换热器局部腐蚀原因分析

随着石油化工工业的不断发展和加氢装置的广泛应用，加氢装置换热器作为重要的工艺设备，在炼油和化工生产中扮演着关键的角色。

但是，随着运行时间的推移，加氢装置换热器往往会面临着垢下腐蚀问题，这不仅会降低设备的热传导效率，还可能引发严重的安全隐患，导致设备损坏和生产中断。

垢下腐蚀是一种复杂而严重的问题，它的出现通常与多种因素密切相关[1]。

本次研究主要是对加氢装置换热器垢下腐蚀的原因及预防措施进行系统研究，为提高工业生产效率、降低运营成本和确保工艺安全奠定基础。

1 加氢装置换热器垢下腐蚀原因分析1.1 流体成分因素加氢装置中通常存在硫化物，这些硫化物可以与金属表面发生反应，产生硫化物沉积物，这些沉积物可能导致垢层形成，硫化物的存在也可以引发硫化腐蚀，其中硫化物与金属表面形成硫化物皮膜，损害金属的完整性。

含有硫酸盐的流体也可能引发腐蚀问题，硫酸盐可以与金属表面发生化学反应，产生硫酸沉积物，这些沉积物在高温下可能会变得具有腐蚀性，导致金属表面受损。

碳酸盐也是常见的垢下腐蚀因素之一，碳酸盐可以在高温高压下溶解并重新沉积在金属表面，形成碳酸盐垢层，这些垢层可能包含有害的离子。

氯化物是另一个常见的引发腐蚀的因素，氯离子可以在金属表面引发腐蚀性的氯化腐蚀，特别是在高温高压环境下，氯化腐蚀可能会非常严重[2]。

加氢过程中可能会产生酸性物质，如硫酸和盐酸，这些酸性物质可能会侵蚀金属表面，导致酸腐蚀，酸腐蚀通常在高温条件下更加严重。

氧气的存在可以引发氧化腐蚀，在加氢过程中，如果氧气进入系统，它可能与金属表面发生氧化反应，导致金属的腐蚀和锈蚀。

1.2 流体温度及压力高温环境下，垢层通常更容易形成，这是因为高温度可以导致流体中的溶解固体物质更容易沉淀在金属表面上，形成垢层，高温也可能增加金属的腐蚀速率，在高温下，腐蚀反应通常更加活跃和快速，因此金属的腐蚀会更严重，同时高温条件下，金属的抗腐蚀性可能降低。

高压环境下流体中的物质更容易溶解，因此垢层的形成可能较少，但是高压也可能导致流体更密集地与金属表面接触，从而增加了垢层的累积速率，高压环境下，腐蚀反应通常更加缓慢，这是因为高压可以抑制腐蚀反应的进行，但是高压下仍然可能发生腐蚀，尤其是在存在腐蚀性物质的情况下[3]。

2017年11月换热器的腐蚀原因及防腐措施的高效利用武志民郑喜明(唐山三友硅业有限责任公司,河北唐山063305)摘要：在化学工业中，换热器的腐蚀问题是一直存在的问题，严重影响化工行业的安全、正常运转，所以，换热器的防腐成为化工企业的一项重要任务，成功的防腐能够提高化工厂的生产效率，解决安全隐患。

