換熱器作為重要的熱量交換設備，在化工領域被廣泛的應用。作為換熱器的最主要介質的循環水，會帶來一定腐蝕問題。2023年，聚乙烯裝置利用大檢修期間對部分循環水換熱器進行拆檢，發現有不同程度的腐蝕。

本文針對循環水換熱器腐蝕與防腐進行深入研究。

1、循環水換熱器腐蝕原因分析

1.1水質對腐蝕的影響

循環水換熱器的腐蝕普遍受水質影響。下面從水質的多種角度對腐蝕的影響進行詳細分析。

1.1.1溶解氧含量對腐蝕的影響

循環水換熱器以水為介質起冷卻作用，當pH值偏酸性或變化較大時，溶解氧含量就會偏高，便出現了腐蝕現象。反應方程式如下：

陽極：Fe→Fe²⁺+2e^-；陰極：H₂O→H⁺+OH^-，2H⁺+2e^-→H₂。

在金屬表面的反應方程式：Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂。

生成保護膜：3Fe(OH)₂→Fe₃O₄+H₂+H₂O。

金屬材料生成表面保護層后會暫停腐蝕的繼續。一旦換熱器介質中溶解氧含量過多就會破壞這層保護膜造成進一步腐蝕。反應方程式為：

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃↓，4Fe(OH)₃+Fe(OH)₂→Fe₃O₄+4H₂O。

1.1.2水的pH值對腐蝕的影響

pH值小于7，呈酸性時，金屬表面保護膜很難形成，而且換熱器內介質中含H⁺過多，會使Fe(OH)₂不易生成，腐蝕加劇。查看生產運行平臺發現近幾年來，裝置循環水pH值平穩，除裝置停車和化學清洗時期外，pH值都大于7。由此可判斷，循環水的pH值與聚乙烯裝置換熱器腐蝕沒有必然聯系。同樣可知，由于水體pH值穩定，故1.1.1中所述溶解氧含量與裝置換熱器腐蝕無關。

1.1.3總鐵含量對腐蝕的影響

總鐵是指循環水中的Fe²⁺和Fe³⁺，源自殘留金屬腐蝕殘留，是反映腐蝕情況的關鍵指標。腐蝕原理反應方程式為：

陽極：Fe→Fe²⁺+2e^-；陰極：O₂+2H₂O+4e^-→4(OH)^-。

當Fe²+和(OH)^-相遇時，反應方程式為：Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂↓，生成Fe(OH)₂沉淀。氫氧化鐵的產生即是腐蝕的開始。

通過檢測總鐵含量的高低，可以實時捕捉設備的腐蝕動態，做到對腐蝕傾向與腐蝕速率的管控。根據SH3099-2000《石油化工給水水質標準》，水中有2mg/L的鐵離子存在時，會使換熱器腐蝕速率增加6~7倍。此外，鐵離子還會干擾緩蝕劑的緩蝕作用，同時還易產生鐵垢。目前，大慶石化公司循環水系統總鐵控制指標要求為小于等于2mg/L，統計聚乙烯裝置2018~2020年循環水系統總鐵超標情況，如表1。

由表1可知，2018~2020年，聚乙烯裝置循環水系統總鐵情況比較平穩，控制指標均≤2mg/L。由此可判斷，總鐵含量與換熱器腐蝕無關。

1.1.4氯離子對腐蝕的影響

液氯是循環水最常用的消毒劑，但其水解生成稀鹽酸，使循環水PH降低，引起設備腐蝕。氯離子濃度高時，總鐵含量高；氯離子濃度低時，總鐵含量低。可見氯離子的大量存在會使循環水換熱器腐蝕增強。因1.1.2與1.1.3中所述pH值與總鐵含量均符合要求，故氯離子與換熱器腐蝕無關。

1.1.5鹽類對腐蝕的影響

作為開放系統，循環水系統必然會混入泥沙、金屬銹等雜質，伴有大量鈣、鎂離子與碳酸根。這些鈣、鎂離子和碳酸根在管束表面發生反應，生成碳酸鎂與碳酸鈣等雜質結垢于其表面，使換熱面積減小，換熱效果降低。與此同時，垢下極易產生腐蝕現象，破壞換熱管，降低其使用壽命。

本次檢修拆檢換熱器E-9003，如圖1所示，可以看出循環水換熱器E-9003管束表面存在一定泥沙等沉積物，并伴有腐蝕現象。液壓試驗后發現換熱管存在9根泄漏，圖2為泄漏換熱管堵管位置。因此，可以判斷出垢下腐蝕是引起換熱器發生腐蝕的原因之一。

1.2循環水流速對腐蝕的影響

當流速0.6~1.0m/s時，腐蝕速度最小。但不能只考慮防腐來定換熱器循環水流速，還要考慮工藝與設備方面的換熱要求。當流速過低時，換熱器工作能力降低且易結垢。故公司規定：循環水走管程，流速不應低于1.0m/s；循環水走殼程時，流速不應低于0.3m/s。聚乙烯裝置部分換熱器冷卻水流速測量見表2。

由表2循環水流速可知，E-9003流速低于1.0m/s，流速不達標。由圖1可知，管程存在泥沙等沉積物，阻塞循環水流動，使流速減慢。因此，可以判斷出流速過慢亦是引起換熱器發生腐蝕的原因之一。

