空气换热器
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制冷机组换热器的腐蚀现象及其防护点击：1817 日期：[ 2014-04-26 22:00:29 ] |
| 制冷机组换热器的腐蚀现象及其防护 何 源 (广东轻工职业技术学院,广东广州 510300) 摘要：腐蚀可直接影响制冷机组换热器的使用寿命,甚至影响整个制冷系统的安全运行。本 文分析了制冷机组换热器腐蚀现象的机理,介绍了制冷机组换热器的腐蚀检查方法,并提出了几种防护措施。 关键词：制冷机组 换热器 腐蚀 防护 中图分类号：TG179 文献标识码：B 腐蚀是指材料受环境介质的化学、电化学和物理作用引起的破坏现象,处于不同环境下的材料均会发生腐蚀。腐蚀已成为现代工业中极重要的破坏因素,它们不仅会降低材料的使用寿命,造成不同程度的环境污染,有时还会引发重大事故,危及人的生命安全,给国民经济带来巨大的损失,根据一些工业发达国家统计,每年因腐蚀造成的损失约占国民生产总值的1% ~5%[1]。 在制冷设备中,换热器经常与各种腐蚀介质接触,同时又经常在高温、高压、高流速的情况下运行所以腐蚀尤为严重。虽然更换一根因腐蚀而报废换热器管的价格不会太高,但因腐蚀故障而引起制冷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 在自然界中大多数金属常以矿石的形式,即金属化合物的形式存在,而腐蚀则是一种金属回复到自然状态的过程。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。因此,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。 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。而金属表面与电解质溶液因发生电化学作用而产生的电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。电化学腐蚀通常又以应力腐蚀破裂、点蚀(小孔 腐蚀)、缝隙腐蚀等局部腐蚀的形式出现。 1.3 制冷机组换热器腐蚀的常见现象 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(大气中溶入了SO2)、亚硫酸气的冷水(或冷却水)急速流过金属管内时,会冲破管内表面上的一层耐腐蚀保护膜。在管保护膜剥离的表面,由于金属离子浓度差,形成阳极(金属离子 少的部位)和阴极(金属离子多的部位)的电化学腐蚀,产生此种腐蚀的管内表面上会呈现鱼鳞坑凹状并带有细小斑点。 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,当管内壁表面附有多孔性的污泥、泥砂时,会造成氧浓度差电池的另一种电化学腐蚀。例如,当冷水或冷却 水中含有0. 1mg/L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[2]。 3)水室侧管板表面的腐蚀 换热器位于水室侧管板表面,特别是管四周表面也会产生电化学腐蚀,这种腐蚀痕迹呈斑块状。 4)换热器管应力腐蚀破裂 黄铜换热器处于某些环境中(如在水,水蒸汽、大气中),在应力状态下可能产生应力腐蚀破裂。应注意的是制冷剂氨是使铜合金(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。 2 制冷机组换热器腐蚀的检查与防护 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[3]。 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 制冷机组换热器腐蚀的防护 2.2.1 制冷机组换热器工作环境的缓蚀剂保护 在制冷机组换热器工作的腐蚀环境中添加少量缓蚀剂能阻止或减缓金属腐蚀,使金属得到保护。 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。缓蚀剂的选用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。软水对钢的腐蚀很轻微,在这种情况下,用极少量的如铬酸钠、亚硝酸钠,聚磷酸盐、苯甲酸钠或硼砂之类的缓蚀剂都是有效的。 含盐量低的循环水,通常可以采用调整pH至碱性范围来控制钢铁的腐蚀。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等缓蚀剂来抑制腐蚀。含大量有机物的水如海水,由于通过有机物的氧化作用会大量消耗缓蚀剂,因而不宜用铬酸盐和亚硝酸盐之类的氧化性缓蚀剂。此时,有机缓蚀剂 的保护性较好[4-6]。 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时,会出现酸腐蚀问题。为了防止清洗溶液对设备的腐蚀,通常在清洗溶液中加入缓蚀剂。但应注意,对某种金属具有较好效果的缓蚀剂,对另一种金属就不一定有效。 如碳钢质换热器用稀盐酸酸洗时可在清洗溶液中加入NU-2缓蚀剂,但铜质换热器用稀盐酸酸洗时清洗溶液中加入的则是其它类型的缓蚀剂,如六次甲基四胺等等[7-8]。 2.2.2 制冷机组换热器的全面腐蚀防护 制冷机组换热器的全面腐蚀防护就是从设计、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,应避免流体的直接冲刷及换热器的振动,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,此外还应注意整个系统中材料相互之间的适应性[9]。 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榔头等乱锤乱打。 (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,因而加 强对焊接工艺的管理与指导。 3)贮运安装过程中的防腐蚀 换热器的库存期间应防止大气腐蚀。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宜用于不锈钢换热器设备。 换热器安装完毕后要及时清洗、清理,做好保护金属表面不受腐蚀的工作。 4)运行过程中的防腐蚀 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;而对于初始运行的冷媒水系统,换热器 必须经多次循环冲洗后,方可注入净水,添加溶质和缓蚀剂,然后投入运行。 5)维修过程中的防腐蚀 当换热器停运以后,要根据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。包括: (1)污垢情况,特别是换热器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、腐蚀分布及损伤等情况。 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[10-12]。 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机组的高利用率,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]林玉珍.腐蚀和腐蚀控制原理[M].北京:中国石化出版 社, 2007. [2]杨永炎.化工腐蚀与防护[M].北京:中国化工防腐蚀技 术协会, 1989. [3]张学发.中央空调清洗技术[M].北京:化学工业出版 社, 2008. [4]王日义.海水冷却系统的腐蚀及其控制[M].北京:化学 工业出版社, 2005. [5]天华化工机械及自动化研究设计院.腐蚀与防护手册第 2卷[M].北京:化学工业出版社, 2008. [6]天华化工机械及自动化研究设计院.腐蚀与防护手册第 4卷[M].北京:化学工业出版社, 2008. [7]程宝华,李先瑞.板式换热器及换热装置技术应用手册 [M].北京:中国建筑工业出版杜, 2006. [8]秦治国,田志明.防腐蚀技术及应用实例[M].北京:化 学工业出版社, 2005. [9]李金桂.腐蚀控制设计手册[M].北京:化学工业出版 社, 2006. [10]柯伟,杨武.腐蚀科学技术的应用和失效案例[M].北 京:化学工业出版社, 2005. [11]任晓善.化工机械维修手册下卷[M].北京:化学工业出 版社, 2005. [12]陈维刚.制冷空调维修手册[M].北京:机械工业出版 社, 2006. |
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