关于表面蒸发式空冷器管外腐蚀成因及防护措施的相关研究

2022-09-10

表面蒸发式空冷器属于一种新型的节能冷却装置，其具有很多的优点，主要包括：传热快、投资少、占地小、操作简单和性能好等等，因此在炼油、化工和制冷等领域被广泛的使用。

1. 表面蒸发式空冷器的应用状况

表面蒸发式空冷器主要是把循环冷却水喷于传热管的外表面，以构成薄水膜快速的蒸发掉管外热量。要是循环冷却水的杂质较多，就会在管外堆积成结垢，进而腐蚀表面蒸发式空冷器。通常表面蒸发式空冷器会被大量应用于炼油领域，其换热管会长期暴露在大气下，受大气中水蒸气、盐类物质以及氯化物的影响，进而发生腐蚀，所以表面蒸发式空冷器在运行一段时间后，其外表面会出现不同程度的腐蚀，进而降低传热效率、缩短装置的应用年限。由此，对表面蒸发式空冷器管外腐蚀进行防护是非常有必要的。

2. 导致管外腐蚀的主要因素

(1)大气腐蚀

通常大气腐蚀包括两种类别，即初期大气腐蚀与长期大气腐蚀。其中，初期大气腐蚀主要是因为雨水、湿度以及降雨量等因素影响的;长期大气腐蚀主要是因为湿度超过了80%、日照严重以及CL-沉积过多形成的。一般p H值会体现出大气的污染程度，如果pH值较小，就是显酸性，会严重腐蚀金属表面，再加上长期暴露在大气当中，更会加快腐蚀的速度。

(2)循环冷却水腐蚀

通常换热管外表面腐蚀会受水质、温度、流速和管材的影响，并且还和水管的结垢程度以及粘泥情况有关。因为我国炼油厂的冷却水主要为江水、河水和湖水，其成分均不相同，所以腐蚀程度也会不同。在循环冷却水系统当中，金属腐蚀最为常见，因为冷却水里的溶解氧是阴极的氧化剂，所以会加快腐蚀的速度。对于碳钢及低合金钢来说，溶解氧属于腐蚀的关键成分，如果钢在pH值超过11的水中，其腐蚀会很小;如果钢在pH小于7的水中，其腐蚀会很大。另外，如果水里的盐较多，则导电性会较大，从而腐蚀较严重。如果水里的氯离子较多，会严重腐蚀不锈钢等钝化金属，进而引发开裂。除此之外，水温、钙量、碱度以及含盐量等因素也会给换热管外表面腐蚀带来不利影响。

3. 管外腐蚀防护措施

(1)调节循环冷却水

一般表面蒸发式空冷器的补充水应选用无盐水或软化水，其指标详见表1。为有效避免表面蒸发式空冷器管外发生腐蚀、结垢，应重点关注水质，只有保证水质良好，才能延长表面蒸发式空冷器的应用年限。通常可采用沉淀法和过滤法来除去悬浮杂质，再通过软化法和除盐法除去水中的溶解杂质，以改善水质，避免腐蚀。另外，也可在水中加入缓蚀剂，此方法主要用于碳钢防腐中，不过此方法对循环水的水质、技术以及生产流程具有很大的要求，如果pH大于9.3或浊度超过15mg/L时，需要实施有效的排污，并换新水。

(2)在换热管外表面加防护层

一般表面蒸发式空冷器的换热管会采用10钢，其在大气和水中极易发生腐蚀，所以必须添加防护层，添加防护层的方法有很多，主要为：

(1)电镀锌。此方法是通过直流或脉冲电流电解的方法在碳钢管外镀一层锌，通常镀锌的厚为20-30Lm，具有很好的防腐效果。

(2)热浸锌。此方法属于一种既经济又有效的方法，先把10钢换热管用酸进行洗涤，然后放在800e的熔融金属锌中，以在管外镀上一层锌，同时为确保管外表面的光滑度，便借助压缩空气对管外实施喷锌和钝化处理，一般镀锌的厚为80Lm，而且厚度均匀，能够有效起到防腐的作用，并延长装置的使用年限。

(3)耐腐性锌铁合金电镀。此方法要比纯锌镀层的耐腐性好很多，因为Zn-Fe合金镀层的晶体要比纯镀锌层的匀称、细致和精密，所以比纯锌层的防腐性更好。

(4)高耐蚀性Zn-Mg合金镀层。经试验发现Zn-0.5%Mg合金镀层钢板比普通热镀锌钢板的耐蚀性强2倍，而且Zn-0.5%Mg合金镀层钢板出现红锈的时间较长，当锌量达450g/m2时，Zn-0.5%Mg合金镀层钢板在3000h时才会出现红锈。可见，Zn-0.5%Mg合金镀层钢板比普通热镀锌钢板的耐腐性好很多。