为了从根本上解决腐蚀问题，首先就得了解发生腐蚀的真正原因，然后对症下药，高效利用防腐措施。

本文将从这两个方面进行探讨。

关键词：换热器；腐蚀原因；防腐措施换热器也可以称作热交换器，他的主要功能就是将热流体与冷流体之间的热量进行相互相换。

换热器在我国的使用已经非常广泛，技术已经达到成熟状态，早我国的各个行业中可见其踪影，特别是化工行业。

然而，由于使用频率较高，使用环境复杂恶劣，换热器经常出现故障，最常见的就是腐蚀，相关数据表明，在换热器的损坏中，90%的故障都是由腐蚀引发的。

所以，换热器的腐蚀问题成为化工行业的一个难点也是重点。

1换热器的腐蚀原因1.1电化学腐蚀当换热管中流体发生相对流动，由于流动速度的不均匀，或者某些特定情况下，流体不发生流动，这时候就会产生沉积物。

这些沉积物经过长期的积累，同时随着流体缓慢流向金属表面，在金属表面形成马蹄形的凹槽或深谷形状。

换热器的腐蚀连续不牢固性、并且具有不均匀性的特点，在缝内外，沉积物的含量不一，存在很大的差别，这几形成了电化学腐蚀。

无论是阳极还是阴极发生反应，都会造成腐蚀现象。

当发生阳性反应，就会出现金属逐渐溶解，当发生阴极还原反应，换热器中的物质会被还原成中性或者碱性的溶液，一旦出现腐蚀产物，就会造成散热器缝内外的化学成分不平衡，出现严重腐蚀。

1.2高温氢损伤导致的腐蚀现象在高温、高压的环境条件下，氢气发生扩散，进入钢材内部，和钢材内不稳定的碳化物发生化学反应，产生甲烷等气体，这样一来，钢材碳含量急剧下降，出现脱碳现象，降低了钢材的硬度。

同时，甲烷气体没有及时从钢材中逃逸出来，聚集在晶界和附近的空隙中，由于处于高温高压环境中，就会导致钢材表面出现微小的裂缝和鼓包，降低钢材的延伸性和硬度，随着碳元素的大量流失，钢材性能越来越差，表面出现越来越多越来越大缝隙。

