制冷机组换热器腐蚀及防治

点击：1779 日期：[ 2014-04-26 21:53:49 ]

制冷机组换热器腐蚀及防治何源广东轻工职业技术学院摘要：腐蚀可直接影响制冷机组换热器使用寿命，甚至影响整个制冷空调系统安全运行。腐蚀防护关系到企业生产能否正常进行和企业的经济效益。本文从分析制冷机组换热器腐蚀现象及机理入手，结合实际应用重点阐述制冷机组换热器腐蚀的防治方法。关键词：制冷机组；换热器；腐蚀；防治 0·引言材料的腐蚀遍及国民经济各个部门。由于腐蚀而导致的损失是现代工业中极重要的破坏因素。它们不仅使国民经济造成严重损失，有的还造成重大事故，危及人身安全。根据对腐蚀损失统计后得出的结论，每年因腐蚀造成的损失占国民生产总值的3%~4%。在制冷空调设备中，换热器经常与各种腐蚀介质接触，生产又经常在高温、高压、高流速下进行，由于腐蚀使部件损坏，管道泄漏，造成介质（如制冷剂）的跑、冒、滴、漏，污染环境，影响人身健康，严重时还将导致严重的伤亡事故。换热器管腐蚀报废，更换一根管子价格不会太高，但因腐蚀故障而引起制冷空调系统停止供冷而造成的间接损失则是十分严重的。因此，为了保证正常生产，延长设备的使用寿命，节约能源，提高企业的经济效益，减少污染给人民身体带来的危害，应将腐蚀问题提到重要的地位上加以对待。 1·制冷机组换热器的腐蚀现象 1.1金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质就是在一定的环境中金属经过反应回复到化合物状态的过程。例如，铁在自然界中大多为赤铁矿（主要成分为Fe2O3），而铁的腐蚀产物―铁锈主要成分也是Fe2O3，可见，铁的腐蚀过程正是回复到它的自然状态——矿石的过程。 1.2金属腐蚀的类型金属腐蚀的现象与机理较复杂，涉及的范围又十分广泛。按反应机理，金属腐蚀可分化学腐蚀和电化学腐蚀两大类；按腐蚀的外观特征，金属腐蚀又可分全面腐蚀与局部腐蚀两大类。（1）化学腐蚀指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。反应特点是氧化—还原反应进行特别迅速，电子的传递是直接的，因而没有电流产生。金属在非电解质溶液或干燥气体中的腐蚀属于化学腐蚀，实际上，单纯化学腐蚀很少。（2）电化学腐蚀指金属表面与电解质溶液因发生电化学作用而产生的破坏。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀，有时单独造成腐蚀，有时和机械作用等共同产生腐蚀。例如泵轴的腐蚀，使它的疲劳极限大为降低而过早地破裂；管道弯头处和热交换器管束进口端因受液体湍流作用而发生冲击腐蚀，高速旋转的泵的叶轮由于在高速流体作用下产生的所谓“空穴”（或“空化”）腐蚀等。（3）全面腐蚀腐蚀分布在整个金属表面上，它可以是均匀的，也可以是不均匀的。但总的来说，腐蚀分布相对地较均匀。（4）局部腐蚀腐蚀主要集中在金属表面某一区域，由于这种腐蚀的分布，深度和发展很不均匀，常在整个设备较好的情况下，发生局部穿孔或破裂而引起严重事故，危险性很大。局部腐蚀又表现为以下形式： ①应力腐蚀破裂：在局部腐蚀中出现得最多，冷水机组换热器由此造成的损失尤为突出。碳钢、低合金钢处在盐水中，裂纹特征在显微观察下呈树枝状，且裂纹走向与所受拉应力的方向均呈垂直状，故危害性极大。 ②点蚀（小孔腐蚀）：破坏主要集中在某些活性点上并向金属内部深处发展，通常腐蚀深度大于孔径，严重的可使设备穿孔。 ③晶间腐蚀：腐蚀发生在晶界上，并沿晶界向纵深处发展，从金属外观看不出明显变化，而机械性能明显下降。 ④电偶腐蚀：不同金属在一定介质中互相接触所发生的腐蚀。如在热交换器的不锈钢管和碳钢臂板连接处，碳钢将加速腐蚀。 ⑤缝隙腐蚀：腐蚀发生在缝隙内，如法兰连接面，焊缝等处，是一切金属材料普遍能发生的一种局部腐蚀。 1.3制冷机组换热器常见腐蚀现象制冷机组换热器管产生腐蚀的原因与水质不纯、大气对水的污染、管内壁面状况以及水流速大小、传热面温度梯度大小等因素均有着密切关系。由于管内壁结垢附着物（氧化铁、钙盐沉积物、污泥物等）的存在，经常出现管内壁的局部侵蚀和点蚀。 