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換熱器在煉油工業(yè)中的應(yīng)用是十分廣泛的,其重要性也是顯而宜見(jiàn)的,換熱設(shè)備利用率的高低直接影響到煉油工藝的效率以及成本的費(fèi)用問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)換熱器在化工建設(shè)中約占投資的1/5,因此,換熱器的利用率及壽命是值得研究的重要問(wèn)題。由換熱器的損壞原因來(lái)看,腐蝕是一個(gè)十分重要的原因,而且換熱器的腐蝕是大量的普遍存在的,能夠解決好腐蝕問(wèn)題,就等于解決了換熱器損壞的根本。要想防止換熱器的腐蝕,就得弄清楚腐蝕的根源,現(xiàn)就換熱器的腐蝕的原因從以下幾方面進(jìn)行討論。
1·換熱器的用材的選擇
使用何種材料的決定因素是其經(jīng)濟(jì)性,管子材料有不銹鋼,銅鎳合金,鎳基合金,鈦和鋯等,除了工業(yè)上不能使用焊接管的情況以外都使用了焊接管,耐蝕材料僅用于管程,殼程材料是碳鋼。
2·換熱器的金屬腐蝕
2.1金屬腐蝕的原理
金屬腐蝕是指在周?chē)橘|(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)的作用下,并且經(jīng)常是在和物理、機(jī)械或生物學(xué)因素的共同作用下金屬產(chǎn)生的破壞,也即金屬在它所處環(huán)境的作用下所產(chǎn)生破壞。
2.2換熱器幾種常見(jiàn)的腐蝕破壞類(lèi)型
2.2.1均勻腐蝕
在整個(gè)暴露于介質(zhì)的表面上,或者在較大的面積上產(chǎn)生的,宏觀(guān)上均勻的腐蝕破壞叫均勻腐蝕。
2.2.2接觸腐蝕
兩種電位不同的金屬或合金互相接觸,并浸于電解質(zhì)溶解質(zhì)溶液中,它們之間就有電流通過(guò),電位正的金屬腐蝕速度降低,電位負(fù)的金屬腐蝕速度增加。
2.2.3選擇性腐蝕
合金中某一元素由于腐蝕,優(yōu)先進(jìn)入介質(zhì)的現(xiàn)象稱(chēng)為選擇性腐蝕。
2.2.4孔蝕
集中在金屬表面?zhèn)€別小點(diǎn)上深度較大的腐蝕稱(chēng)為孔蝕,或稱(chēng)小孔腐蝕、點(diǎn)蝕。
2.2.5縫隙腐蝕
在金屬表面的縫隙和被覆蓋的部位會(huì)產(chǎn)生劇烈的縫隙腐蝕。
2.2.6沖刷腐蝕
沖刷腐蝕是由于介質(zhì)和金屬表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使腐蝕過(guò)程加速的一種腐蝕。
2.2.7晶間腐蝕
晶間腐蝕是優(yōu)先腐蝕金屬或合金的晶界和晶界附近區(qū)域,而晶粒本身腐蝕比較小的一種腐蝕。
2.2.8應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)和腐蝕疲勞SCC是在一定的金屬一介質(zhì)體系內(nèi),由于腐蝕和拉應(yīng)力的共同作用造成的材料斷裂。
2.2.9氫破壞
金屬在電解質(zhì)溶液中,由于腐蝕、酸洗、陰極保護(hù)或電鍍,可以產(chǎn)生因滲氫而引起的破壞。
3·冷卻介質(zhì)對(duì)金屬腐蝕的影響
