空冷器管束腐蝕原因及防護措施

1概述

空冷器作為一種大型換熱設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，然而對于空冷器管束經(jīng)常用于高溫、高壓、高腐蝕工況狀態(tài)下，因此對其腐性能具有較大考驗，直接影響設(shè)備安全、穩(wěn)定運行，因此對管束常見腐蝕類型進行分析，提出保護措施，以提高產(chǎn)品使用壽命。

2空冷器管束常見腐蝕種類

（1）點腐蝕，空冷器管束承壓材料在含有溶解氧和危害性陰離子（主要為CL離子）的介質(zhì)中，經(jīng)過一定的時間后，大部分表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕較輕，但在表面上個別點或微小區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)孔穴或麻點，隨著時間的推移，蝕孔不斷向縱深方向發(fā)展，形成小孔狀腐蝕坑，即為點蝕，由于蝕點嚴(yán)重時可使設(shè)備穿孔，因此又稱為小孔腐蝕或孔蝕。在空冷換熱器管束設(shè)計制造中重要影響因素包括：a.熱處理時效溫度的影響：對于不銹鋼管束來說一般主承壓件焊后不進行熱處理，但是奧氏體不銹鋼經(jīng)固熔處理后具有最佳的耐點蝕性能。對于其它不銹鋼材料來說在某些溫度下進行退火或回火等熱處理會產(chǎn)生沉淀相，從而增加點蝕的傾向。b.隨著管束金屬材料表面光潔度的提高，其會使耐點蝕性能增強，但是在冷加工使金屬表面產(chǎn)生冷變加工硬化時，會導(dǎo)致耐點蝕能力下降。因此對于非常用材料與使用工況一般進行點腐蝕試驗評定：一般可分為化學(xué)浸泡法、電化學(xué)測量法和現(xiàn)場試驗法三類，耐點腐蝕性能評定的內(nèi)容包括：點蝕深度、點蝕密度、腐蝕速率、腐蝕面積等。并將腐蝕速率與蝕孔分布、形狀、尺寸、密度、深度等結(jié)合起來。

（2）間隙腐蝕，是由于金屬之間或金屬與非金屬形成微小的間隙（一般在0.025～0.1mm），換熱介質(zhì)滯留在間隙內(nèi)，而且這種介質(zhì)中存在具有危害性的陰離子時所產(chǎn)生的一眾腐蝕形式，其腐蝕結(jié)果會導(dǎo)致材料強度降低、局部附加應(yīng)力增大、材料承載力降低。在空冷式換熱器中通常在板材搭接處、法蘭密封面連接處、墊片密封處、基管與襯管之間或銹層產(chǎn)生間隙腐蝕，其中基管與襯管之間最容易產(chǎn)生間隙腐蝕。因此在產(chǎn)品設(shè)計中往往將基管與襯管采用全程脹接已消除兩者之間的間隙。對于空冷式換熱器通常采用絲堵密封結(jié)構(gòu)，通過金屬墊片密封，在墊片兩面分別與絲堵、管板進行接觸，在微觀上存在一定的間隙，而墊片與管板之間承受著換熱介質(zhì)腐蝕，由于壓力、溫度、振動等因素導(dǎo)致密封尖端存在間隙腐蝕，容易導(dǎo)致墊片密封失效。

（3）沖刷腐蝕，包括沖蝕、磨耗腐蝕，是金屬表面與流體介質(zhì)之間由于高速相對運動引起的金屬損傷。沖刷腐蝕的金屬表面一般承溝槽、凹谷、淚滴狀，且表面光亮無腐蝕沉積物。與其它應(yīng)力作用下的腐蝕相比，沖刷腐蝕影響因素較為復(fù)雜，除了材料本身的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、機械性能、表面粗糙度、耐腐蝕性能等，還與介質(zhì)溫度、PH值、溶氧量、固相顆粒度和硬度以及流過部件的形狀、結(jié)構(gòu)、流體的流速和流態(tài)有很大的影響。在空冷式換熱器中最容易產(chǎn)生沖刷腐蝕的部位就是基管與管板焊接處，由于基管與管板一般采用單層或雙層焊接，焊腳高度在1.5～2mm之間，長時間沖刷會使得焊縫減薄，直至泄漏，因此合理設(shè)計換熱器結(jié)構(gòu)類型可有效降低沖刷腐蝕速率，通常采用回流管箱形式改變流體流向軌跡，或在基管中加入阻流帶，阻流帶可作為一種緩沖部件降低介質(zhì)流速，改變介質(zhì)流程。

（4）晶間腐蝕，金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿晶界發(fā)生的一種局部選擇性腐蝕。晶界是不同晶粒之間的交界。由于晶粒有著不同的位向，故交界處原子的排列必須從一種位向逐步過渡到另一種位向。因此，晶界實際上是種“面型”不完整的結(jié)構(gòu)缺陷。產(chǎn)生晶間腐蝕的條件：a.金屬或合金中含有雜質(zhì)，或者有第二相沿晶界析出。b.晶界與晶粒內(nèi)化學(xué)成分的差異，在適宜的介質(zhì)中形成腐蝕的電池，晶界為陽極，晶粒為陰極，晶界產(chǎn)生選擇性溶解。c.有特定的腐蝕介質(zhì)存在。在某些合金-介質(zhì)體系中，往往產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。例如奧氏體不銹鋼在弱氧化性介質(zhì)或強氧化性介質(zhì)的特定腐蝕介質(zhì)中，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。

