀性有限，不适合目前的环境，建议选用新型抗点蚀性能更好的材质，例如：N08367，904L或825合金材质。
2.2在换热器表层涂刷防腐涂料
导致化工设备换热器出现腐蚀情况甚至加重现有腐蚀现象的主要原因是换热器金属表面与外界环境未能有良好隔绝，为解决这一问题，降低换热器腐蚀概率，可利用电镀、火焰喷涂、包镀、蒸汽镀等方式在换热器表面进行金属镀层，如镀镍或镀锡，在金属与环境间形成稳固有效的屏障，隔绝外界有害物质侵袭。同时，化工生产部门还可选择无机涂层，如CH-784环氧胺基涂料，其具有耐酸碱、耐溶剂、隔绝水蒸气、强附着力等诸多优势，且其施工较为简易方便，化工生产工作人员需预先对化工设备换热管进行表面处理，利用喷砂进行除锈，使其露出表面金属原色，后利用浸泡式施工方式进行涂层，涂层厚度一般为80～250μm为最佳，依照最新化工工艺标准底漆两层、面漆三至四层进行喷涂。在喷涂完毕后，待换热器表面涂层风干后进行二次加热固化，增加涂层稳固性，防止其在后期工作过程中剥落。化工生产相关部门负责人员需要对化工设备换热器涂层情况进行检查验收，观察其表面是否光滑平整、有无裂纹或漏涂部分，一旦发现存在以前情况，必須追究施工人员责任，并进行二次返工重新喷刷，以保障无机涂层的屏障保护作用。
2.3灵活应用电化学保护技术
电化学保护方法是将负电子直接引导至被保护的物质上，让被保护物质的表面的腐蚀性正电子与负电子相结合，继而达到静电平衡的模式，起到物质防腐功效。电化学保护法可细分为两种，其中牺牲阳极的阴极保护法，是以原电池构造的方式让被保护部位的物质作为阴极，继而得到电子，这种电化学保护方法是需要阳极物质活泼性高于阴极物质。另一种则是外加电源的阴极保护法，其保护原理为将电源的负极外连接在被保护的物质上，与被保护物质附近的腐蚀性阳离子结合得到电子，继而实现静电平衡，最终达到腐蚀消除的作用价值。但电化学保护技术应用成本相对较高，甚至会消耗大量的电能且相关应用技术并未完全发展成熟，因此只能在特殊情况下应用。
2.4对化工设备换热器腐蚀介质进行处理
化工设备换热器防腐在本质上是金属防腐，可以通过对腐蚀介质的处理达到防腐目的。例如，在化工生产过程中，由于化工原料喷溅，残留到化学设备换热器金属表面，造成换热器腐蚀，针对这一情况，相关部门可通过消除防腐介质手段，保证金属表面的绝对干燥，即经常擦干换热器表面存在的水分、在换热器中加装干燥机或缓蚀剂等，加强对腐蚀介质的处理，能够有效消除腐蚀介质的存在，减少化工设备换热器腐蚀，提升换热器工作质量，加快化工生产效率，加快完成化工生产任务的速度。
2.5开展换热器的针对性维修工作
对换热器开展程序性的检查工作后，对于存在安全隐患的换热器部分，需要进行针对性的维修。如对于由于腐蚀问题或是其他问题导致换热管管壁减薄发生穿孔问题时，需要立即更换换热管。对于已经发生温度变化的区域以及出现膨胀、收缩的换热管，及时进行防腐蚀处理工作。对于换热管中的流通换热介质管道进行防膨胀、防泄漏以及防锈处理。
结束语
造成化工设备换热器腐蚀的情况复杂多样，且易影响化工设备生产稳定开展进行。为改善这一情况，相关化工生产部门必须重视化工设备换热器的防腐处理，针对换热器目前存在的腐蚀情况进行深入研究，不断更新升级防腐技术手段，利用先进的、多元化的防腐技术保证化工设备换热器工作质量，提升化工生产效率。
参考文献：
[1]朱兰芬，薛俊峰.空冷器腐蚀防护涂层研制及应用[J].全面腐蚀控制，2019，33（12）：6-12.
[2]包鹏飞，冯志花，李风旭.尿素装置换热器典型问题及应对措施[J].化肥设计，2019，57（06）：51-52+61.
[3]徐孝闯.加氢装置高压换热器的铵盐腐蚀及预防措施[J].石油化工腐蚀与防护，2019，36（06）：31-33.
[4]杜天民，张梦琼，宋陶练.氟塑料换热器在低温气水换热领域的应用[J].塑料，2019，48（06）：59-61.
[5]刘广厦.换热器常见腐蚀问题分析及防腐蚀探究[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（23）：170-172.
（中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司洗涤剂化工厂，辽宁 抚顺 113000）