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备 , 1996, 25 ( 5) : 47 - 49. [ 6 ] 杨善让 ,徐志明. 换热设备的污垢与对策 [M ]. 北京 :科学出
1 换热器腐蚀的原因
管壳式换热器和板式换热器腐蚀的类型基本 相同 ,如表 1[ 2 ]所列 。由表 1可见 ,换热器中最严重 的腐蚀隐患之一是孔蚀 ,在换热管内外常会产生由 于污垢附着而引起的孔蚀 。孔蚀产生的原因多与 卤素有关 ,特别是 Cl- 和含 C l的离子 ,其中以 Cu、 Fe、Hg等金属的氯化物危害最为严重 [ 3 ] 。介质的 流动条件和管子的表面状况也影响孔蚀的产生 ,介 质流速高可以消除局部地方高浓度的 C l- 从而降低 腐蚀的倾向 ,管子表面光洁可增强其耐孔蚀的能 力。
我国换热器的接头多采用焊接形式 [ 5 ] ,管子与 管板之间存在间隙 ,壳程介质进入到间隙死角中 , 就会形成缝隙腐蚀 。在换热器中 ,污垢的附着部位 也会产生缝隙腐蚀 。缝隙腐蚀与介质在这些部位 的滞流有关 。缝隙腐蚀与孔蚀的机理相似 ,一般出 现孔蚀的地方也常有缝隙腐蚀发生 。缝隙腐蚀和 孔蚀都有一个孕育期 ,一旦过了孕育期 ,速度就会 逐步增加 。
在试压或操作中发现接头泄漏时 ,对接头胀管 修复要慎重 。胀管时 ,对其周围的管子也要进行再 次胀管 ,以免形成间隙 。管子泄漏时采取堵管方法 也应慎重 ,在可以更换管子时尽量换管 ,以免造成 很大的温差应力 ,导致应力腐蚀 。
保温层破损后 ,应尽早使用防止水分的施工方
法修复 ,以免壳体外积附水分 ,腐蚀壳体 。用化学 清洗清除换热器污垢时 ,清洗后需将残留液排出 , 因为残留液会腐蚀换热器 ,换热器长期不用时也要 在换热器清洗后 ,将残留液完全排出 。为避免管端 磨损冲蚀 ,可用尼龙衬套防护 。
收稿日期 : 2008 - 07 - 16 作者简介 :葛晶 (1978 - ) ,助理工程师 。
表 1 换热器腐蚀类型
腐蚀 类型
孔蚀 应力腐 蚀破裂
换热管
管板
铝黄 铜镍 脱氧 铜 合金 铜
不锈钢 镀层 304 329J1 碳钢
碳钢
304复 329降 合板 J1
5341125- -
Sum 156 No. 9 Chem ical Engineer
2008年 9月
生 文章编号 : 1002 - 1124 (2008) 09 - 0045 - 03
产 与 技
管壳式换热器和板式换热器的
术 改 造
腐蚀与防护
葛 晶 a ,冯忠亮 b
(大庆石化公司 a. 化工二厂 ; b. 化工一厂 ,黑龙江 大庆 163714 ) 摘 要 :阐述了换热器的腐蚀类型 ,指出应力腐蚀和孔蚀是破坏换热器的主要原因 ,探讨了防止换热 器腐蚀的一些措施 。 关键词 :换热器 ;腐蚀 ;防护措施 中图分类号 : TF066. 2 文献标识码 : B
换热管若采用奥氏体不锈钢管 ,如果在 450 ～ 850℃保温一定时间 ,将造成敏化 ,使不锈钢具有晶 间腐蚀的倾向 ,这可能与晶间的“贫铬 ”有关 。
2 管壳式换热器的防腐蚀措施
2. 1 操作工艺控制
换热器开车时 ,应首先用喷管将容器内的气体 和冷凝水完全排出 ,而后将冷流体充满容器 ,关闭 入口 ,然后缓慢注入热流体 ,注意不要使加热速度 超过 0. 06℃· s- 1 ,并使长度方向的温度梯度不大 于 30. 4℃·m - 1 ,总之 ,应尽量使导入流体而形成的 管子与壳体之间的热膨胀差为最小 。停车时 ,应先 将热流体流速逐渐减小至零 ,然后快速停止冷流体 流动 ,这样可使冷却过程中的不等量收缩减至最 小 。停机后 ,用干燥的压缩空气将换热器中的所有 流体排出 。这样的开停车工序 ,可以将拉应力降至 最小 ,避免产生应力腐蚀 。
(6)板片换热器的密封垫片也是关键的零部 件 。取密封周边的长度 (m )是换热面积 (m )的 6～ 8倍 。由于在板片和密封压紧板的边缘 ,垫片沟槽 和垫片之间存在缝隙 ,造成缺氧形成阳极而发生腐 蚀破坏 。所以垫片槽和垫片形状的设计要合理 ,密 封垫片的截面必须与板片沟槽截面吻合 。目前 ,密 封垫片广泛采用弹性橡胶材料 ,对其力学性能和抗 腐蚀性能有一定的要求 ,永久压缩变形量控制在 < 20% ,并热时效 。垫片和板片夹紧后要尽量减少缝 隙 [ 10 ] 。这类垫片槽一般采用“粘贴型 ”密封结构 。 目前还发展了易装卸的“按扣 ”和“搭扣 ”密封结构 , 可直接扣在板片上 ,定位正确 、牢固 ,无需粘结剂 。
拉应力的共同作用而造成的材料断裂 。只有当拉
应力超过该体系的临界压力 ,才会产生应力腐蚀破 裂 。腐蚀介质和循环应力的共同作用也能形成腐
蚀疲劳 。如果换热器中的介质是电解质溶液 ,氢以 原子状态在金属表面析出 ,向金属内部渗透 ,就会 有氢破坏的可能 ,既可能产生氢鼓泡 ,又有可能导 致氢脆 。