1）水侧管内壁的局部侵蚀当含有污物、空气（溶入有SO2）、亚硫酸气的冷水（或冷却水）急速流过管内时，会冲破管内表面上的一层耐腐蚀保护膜。如在铜管保护膜剥离的表面，由于铜离子浓度低，而成阳极（铜离子少的部位）和阴极（铜离子多的部位）的电化学腐蚀。产生此种腐蚀的铜管内表面上呈现鱼鳞坑凹状并带有细小斑点。当无异物附着于管内壁上时，其腐蚀凹坑顺水流方向加深。 2）水侧管内壁的点蚀和孔蚀换热器管水侧的腐蚀多是在水垢或其他附着物不均匀覆盖的情况下产生的。对铜及其合金，其在水中的腐蚀是氧化膜被破坏的结果，结垢引起的不均匀充气电池常是表面膜破坏的主要原因。例如，当冷水或冷却水中含有0.1 ppm的铜离子时，就会产生小电池，使铜离子镀在铁上并产生点蚀和孔蚀现象，即镀铜现象。不论是点蚀还是孔蚀，都可使铜管在1~2年内穿透。 3）水室侧管板表面的腐蚀换热器管板位于水室侧的表面，特别是管四周表面上会产生电化学腐蚀，这种腐蚀痕迹呈斑块状。 4）应力腐蚀破裂如黄铜换热器在某些普通环境中（如水，水蒸汽、大气中），在应力状态下可能产生应力腐蚀破裂。此外，氨（或从铵类分解出来的氨）是使铜合金（黄铜和青铜）破裂的腐蚀剂。对黄铜来说，其耐破裂性能随铜含量的增加而增强，如含铜量85%的黄铜要比含铜量65%的具有较好的耐破裂性能。黄铜换热器中的应力大多来源于冷加工产生的残余应力。 2·制冷机组换热器腐蚀的检查与防治 2.1腐蚀的检查方法任何腐蚀问题，必须通过实地调查，通过日常的监控和定期对设备进行检测，才能了解腐蚀形貌，掌握腐蚀的具体情况，以采取有效措施加以解决。制冷机组换热器腐蚀调查可在在换热器停机检修时采取定期腐蚀检查的方式进行，检查方法为：（1）宏观检测：用肉眼或低倍放大镜对设备本体进行仔细观察检查，初步确定设备的腐蚀形貌。类型、腐蚀程度和重点腐蚀部位。例如对换热器，一般采用目测管口的方法，如需要也可采用管内窥镜对管子进行抽查。若抽查中腐蚀管数比例占80％以上时，需对全部管束进行逐根检查。在彻底检查管内腐蚀情况之前，应对管子内部进行清洗。（2）现场测厚。对换热器管现场测厚可计算出换热器实际的均匀腐蚀速度，进而推断其使用寿命，测厚应注意部位要固定，以便对比。（3）腐蚀环境调查。重点调查换热器工作环境中腐蚀介质的类型、含量及变化情况，微量杂质、溶解氧等；同时要了解工艺操作情况。 2.2换热器腐蚀的防治 2.2.1缓蚀剂在换热器工作环境中的应用缓蚀剂保护具有投资少，收效快，使用方便等特点，但缓蚀剂的应用也有一定的局限性。缓蚀剂有极强的针对性，如对某种介质和金属具有较好效果的缓蚀剂，对另一种介质或金属就不一定有效，甚至有害。因此缓蚀剂在换热器工作环境中的使用，应根据具体情况严格选择。（1）缓蚀剂在水和中性盐类溶液中的应用水是应用缓蚀剂减缓腐蚀最多的介质之一，它能溶解多种物质，所以不可能有一种适应各种水的缓蚀剂。而要根据水中含盐的浓度、pH值、溶解氧的浓度以及干扰物质的浓度等具体情况而定。含盐量低的中等浓度的循环水，通常可以采用调整pH值的范围，控制钢铁的腐蚀。在循环冷却水系统中，铬酸钠或亚硝酸钠对钢是有效的缓蚀剂，但亚硝酸钠不适用于铜或黄铜，铜或黄铜可采用巯基苯并噻唑来抑腐蚀。用来冷却机器的乙二醇―水的混合物一般不用铬酸盐或亚硝酸盐之类的氧化性缓蚀剂，这样的冷却系统通常采用硼砂和巯基苯并噻唑的混合剂来抑制腐蚀。在氯化物浓度高的水中，除聚磷酸盐外还需用铬或亚硝酸盐。含大量有机物的水如海水（或盐水）通常不用铬酸盐和亚硝酸盐之类的氧化性缓蚀剂。这是因为通过有机物的氧化作用会大量消耗缓蚀剂。若换热器用的水溶液含盐浓度很高，采用铬酸钠缓蚀剂是有效的，如不宜采用有毒的铬酸钠时，则要采用其他类型的缓蚀剂。（2）缓蚀剂在酸性溶液中的应用水冷式冷凝器采用化学除垢后，会出现酸腐蚀问题。为了防止溶液对设备的腐蚀作用，用盐酸酸洗时可在溶液中加入0.2%有机化合物诸如苯胺-硫腺或磺化蓖麻油均可有效地抑制腐蚀。酸洗过程中缓蚀剂的用途是造成选择性腐蚀的条件，这时水垢被破坏和溶解，但不会腐蚀金属。（3）水质稳定剂的应用换热器的结垢不仅会降低制冷机组效率，而且会导致的腐蚀，严重影响机组的使用寿命。