(5)N-iP合金镀层。通常碳钢经N-iP合金镀层能够部分取代不锈钢，很大程度的减少成本，同时N-iP合金镀层的附着性好、硬度强并且抗磨性好。经N-iP处理之后，其耐腐性会比原来提升4-6倍，并且成本减少70%-80%，不仅防腐，而且不易结垢。

(6)AH-924型氨基环氧树脂涂料。此涂料的耐腐性极好，不仅可以有效提升循环冷却水的腐蚀性，而且还能抗渗透，增加附着力、导热性和防垢性。经试验发现，此涂料的热阻为0.1052m2·K/W，热导率为2.875W/(m·K)。

(7)硅铝共渗。硅铝共渗属于熔渗技术一类，其工艺流程为先将需要熔渗的金属涂于部件的表面，一般金属为硅铝，然后加热零件的表面，使金属熔化并在合金上不断地扩散，最终形成防护层。此方法不需要活化剂，所以要比别的热渗技术干净的多，同时渗后清洗过程较为方便，也可以不用清洗，在碳钢的管外应用硅铝共渗，能够有效提升耐温、耐腐性能。由此可见，借助硅铝共渗工艺能够在碳钢管外形成一层非常密集又稳定的氧化膜，此氧化膜可以有效地起到防腐作用，不过此方法也具有很多的缺点，主要为涂层的厚度不均匀、表面较粗糙、成本高，虽然硅铝共渗管的使用年限可达5-10年，但价格非常的高，通常一台硅铝共渗管表面蒸发式空冷器要比普通碳钢管表面蒸发式空冷器的价格高出34%。

(8)TH901涂料。对表面蒸发式空冷器的管外采用TH901涂料，不仅能够有效增强其表面的耐腐性能和耐油性能，而且还能增强传热性、避免结垢，不过此涂料极易和碳钢发生脱离，粘附力差，所以为改变此现象，就在TH901涂料里加入了某种物质，以增强涂料和碳钢的粘附力。经研究发现涂层的厚度最佳为200Lm，热导率最佳为0.69W/(m·K)，应用此涂料之后，可以有效的延长装置的使用年限，因此被广泛用于表面蒸发式空冷器中，并取得了良好的效果，不过运用此种涂料进行防腐的成本也很高，通常会比普通碳钢管表面蒸发式空冷器的价格高出17%，而且使用年限只有3-6年。通过以上八种管外防腐方法，我们可以根据实际情况选择适当的防腐措施。另外，表面蒸发式空冷器换热管的防腐工程量会很大，通常一台装置就会有上千根管子准备涂防护层，要是有一根管子没有起到防腐效果，便会导致其他的管子也发生腐蚀，进而造成穿孔和泄漏，影响整个装置的运行，所以必须采用良好的防腐方法，以真正起到防腐的作用。

(3)选用适宜的换热管材料

当前应将换热管的材料从10钢换为0Cr18Ni9，不仅能够有效防止氯离子腐蚀和钝化不锈钢的表面，而且还能改善换热管的内外管防腐的现象，所以效果非常的显著。因为不锈钢的换热管管壁较薄，所以质量会较差，虽然应用f25mm×2mm的不锈钢换热管会增加大概48%的成本，但装置的使用年限会显著变长。

4. 总结

通过上述内容我们可知：表面蒸发式空冷器管外腐蚀类型有很多，而且程度也不尽相同，会受到许多因素的影响，为此要想保证表面蒸发式空冷器的运行安全和稳定，就必须采取有效地防腐方法，其中比较有效的措施有五个，分别为：

(1)将10钢换热管的管外热浸锌，此方法的成本最低，但应用年限较短。

(2)将10钢换热管的管外涂上TH901涂料，此方法大的成本居中，使用年限较长。

(3)将10钢换热管的管外硅铝共渗，此方法的成本很高，但使用年限很长。

(4)采用不锈钢的换热管，此方法的成本最高，但使用年限最长。

(5)定期排放污水，以减少循环水里的Ca2+、Mg2+等杂质。

摘要：表面蒸发式空冷器对炼油行业来说非常的重要，其不仅能够有效提升传热效率，而且成本低、费用少、占地小，同时安装和维护非常的方便，具备很多的优点，但其极易发生腐蚀，从而会影响到正常运行和使用。因此，本文便对表面蒸发式空冷器管外腐蚀成因及防护措施展开了深入的研究，以真正达到防腐的作用，延长表面蒸发式空冷器管的使用寿命。

关键词：表面蒸发式空冷器,腐蚀成因,防腐措施