换热器腐蚀分析及工艺对策换热器是化工生产中常见的设备，其作用是将两种介质进行热量交换，常见的换热器包括管壳式换热器、板式换热器等。

而在工业生产过程中，换热器的腐蚀问题一直是影响设备寿命和安全生产的重要因素。

本文将针对换热器腐蚀问题进行分析，并提出相应的工艺对策，以期提高设备的使用寿命和安全性。

一、换热器腐蚀分析1. 腐蚀原因换热器腐蚀的原因多种多样，主要包括介质腐蚀、金属材料本身的腐蚀以及工艺操作不当引起的腐蚀等。

介质腐蚀是换热器腐蚀的主要原因之一，介质的PH值、含盐量、溶解氧等因素都会导致介质对金属材料的腐蚀。

而金属材料本身的腐蚀也是一个重要因素，不同的金属材料对不同的介质都有不同的耐腐蚀性能。

工艺操作不当也会引起换热器的腐蚀，比如长时间的停机、温度变化过大、流体速度过快等都可能导致换热器的腐蚀。

2. 腐蚀类型根据腐蚀的表面特征和病程，换热器腐蚀可以分为局部腐蚀和均匀腐蚀。

局部腐蚀主要是由于原料液体在介质侵蚀下，金属表面的局部破坏；均匀腐蚀则是由于原料液体对金属表面的整体侵蚀。

还有一些特殊的腐蚀类型，比如应力腐蚀、疲劳腐蚀等。

3. 腐蚀严重性换热器腐蚀严重性是判断腐蚀问题的重要标志之一，腐蚀严重会导致换热器的损坏，甚至造成泄漏等严重后果。

由于腐蚀问题的严重性，因此必须制定相应的防腐策略。

二、换热器腐蚀的工艺对策1. 选用耐腐蚀的材料换热器的材料是影响其耐腐蚀性能的重要因素之一。

在选择换热器材料时，要根据介质的化学性质、PH值、温度、流速等因素进行合理的材料选择。

通常情况下，选择耐腐蚀性能好的材料，比如不锈钢、镍基合金等，可以有效提高换热器的抗腐蚀能力。

2. 精细设计和加工换热器的设计和加工是另一个影响其耐腐蚀性能的重要因素。

在设计和加工过程中，要注意减小金属表面的表面粗糙度，避免死角、焊渣、铲焊等现象的出现，以减少介质在换热器表面的滞留时间和对金属表面的侵蚀。

3. 控制介质的PH值和氧化性控制介质的PH值和氧化性是减少腐蚀的重要手段之一。

氢气换热器阻垢分析分析了氢气换热器结垢和腐蚀的原因，用传统清洗工艺和超声波技术清洗作对比，认为应用超声波防垢对壳程具有良好的阻垢效果。

标签：换热器；污垢；腐蚀；超声波0 前言我公司氢气换热器为列管式换热器，壳程介质为循环冷却水，管程介质为氢气.氢气换热器是Ⅲ类压力容器，其制造、检验和验收严格按国家有关标准执行的.壳程内冷却水流速相对较低，易结垢，导致壳程因结垢严重降低换热效果而无法使用，影响生产的正常运行.因此，在氢气换热器冷却水进口总管上安装超声波防垢器，便可以有效地防止了换热器壳体内壁结垢和腐蚀问题。

1 腐蚀的原因及污垢成因分析1.1 氢气换热器的工艺从离子膜电解来的80-85℃的湿氢气进入氢气洗涤塔，与塔上喷淋下来的循环冷却水逆流接触，洗涤去其中的碱及杂质，冷却至≤40℃.再进入氢气压缩机，加压至0.06-0.12Mpa后，氢气最后进入氢气换热器冷却到≤15℃.经氢气水雾分离器除水后，输送到盐酸合成氯化氢。

1.2 壳程的腐蚀壳程的介质是工业水，根据设备使用说明，要求对工业水定期进行软化处理，并控制其pH值在7.0～7.8的范围内，才能保证换热器的正常使用.工业水对碳钢水换热器的腐蚀有多种形式，可能会发生孔蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀等.一般认为在管壁主要发生吸氧腐蚀，使管壁穿孔，发生泄漏事故。

在中性水中，碳钢遭受氧的腐蚀过程如下：（a）阳极区：Fe — Fe2+ + 2e-（b）阴极区：O2 + 2H2O +4e- — 40H-当亚铁离子和氢氧根离子在水中相遇时，生成Fe（0H）2沉淀。

即Fe2++20H-—Fe（OH）2如果水中溶解的氧比较充足时，则Fe（0H）2会进一步氧化，生成黄色的锈FeOH或Fe203·H20而非Fe（0H）3；如果水中的氧不充足时，则Fe（0H）2进一步氧化为绿色的水合四氧化三铁或黑色的无水四氧化三铁。

1.3 污垢成因氢气换热器给水为敞开式循环冷却水系统，水中含有溶解盐、灰尘、泥土、腐植物、微生物及凝胶状物质，在传热的过程中，随着温度的升高而不断被蒸发浓缩，当超过它在水中的溶解度时，盐类物质发生了化学变化超过饱和溶解度开始以结晶的方式析出，沉积在金属表面，在传热面上形成致密的水垢沉积物，即通常说的水垢.结晶析出过程中夹带灰尘、泥土、腐植物、微生物残骸以及凝胶状物质，在水流速较低的折流区域，沉积速度更快，沉积物更多，即通常说的污垢.氢气换热器为列管式换热器，壳程走循环水，管程走氢气，设备造价低，换热效率较高.但易使水中盐类物质结晶析出、污垢物质沉积，继而诱发设备的腐蚀。

换热器的腐蚀原因及防腐措施炼油工业中，换热器的应用十分广泛，其重要性也是显而易见的，换热设备利用率的高低直接影响到炼油工艺的效率以及成本的费用问题。

据统计换热器在化工建设中约占投资的1/5,因此，换热器的利用率及寿命是值得研究的重要问题。

由换热器的损坏原因来看，腐蚀是一个十分重要的原因，而且换热器的腐蚀是大量的普遍存在的，能够解决好腐蚀问题，就等于解决了换热器损坏的根本。

要想防止换热器的腐蚀，就得弄清楚腐蚀的根源，下面就换热器的腐蚀的原因从以下几方面进行讨论：一、换热器用材的选择，使用何种材料的决定因素是其经济性，管子材料有不锈钢，铜镍合金，镍基合金，钛和锆等，除了工业上不能使用焊接管的情况以外都使用了焊接管，耐蚀材料仅用于管程，壳程材料是碳钢。