在换热器防垢处理时，可采用水质稳定剂阻垢。但许多循环冷却水防垢药剂对环境有一定程度的污染，使用时务必注意。 2.2.2换热器全面腐蚀的控制换热器全面腐蚀控制就是从设计、制造、贮运与安装、操作运行、维修等五个方面进行腐蚀防护控制，从而使腐蚀损失降低到最低水平。（1）设计中的防腐蚀正确的结构设计能减轻换热器腐蚀。要尽可能消除缝隙，防止形成液体滞留、污垢和沉积物的聚积，还应避免流体的直接冲刷及换热器的振动。此外还应注意整个系统中材料相互之间的适应性，正确选用焊接头的设计，保持适当的和均匀的流速、温度和浓度等。（2）加工制造过程中的防腐蚀 ①投料。投料要严格按照设计要求，认真检查所用的材料，例如氨制冷系统换热器的管道一律采用无缝钢管，不能使用紫铜管，因为氨对铜及铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用，不能误用，否则可能在投料后引起严重的腐蚀事故。②冷加工。冷加工会在工件中留下很大的残余应力，当整个换热器加工完成后，应力求进行整体或局部热处理以消除残余应力，在加工过程中要避免用重物如铆头等乱锤乱打。③焊接。焊接工艺及其质量对换热器寿命影响很大，这主要是它与腐蚀的关系极为密切，因而应加强对焊接工艺的管理与指导。（3）贮运安装过程中的防腐换热器的库存期间主要应防止大气腐蚀。贮运安装过程中不能划伤，碰壁、涂抹设备，要保护换热器表面的干净完好。安装时的紧固力要适中，避免用力过大留下残余应力，配管结构要避免应力过分集中。对于保温材料要选配恰当。含大量氯化物的保温材料不适用于不锈钢设备。要注意不能随意更换保温材料。安装完毕后要及时清洗、清理，作好保护金属表面不受腐蚀的工作，换热器的水压试验必须按规程的规定进行。（4）生产过程中的防腐严格控制生产工作条件是防腐的重要内容。例如有水分存在时，氟利昂将水解成酸性物质，对金属有腐蚀作用；如水分超标会严重腐蚀换热器管道。换热器正常运行参数中流速、温度等指标的规定也与防止换热器腐蚀有密切关系，不能随意更改。换热器停车时，必须将废液排除干净不得滞留于换热器内，有时还要选择合适的方案进行处理。（5）维修过程中的防腐当换热器停止运行以后，要根据不同情况制定对设备保护的措施，并做好停用期间的设备检查工作。①污垢情况，特别是管路的结垢和堵塞情况；②腐蚀情况，主要检查在换热器运行中无法检查或无明确把握的腐蚀形态、腐蚀分布及损伤等。停车后为防止换热器腐蚀，常用氮气密封或注满加有缓蚀剂的水等，对于这些措施一定要定期进行检查。在维修过程中应避免对换热器造成新的污染及损伤，要进行严格的验收，特别要注意防止产生腐蚀隐患。 3·结束语腐蚀与防护的主要目的就是为了增产节约。实践证明，换热器防腐蚀管理的好坏对于保持制冷空调设备的高利用率，降低生产成本和提高生产率起到重要的作用。如今，防腐蚀管理技术已进入到新的发展阶段―以优化控制、经济运行、全寿命管理、系统工程等为内容，以设备全过程经济管理为核心，全力提高防腐蚀的效率。防腐蚀措施的评价也应该以经济效益来衡量，但就防腐蚀科学管理的本身而言，由于它是一个涉及面广、生产因素复杂的问题，尚需不断探索。参考文献 [1]周邦宁主编.空调用螺杆式制冷机[M]．北京：中国建筑工业出版杜，2002 [2]周邦宁主编，吴元炜主审．中央空调设备选型手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1999 [3]中华人民共和国机械行业标准.JB/T4329-1997容积式冷水（热泵）机组[S]，1998 [4]杨水炎编著.化工腐蚀与防护[M].中国化工防腐蚀技术协会，1989 [5]魂宝明主编.金属腐蚀理沦及应用[M].北京:化学工业出版社，1984 [6]于福洲编著.金属材料的耐腐蚀性[M].北京科学出版社，1982 [7]杨水炎.全面腐蚀控制,1988(4):1-5[8]陆志兴.腐蚀与防护,1984(3):17-19

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