1.3循環水溫度對腐蝕的影響

當循環水溫度升高時，水中溶解氧含量上升，促使設備腐蝕加快，因此工藝生產中要嚴格控制循環水溫度，避免溫度超過設定范圍。

近幾年來，因聚乙烯裝置負荷上升，循環水制冷風機功率不能滿足生產要求，循環水溫度在夏季較高。由此可判斷，循環水溫度是引起換熱器發生腐蝕的原因之一。

1.4化學清洗對腐蝕的影響

化學清洗是利用藥劑將換熱器內部的泥垢清洗掉，再使設備內表面形成一層保護膜。因此，化學清洗的好壞對防腐效果起一定作用。

通過查閱循環水清洗方案以及相關資料，發現近幾年來聚乙烯裝置，換熱器化學清洗過程中嚴格執行清洗方案，故判斷化學清洗與換熱器腐蝕無關。

1.5換熱器表面磨損對腐蝕的影響

循環水換熱器工作過程中，含有懸浮物的流體在流動過程中與設備產生摩擦，在高速沖刷作用下導致管束表面磨損。另一方面，滲透進來的水汽、空氣等氣體會使管道壁的表層沖刷加劇，磨損程度加重，腐蝕程度加重。聚乙烯裝置自2012年開工至今，已運行11年，換熱器內部必然存在一定沖刷，故判斷表面磨損與腐蝕存在一定關系。

2、換熱器腐蝕監測及預防措施

循環水換熱器腐蝕失效會帶來極大損失，因此采取有效的監測和防腐手段就尤為重要。準確對設備進行腐蝕預測、采取恰當措施降低腐蝕速率，便可以最大程度降低損失。

2.1腐蝕監測方法

在化工生產中，常應用的腐蝕監測方法有排氣檢查、采樣與化驗分析、定點測厚與腐蝕掛片監測等技術。

2.1.1定期排氣檢查

定期排氣檢查主要通過排空循環水，打開排放導淋，確認是否有氣相介質，則可判斷換熱器泄漏；若氣體側為可燃氣體，打開排放導淋，借助可燃氣體報警儀進行檢查，若可燃氣體報警儀報警，則可判斷換熱器泄漏。

這種方法易操作、效果直觀，應用最廣。

2.1.2采樣與化驗分析

采樣法原理與排氣類似，主要用于無法進行排氣檢查的情況。當管束發生泄漏且管殼程介質混合無法通過排氣檢查，此時必須采用采樣法。在現場利用特殊容器收集氣、液體，送至化驗中心進行化驗，通過檢測結果判斷泄漏情況。

2.1.3定點測厚

定點測厚就是利用超聲波測厚儀檢測殼體壁厚減薄情況，以確定殼體腐蝕的情況。這種方法方便準確，近幾年來在現場應用效果良好，但無法檢測換熱器內部情況。

2.1.4腐蝕掛片監測

腐蝕掛片是測定腐蝕用的標準金屬試片，掛于現場，用以監測設備腐蝕。將固定質量的試片放入測試源內，待指定時間后取出，清洗表面并觀察其腐蝕情況，烘干后再測其質量，以此來確定腐蝕程度。

2.2預防措施

在化工生產中，常應用涂層防腐、設置陰極保護等措施以降低設備的腐蝕速率。

2.2.1涂層防腐

換熱器防腐措施中應用最為廣泛的措施便是涂層防腐。防腐涂層具有耐腐蝕、耐高溫、抗結垢和耐沖擊等特性，適用范圍非常廣泛。對于有涂層的換熱器，使用一段時間后管束表面清潔，無腐蝕現象；而無涂層的換熱器，使用一段時間后管束表面會出現金屬腐蝕。

2.2.2陰極保護

陰極保護是通過在換熱器內加裝陽極塊，以犧牲陽極塊腐蝕來保護陰極，是涂層防腐的補充措施。當同時使用涂層防腐與陰極保護的方法時，方可實現最好的防腐作用。陽極塊通常焊接固定在換熱器管箱內，陽極塊的需求數量按照設備的大小而定并均勻分布，保證所保護設備無死角，陰極保護的防腐效果詳見圖3、圖4。

3、循環水系統運行改進措施

為保障設備安全平穩運行，聚乙烯裝置通過技術公關與提高管理水平來解決循環水換熱器的腐蝕問題。

3.1嚴控生產操作

通過換熱器腐蝕原因分析可知，工藝操作與腐蝕有著極大聯系，工作溫度、介質中雜質、pH值控制不到位等都會影響設備的腐蝕速率。因此，嚴格按照設計參數調整，控制好設備操作，就能降低設備腐蝕速率。

在巡檢方面增加換熱器每周排污，排出換熱器內沉積物。將換熱器測流速工作由每年檢測一次更改為每季度一次，及時確定換熱器流速，降低換熱器腐蝕。

3.2增設過濾網

循環水中較大的懸浮物，如破損的填料、摻雜的泥漿等通過過濾網進行過濾，起到從源頭過濾循環水的效果。每次聚乙烯裝置大檢修，打開換熱器，發現換熱器內部均附著一定的雜質，影響換熱效率。2018年大檢修期間，在各個區域循環水來水管線上增設過濾網。2023年聚乙烯裝置大檢修時，換熱器封頭打開后換熱管較為干凈，改造效果良好。

3.3調整緩蝕阻垢劑配方和投注量

根據裝置循環水系統的現狀，在與廠家溝通并調研后，改進緩蝕劑配方及濃度，改進后的藥劑緩蝕性能更好，阻垢能力增強。

3.4高壓射流清洗

利用換熱器檢修期間，聯系有關單位對循環水換熱器進行高壓射流清洗，如圖5所示。這種方法是利用合適水壓的高壓水射流可以對換熱管內外及換熱器內部其他位置進行清洗，將內部垢層清理干凈，達到深度防腐的目的。

4、結語

循環水換熱器腐蝕是一個長期過程，對生產會造成較大影響。因此，換熱器的防腐是非常關鍵的，積極做好防腐工作，將此項工作作為常態化管理，以起到降低腐蝕速率，延長循環水換熱器壽命的作用。

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