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制冷机组换热器的腐蚀现象及其防护点击：1766 日期：[ 2014-04-27 11:45:25 ] |
| 摘要：侵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侵蚀现象的机理,先容了制冷机组换热器的侵蚀检查方法,并提出了几种防护措施。 侵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侵蚀。侵蚀已成为现代产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,根据一些产业发达国家统计,每年因侵蚀造成的损失约占国民出产总值的1% ~5%[1]。 在制冷设备中,换热器常常与各种侵蚀介质接触,同时又常常在高温、高压、高流速的情况下运行所以侵蚀尤为严峻。固然更换一根因侵蚀而报废换热器管的价格不会太高,但因侵蚀故障而引起制冷系统休止供冷而造成的间接损失则是十分严峻的。因此,为了保证正常出产,延长设备的使用寿命,节约能源,进步企业的经济效益,减少污染给人民身体带来的危害,应将侵蚀题目提到重要的地位上加以对待。 1制冷机组换热器的侵蚀现象 1.1金属侵蚀的本质 在天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,而侵蚀则是一种金属回复到天然状态的过程。例如,铁在天然界中大多为赤铁矿(主要成分为Fe2O3),而铁的侵蚀产物———铁锈主要成分也是Fe2O3,可见,铁的侵蚀过程恰是回复到它的天然状态———矿石的过程。因此,金属侵蚀的本质就是在一定的环境中金属经由反应回复到化合物状态的过程。 1.2金属侵蚀的类型 金属侵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,金属侵蚀可分化学侵蚀和电化学侵蚀。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侵蚀是最普遍、最常见的侵蚀。电化学侵蚀通常又以应力侵蚀破裂、点蚀(小孔侵蚀)、缝隙侵蚀等局部侵蚀的形式泛起。 1.3制冷机组换热器侵蚀的常见现象 制冷机组换热器管产生侵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紧密亲密关系。因为管内壁结垢附着物(氧化铁、钙盐沉积物、污泥物等)的存在,常常泛起管内壁的局部腐蚀和点蚀。 1)水侧管内壁的局部腐蚀 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侵蚀保护膜。在管保护膜剥离的表面,因为金属离子浓度差,形成阳极(金属离子少的部位)和阴极(金属离子多的部位)的电化学侵蚀,产生此种侵蚀的管内表面上会呈现鱼鳞坑凹状并带有细小雀斑。 2)水侧管内壁的点蚀和孔蚀 换热器管水侧的侵蚀多是在水垢或其他附着物不平均笼盖的情况下产生的。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侵蚀。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)水室侧管板表面的侵蚀 换热器位于水室侧管板表面,特别是管周围表面也会产生电化学侵蚀,这种侵蚀痕迹呈斑块状。 4)换热器管应力侵蚀破裂 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侵蚀破裂。应留意的是制冷剂氨是使铜合金(黄铜和青铜)破裂的侵蚀剂。对黄铜来说,其耐破裂机能随铜含量的增加而增强。 2制冷机组换热器侵蚀的检查与防护 2.1侵蚀的检查方法 任何侵蚀题目,必需通过实地调查,通过日常的监控和按期对设备进行检测,才能了解侵蚀形貌,把握侵蚀的详细情况,以采取有效措施加以解决。制冷机组换热器侵蚀调查可在在换热器停机检验时采取按期侵蚀检查的方式进行,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,初步确定设备的侵蚀形貌、类型、侵蚀程度和重点侵蚀部位。 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。若抽查中侵蚀管数比例占80%以上时,需对全部管束进行逐根检查,在彻底检查管内侵蚀情况之前,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平均侵蚀速度,进而推断其使用寿命,测厚应留意部位要固定,以便对比。 3)侵蚀环境调查。重点调查换热器工作环境中侵蚀介质的类型、含量及变化情况,微量杂质、溶解氧等;同时要了解工艺操纵情况。 2.2制冷机组换热器侵蚀的防护 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侵蚀环境中添加少量缓蚀剂能阻止或减缓金属侵蚀,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侵蚀最多的介质之一。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详细情况而定。软水对钢的侵蚀很稍微,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。 含盐量低的轮回水,通常可以采用调整pH至碱性范围来控制钢铁的侵蚀。铬酸钠或亚硝酸钠对钢是有效的缓蚀剂,但亚硝酸钠不合用于铜或黄铜,铜或黄铜可采用巯基苯并噻唑等缓蚀剂来按捺侵蚀。含大量有机物的水如海水,因为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,会泛起酸侵蚀题目。为了防止清洗溶液对设备的侵蚀,通常在清洗溶液中加入缓蚀剂。但应留意,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侵蚀防护 制冷机组换热器的全面侵蚀防护就是从设计、制造、贮运与安装、操纵运行、维修等五个方面进行侵蚀防护控制,从而使侵蚀损失降低到最低水平。 1)设计中的防侵蚀 准确的结构设计能减轻换热器侵蚀。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洗及换热器的振动,准确选用焊接头的设计,保持适当的和平均的流速、温度和浓度等,此外还应留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侵蚀 (1)投料。投料要严格按照设计要求,当真检查所用的材料。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,由于氨对铜及铜合金(磷青铜除外)有侵蚀作用,不能误用,否则可能在投料后引起严峻的侵蚀事故。 (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,这主要是它与侵蚀的关系极为紧密亲密,因而加强对焊接工艺的治理与指导。 3)贮运安装过程中的防侵蚀 换热器的库存期间应防止大气侵蚀。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侵蚀的工作。 4)运行过程中的防侵蚀 严格控制出产工作前提是防腐的重要内容。例如有水分存在时,氟利昂将水解成酸性物质,对金属有侵蚀作用;而对于初始运行的冷媒水系统,换热器必需经多次轮回冲刷后,方可注入清水,添加溶质和缓蚀剂,然后投入运行。 5)维修过程中的防侵蚀 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)侵蚀情况,主要检查在换热器运行中无法检查或无明确掌握的侵蚀形态、侵蚀分布及损伤等情况。 泊车后为防止换热器侵蚀,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按期进行检查[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,特别要留意防止产生侵蚀隐患。 3结束语 侵蚀与防护的主要目的是为了增产节约。实践证实,换热器防侵蚀治理的好坏对于保持制冷机组的高利用率,降低出产本钱和进步出产率起到重要的作用。如今,防侵蚀治理技术已进入到新的发展阶段———以优化控制、经济运行、全寿命治理、系统工程等为内容,以设备全过程经济治理为核心,全力进步防侵蚀的效率。防侵蚀措施的评价也应该以经济效益来衡量,但就防侵蚀科学治理的本身而言,因为它是一个涉及面广、出产因素复杂的题目,尚需不断探索。 |
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