工業(yè)上使用最多的冷卻介質(zhì)是各種天然水。影響金屬腐蝕的因素很多,主要的幾個(gè)因素及其對(duì)幾種常用金屬的影響:
3.1溶解氧
水中的溶解氧是參加陰極過(guò)程的氧化劑,因此它一般促進(jìn)腐蝕。當(dāng)水中氧的濃度不均勻時(shí),將形成氧的濃差電池,造成局部腐蝕。對(duì)碳鋼、低合金鋼、銅合金和某些牌號(hào)的不銹鋼而言,熔解氧是影響它們?cè)谒懈g行為的最重要因素。
3.2其他溶解氣體
在水中無(wú)氧時(shí)CO2將導(dǎo)致銅和鋼的腐蝕,但不促進(jìn)鋁的腐蝕。微量的氨腐蝕銅合金,但對(duì)鋁和鋼沒(méi)有影響。H2S促進(jìn)銅和鋼的腐蝕,但對(duì)鋁無(wú)影響。SO2降低了水的pH值,增加了水對(duì)金屬的腐蝕性。
3.3硬度
一般說(shuō)來(lái),淡水的硬度增高對(duì)銅、鋅、鉛和鋼等金屬的腐蝕減小。非常軟的水腐蝕性很強(qiáng),在這種水中,不宜用銅、鉛、鋅。相反,鉛在軟水中耐蝕,在硬度高的水中產(chǎn)生孔蝕。
3.4pH值
鋼在pH>11的水中腐蝕較小,pH<7時(shí)腐蝕增大。
3.5離子的影響
氯離子可以破壞不銹鋼等鈍化金屬的表面,誘發(fā)孔蝕或SCC。
3.6垢的影響
淡水中的CaCO3垢。CaCO3垢層對(duì)傳熱不利,但是有利于防止腐蝕。
4·傳熱過(guò)程對(duì)腐蝕的影響
金屬在有傳熱和沒(méi)有傳熱的條件下,腐蝕行為是不相同的。一般說(shuō)來(lái),傳熱使金屬的腐蝕加劇,特別是在有沸騰、汽化或過(guò)熱的條件下更明顯。在不同介質(zhì)中,或?qū)Σ煌慕饘?傳熱的影響也不相同。
5·防腐方法
知道了換熱器各種腐蝕的原因,合理的選擇防腐措施,才能達(dá)到高效利用設(shè)備的目的。針對(duì)以上討論的有關(guān)腐蝕情況,提出以下防腐方法:
這里主要介紹緩蝕劑,電化學(xué)保護(hù)。
①緩蝕劑
以鉻酸鹽為主要成分的緩蝕劑是冷卻水系統(tǒng)常用的,鉻酸根離子是一種陽(yáng)極(過(guò)程)抑制劑,當(dāng)它與合適的陰極抑制劑組合時(shí),能得到令人滿(mǎn)意而又經(jīng)濟(jì)的防腐蝕效果。
鉻酸鹽-鋅--聚磷酸鹽:聚磷酸鹽的使用是由于它是具有清潔金屬表面的作用,有緩蝕能力,聚磷酸鹽可以部分轉(zhuǎn)成正磷酸鹽,它們也可以同鈣生成大的膠體陽(yáng)離子,抑制陰極過(guò)程。鉻酸鹽-鋅--膦酸鹽:這種方法用膦酸鈉代替聚磷酸鹽外與上一種方法相似,氨基甲叉磷酸鹽也可以用于比為聚磷酸鹽所規(guī)定的pH值要高的場(chǎng)合。氨基甲叉膦酸鹽可以防止水垢,即使pH值為9也能控制鈣鹽的沉淀。
鉻酸鹽-鋅--水解的聚丙烯酰胺:由于陽(yáng)離子型共聚物水解的聚丙烯酰胺的分散作用,能夠防止或抑制水垢成污垢的產(chǎn)生。
②電化學(xué)保護(hù)
采用陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)。陰極保護(hù)是利用外加直流電源,使金屬表面變?yōu)殛帢O而達(dá)到保護(hù),此法耗電量大,費(fèi)用高。陽(yáng)極保護(hù)是把保護(hù)的換熱器接以外加電源的陽(yáng)極,使金屬表面生成鈍化膜,從而得到保護(hù)。