二、换热器的金属腐蚀金属腐蚀是指在周围介质的化学或电化学的作用下，并且经常是在和物理、机械或生物学因素的共同作用下金属产生的破坏，也即金属在它所处环境的作用下所产生破坏。

换热器几种常见的腐蚀破坏类型1.均匀腐蚀在整个暴露于介质的表面上，或者在较大的面积上产生的，宏观上均匀的腐蚀破坏叫均匀腐蚀。

2.接触腐蚀两种电位不同的金属或合金互相接触，并浸于电解质溶解质溶液中，它们之间就有电流通过，电位正的金属腐蚀速度降低，电位负的金属腐蚀速度增加。

3.选择性腐蚀合金中某一元素由于腐蚀，优先进入介质的现象称为选择性腐蚀。

4.孔蚀集中在金属表面个别小点上深度较大的腐蚀称为孔蚀，或称小孔腐蚀、点蚀。

5.缝隙腐蚀在金属表面的缝隙和被覆盖的部位会产生剧烈的缝隙腐蚀。

6.冲刷腐蚀是由于介质和金属表面之间的相对运动而使腐蚀过程加速的一种腐蚀。

7.晶间腐蚀晶间腐蚀是优先腐蚀金属或合金的晶界和晶界附近区域，而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐蚀。

8.应力腐蚀破裂（SCC）和腐蚀疲劳SCC是在一定的金属一介质体系内，由于腐蚀和拉应力的共同作用造成的材料断裂。

9.氢破坏金属在电解质溶液中，由于腐蚀、酸洗、阴极保护或电镀，可以产生因渗氢而引起的破坏。

酸性水汽提换热器管束腐蚀失效分析及预防措施1. 腐蚀机理酸性水汽提换热器在工作过程中，受到高温、高压、酸性气体的影响，容易产生腐蚀。

酸性气体对管束表面金属的电化学反应是导致管束腐蚀的主要机理之一。

在高温高压下，管束表面易形成缺陷，从而加剧了管束的腐蚀程度。

2. 腐蚀失效形式酸性水汽提换热器管束的腐蚀失效形式主要包括普通腐蚀、点蚀腐蚀、应力腐蚀裂纹和铬迁移等。

普通腐蚀是指管束表面均匀腐蚀，导致金属厚度减薄；点蚀腐蚀则是局部腐蚀引起管束表面出现小孔隙和凹痕；应力腐蚀裂纹是在受到应力的作用下，管束表面形成裂纹；铬迁移则是由于管束材料中的铬在高温高压下向金属表面迁移，导致金属变脆并且易于腐蚀。

3. 腐蚀失效影响酸性水汽提换热器管束腐蚀失效会导致管束表面金属物质的丧失，进而会影响管束的热传导性能和机械强度，严重时还会引起管束的破裂和泄漏，对生产和环境安全造成严重威胁。

二、预防措施1. 材料选择为了提高酸性水汽提换热器管束的抗腐蚀能力，应选择耐腐蚀材料，如不锈钢、镍合金等。

这些材料具有较强的耐腐蚀性能，能够有效抵抗酸性气体和高温高压环境的侵蚀。

2. 表面保护对于已经选择的管束材料，需要在其表面进行保护处理，形成一层保护膜，以减缓管束的腐蚀速度。

可以采用防腐漆涂层、热浸镀锌、镀层阳极保护等方式进行表面保护。

3. 温度和压力控制合理控制酸性水汽提换热器的工作温度和压力，可以有效减少管束的金属表面缺陷形成，避免或减缓管束腐蚀失效。

4. 定期维护检查定期对酸性水汽提换热器进行维护检查，及时发现管束腐蚀和损伤情况，可以采取相应的修复措施，以延长管束的使用寿命。

5. 禁止使用腐蚀性物质在酸性水汽提换热器的使用过程中，应禁止使用对管束具有腐蚀作用的物质，以减少管束的腐蚀失效风险。

6. 管束防腐蚀设计对于在酸性水汽提换热器中使用的管束，在设计阶段就应考虑到腐蚀失效的问题，进行合理的防腐蚀设计，如设置保护层、引入防腐蚀设备等。