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(5)增加板片触点的接触率 ,减少磨振对触点 的破坏 。人字形波纹板片的两相邻板片互相倒置 组合后 ,波纹相互接触在 1 ～1. 6cm2 的面积内 (视 波纹节距而定 )就有一个支点 ,且分布均匀 ,所以板 片触点接触率较高 。水平直波纹的支点较稀疏 [ 9 ] 。 日阪制作的 EX型板片 ,为了增加支点 ,研制出格子 状的水平平直波纹板片 。
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对板片的划痕 。 (3)板片与垫片的粘结剂 ,不要采用过期的和
含有 C l- 的粘结剂 ,防止析出 C l- 而引发腐蚀 。 (4)选择正确合理的板片结构和正常流速 ,一
般板间平均流速为 0. 2～0. 8m ·s- 1 (主流线上的流 速要比平均值高 4 ～5 倍 ) 。流速低于 0. 2m · s- 1 时 ,流 体 达 不 到 湍 流 状 态 且 会 形 成 较 大 的 死 角 区 [ 8 ] 。正确合理选用流速 ,也可减轻入口处的板片 腐蚀 。
2. 5 设计 、制造及安装工艺控制
设计时应将蒸汽放在管程侧并避免高速气体 流经壳程 。因为蒸汽的冷凝液中溶解有 O2 和 CO2 , 具有较强的腐蚀性 。安装制造时管排应略微倾斜 , 以便冷凝液及时排出 。
3 板式换热器的防腐蚀措施
板式换热器的防腐蚀措施除可以采用以上方 法外 ,还可采用以下措施 :
Key words: heat exchanger; corrosion; p rotection methods
管壳式换热器和板式换热器在石油 、化工 、轻 工 、电力 、冶金 、机械 、食品 、污水处理和供热等领域 中应用十分广泛 。据调查 ,在上述领域中都发生过 因腐蚀而造成的破坏 [ 1] ,因此 ,对管壳式换热器和 板式换热器进行防腐问题的研究 ,防止换热器过早 损坏 ,降低因腐蚀而引起的资源浪费 ,减少不必要 的停产以及因此而引起的产品损失等都有着重要 的意义 。
此密封结构是借助弹性材料的过盈量将其压紧 。 总之设计合理的密封结构和垫片形状 ,可减少缝隙 腐质多种多样 ,这 就需要研制更多的能抗各种介质腐蚀的板材 ,并采 取前述几方面的防腐措施 ,才能在各行各业中广泛 应用 ,使换热器发挥出更大的经济效益 。
参 考 文 献 [ 1 ] 屈昀丽 ,张祥泰 ,邹素芳. 浅谈换热器的腐蚀与防护 [ J ]. 内蒙
16 2 - 1 - - 1 - -
酸腐蚀 4 - 5 - - 2 - - -
冲刷腐蚀 1 -
- - 5- - -
选择性 9 腐蚀
------
缝隙腐蚀 - -
11- --1
晶间腐蚀 - -
- - - - 1-
均匀腐蚀 1 -
- - 1- - -
总计
36 5 9 3 2 10 6 1 1
对于采用胀接形式的接头 ,由于胀接过程中存 在残余应力 ,在已胀和未胀管段间的过渡区 ,管子 内外壁都存在拉应力 ,对应力腐蚀非常敏感 。一旦 具备发生应力腐蚀的温度 、介质条件 ,换热器就会 发生应力腐蚀破坏 。应力腐蚀破裂是由于腐蚀和
2. 3 水处理工艺控制
在循环冷却淡水中 ,可添加缓蚀剂以降低腐 蚀 。通常将阻垢分散剂 、杀菌灭藻剂与缓蚀剂合 用 ,称为水质稳定剂 。C rO24 - 是一种阳极抑制剂 ,与 适当的阴极抑制剂合用时 ,可得到满意的防腐蚀效 果 ,因此 ,常在水系统中使用 。铬酸盐 - 锌 - 聚磷 酸盐处理冷却水 ,常用于低碳钢 、不锈钢 、海军铜和 铜镍合金换热器 ,但不能用于铝合金制换热器 [ 6 ] 。 水处理方法还有软化 、除氧 、除铵 、除磷酸盐及硫 等 ,以控制水中的 pH值和氧含量 ,以免腐蚀 。
(1)设计板片的成形模时 ,应采用残余应力小 的结构 。板片的波纹断面 、波纹的高度和节距要合 理 。所有断面要圆弧过渡 ,钦板圆角一般在 R2 ～ R2. 5。为减小内部残余应力 ,应采用整体切边或高 频振荡等措施 。
(2)为减轻对板片表面的划伤 ,要对模具表面 进行抛光 。成形时要涂润滑剂或加润滑膜 ,以减轻
Corrosion and p rotection of shell and tube and p late heat exchanger GE J inga , FENG Zhong - liangb
( a. No. 2 Chem ical Plant; b. No. 1 Chem ical Plant, Daqing Petrochem ical Corporation, Daqing 163714, China)
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含固体悬浮物的液体容易产生冲刷腐蚀 ,被冲 刷腐蚀的部位 ,常有典型的沟状 、洼状或波纹状等 外观特征 [ 4 ] 。换热器入口管端 ,就存在冲刷腐蚀 , 发生在管壳式换热器管程流体入口部分 ,距传热管 管端 3～4倍管径长度处 。