晶間腐蝕試驗方法及其評定方法：目前列在標(biāo)準(zhǔn)中的基本有五種：草酸電解浸蝕法、沸騰65%硝酸法、沸騰硫酸-硫酸鐵法、沸騰硫酸-硫酸銅法和硝酸-氫氟酸法。

（5）應(yīng)力腐蝕，材料在應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的共同作用下引起的破壞叫應(yīng)力腐蝕，作為一種脆性失效模式，具有極大的危害性，材料在應(yīng)力因素單獨作用下的破壞屬于機械斷裂或機械疲勞斷裂；材料在腐蝕狀態(tài)下受到介質(zhì)單獨腐蝕屬于環(huán)境腐蝕，在應(yīng)力因素與腐蝕環(huán)境共同作用下產(chǎn)生的腐蝕破壞導(dǎo)致斷裂、開裂，成為腐蝕開裂。對于空冷熱器往往因為腐蝕開裂導(dǎo)致泄漏，其中最常見的腐蝕開裂為硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）是指管束承壓材料在硫化物介質(zhì)中受拉伸應(yīng)力作用發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象，引起應(yīng)力腐蝕開裂通常具備三個條件：a.金屬在該介質(zhì)環(huán)境中具有應(yīng)力

腐蝕開裂的傾向；b.由承壓材料組成的結(jié)構(gòu)接觸或處于選

擇性的腐蝕介質(zhì)中；c.有高于一定水平的拉應(yīng)力。

3腐蝕率測試

腐蝕率是評定金屬耐腐蝕性能的重要指標(biāo)。金屬在遭受腐蝕過程中，其重量、組織結(jié)構(gòu)、外形尺寸、表面狀態(tài)、力學(xué)性能等均會發(fā)生一定變化，宏觀與微觀的變化率可用來體現(xiàn)金屬腐蝕的程度，因而會有不同的腐蝕率測試方法，對于空冷器管束常用的方法有電阻法、失重法和線性極化法等。

電阻法是根據(jù)金屬試樣由于腐蝕作用使橫截面積減少，從而導(dǎo)致電阻增大的原理，利用此方法可以在空冷器管束運行過程中對設(shè)備的腐蝕狀況進行連續(xù)地監(jiān)測，能夠準(zhǔn)確地反映設(shè)備運行各階段的腐蝕速率及其變化，且能適用于各種不同介質(zhì)。電阻法快速，靈敏，方便，可以監(jiān)控腐蝕速度較大工況下。

線性極化法是一種非常適用于監(jiān)測的方法，其具有靈敏度高、對腐蝕情況變化響應(yīng)快等特點，能獲得瞬間腐蝕速率，可以及時地反映管束工況條件的變化，然而此種方法是基于穩(wěn)態(tài)條件獲得腐蝕速率的，因此所測物體是均勻腐蝕或全面腐蝕，不能適用于局部腐蝕。

失重法是常用的腐蝕速率測定方法，簡便易行，結(jié)果可靠。通常采用掛片測試，掛片的材質(zhì)與空冷式換熱器主體承壓材料一致，掛片的形狀、大小可根據(jù)試樣可根據(jù)試驗情況、需要確定。試驗前應(yīng)對掛片進行表面處理，須先經(jīng)砂紙打磨去銹拋光，用丙酮等溶劑去油污脫脂，蒸餾水沖洗干凈，并在50℃下干燥。把掛片浸入腐蝕溶液中，通過對掛片重量進行檢測，從而測其腐蝕速率。

4腐蝕防護措施

4.1材料合理選用

正確的材料選用是控制腐蝕的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，且應(yīng)遵循以下原則：（1）材料的耐腐蝕性能應(yīng)滿足設(shè)備的使用環(huán)境要求，根據(jù)介質(zhì)的腐蝕類型、敏感性、腐蝕速率等特點，分析使用環(huán)境，合理的選材控制；（2）材料的物理性能、機械性能和加工工藝性能應(yīng)滿足設(shè)備的設(shè)計與加工要求，如必要的強度、硬度、沖擊韌性、疲勞性能、耐熱性能以及可焊性等。對于空冷式管束在含氫、硫介質(zhì)工況下，通常選用鎳基合金和雙相不銹鋼材料，其中雙相不銹鋼是一種新型材料具有優(yōu)良的耐腐蝕、高強度和易于制造加工等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼種，它的物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間，更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。

4.2結(jié)構(gòu)合理設(shè)計

產(chǎn)品設(shè)計必須從防腐的角度出發(fā)，根據(jù)材料和所處環(huán)境忒丟按，嚴(yán)格計算和確定使用應(yīng)力，進行合理的防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計。其需要注意以下幾點：（1）外形力求簡單；（2）防止積水和積塵；（3）盡量避免尖角、凹槽和縫隙；（4）盡量避免電位相差較大的金屬連接；（5）避免使用應(yīng)力、裝配應(yīng)力和殘余應(yīng)力在同一個方向上疊加。

4.3制造工藝改進

材料在加工和裝配工程中，也會造成腐蝕或留下腐蝕隱患，如：（1）機加工過程容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力；（2）應(yīng)慎重選擇熱處理規(guī)范，避免因熱處理不當(dāng)引起的晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、氫脆等，盡量避免在敏化溫度區(qū)保溫，對可能產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力的熱處理工藝，應(yīng)有消除殘余應(yīng)力的措施；（3）焊接方式的不同，材料的腐蝕敏感性亦不同，為減小焊接后的應(yīng)力，還應(yīng)注意焊