板式换热器腐蚀与防护技术简析

板式换热器腐蚀与防护技术简析

孔德森,冉建斗

天津华赛尔传热设备有限公司 天津市武清区  301700

摘要：芯体、盖板和垫片等是可拆式板式换热器的主要构件，其中，芯体是核心的部件，由角板、板组和膨胀节组等焊制而成，因为可拆式板式换热器的传热效率比较高，安装与使用方便，并且具有高效节能的优势，所以在钢铁与化工等领域得到了广泛的应用。然而，可拆式板式换热器的结构有着一定的局限性，在温度较高或者是其他条件下，而且介质具有多样性的特点，所以容易发生腐蚀，从而影响到了可拆式板式换热器的整体性能。

关键词：板式换热器；腐蚀；防护

前言

随着当前板式换热应用范围扩大化发展，人们对其中的应用优势也有一定的了解，已经逐渐成为我国各大领域中的重要换热设备，但其在实际运行中会发生各种各样的腐蚀问题，对其正常使用带来很大影响，就此本文对板式换热器的腐蚀分析与控制策略进行探讨，具有一定现实研究意义。

1焊接板式换热器分类、结构及优势

焊接板式换热器按照焊接方式的不同可划分为全焊式和半焊式。其中半焊式的研究及应用更为广泛。另外，按照换热芯体有无承压外壳，又可将全焊接板式换热器分为板壳式和非板壳式。非板壳式根据流动方式和焊接方式的不同可拆分为可拆全焊接板式换热器、钎焊板式换热器、纯逆流焊接板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器等。非板壳式换热器大多工作压力可以达到４．２ＭＰａ左右、工作温度可以达到３００℃左右，主要应用在石油化工、煤化工、电厂、制冷、制盐、制药行业和海上平台等行业。板壳式换热器根据板片的几何形状可分为圆形板片板壳式换热器和方形板片板壳式换热器，方形板片板壳式换热器通常用于压力３．５ＭＰａ以下的工况，而圆形板片板壳式最高工作压力可达２０ＭＰａ，主要应用于大型石油化工及机械等领域。传统的板式换热器通常在工作压力小于２．５ＭＰａ、温度小于２５０℃的范围运行，这根本不能满足在特殊工况下正常运行。而焊接板式换热器使板式换热器的应用范围得到延伸，能够将工作压力提升至２０．０ＭＰａ，温度范围拓宽至２００℃，使板式换热器处于高温高压工况时仍能稳定工作。数十年来国内外陆续开发制造了多种焊接板式换热器。由于这种焊接板式换热器的板片结构是全部焊接制成一体，并且换热器整体结构由螺栓进行固定，所以这种换热器又称为可拆式全焊接板式换热器。

2可拆式板式换热器的腐蚀原因分析

（1）温度可拆式板式换热器的腐蚀与温度息息相关，对于一般的化学反应，当温度越高，所发生的化学反应也越快，在pH＜7的条件下，氯离子和硫酸根离子则呈现了盐酸与硫酸的强酸性，因而特别容易穿透保护膜中极小的孔隙，破坏了局部的钝化膜，继而进入到裂缝发生化学反应，达到了成分选择性腐蚀的效果[1]。因为含有大量的SO42-，在一定温度条件的作用下，尤其是温度高于250℃，从而发生了腐蚀；（2）应力腐蚀如果板片的质量没有问题，在此情况下可拆式板式换热器发生了腐蚀，主要原因是应力腐蚀。所谓应力腐蚀，其指的是在腐蚀介质与拉伸应力的共同作用之下，导致金属材料发生了局部的腐蚀破坏，通常情况下是腐蚀缝、纹等，严重的会造成板片断裂。拉伸应力与腐蚀氛围是造成应力腐蚀的关键因素。对于拉伸应力而言，其重点来源于是在机械加工中，产生的残余应力，以及在工作环境当中，所产生的一些不均匀应力，高强度钢与不锈钢等合金材料，都对应力腐蚀比较敏感，即使以上材料处于腐蚀性不严重的环境当中，一旦存在少量Cl-的蒸馏水和水中，也会引发应力腐蚀。对于可拆式板式换热器，因为板片与连接板、端板和壳体等等结构间，在制造期间，很有可能存在残余应力，这也促进了应力腐蚀的发生，特别是在交换介质当中，因为含有大量的SO42-与Cl-，在酸性环境当中，从而为发生腐蚀提供了有利的条件。（3）磨损腐蚀。在实际化工生产过程中，换热器表面物理磨损腐蚀是由于高速运动的介质对换热器的不断摩擦以及金属零件的暴露区域受到的腐蚀的共同影响，在换热器的保护性钝化膜被磨损后，金属基材很容易会受到更多因素的影响，给设备带来进一步的腐蚀。从降解机理、腐蚀介质的影响和数学模型等方面探究了换热器不锈钢的磨损腐蚀机理，提出了摩擦对腐蚀最显著的影响是破坏不锈钢表面钝化膜，使不锈钢失去保护，暴露出新鲜的活性基体与腐蚀介质直接接触，导致腐蚀速率加快。

3板式换热器腐蚀的控制策略

3.1有机聚合物涂料

作为一种重要的表面防护材料，有机涂层凭借其良好的施工特性和优异的防护效果被广泛应用于众多环境及工程领域中。其中应用较为广泛的包括有机硅涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料等。应用于换热器的涂料应具有耐腐蚀性、抗垢性能以及高导热率等多功能性耦合的特点，但上述功能性之间是相互影响、相互制约的。研究了表面涂覆高温固化的ＴＨ８４７环氧胺基涂料、ＴＨ９０１漆酚钛树脂涂料及常温固化的９２０抗静电涂料的碳钢板式换热器在５１℃地热井水中运行２个采暖季后的腐蚀状况。结果发现，经涂层保护的换热器片无腐蚀穿孔现象，其上浮锈容易去除，涂层表面完好无损。提高环氧树脂防腐涂料防腐蚀性能的方法还包括添加纳米粒子、导电聚合物、超疏水材料、缓蚀剂以及设计新的环氧树脂结构等。将无机纳米功能填料填入环氧树脂涂层，填料均匀分散在涂层中，可以堵塞树脂固化过程中产生的微孔道，增加环氧树脂涂层的致密性，从而达到阻碍腐蚀粒子向基体方向扩散的目的，进而提高环氧树脂涂层的防腐蚀性能。以环氧⁃有机硅⁃酚醛树脂为基料，与改性纳米二氧化硅及其他颜料相复配，研制出一种耐温疏水型碳钢管束防腐涂料，经实验证明涂料的疏水性与耐温性均有较大幅度提升，表面疏水性有效阻止了水垢在涂膜表面残留，提高了换热器传热效率，延长了使用寿命，具有较好的经济效益。

3.2纳米颗粒增强复合涂层

当金属的分子尺寸达到了纳米级水平时，其诸多特征将会发生根本性的改变，具有了分子尺度效应、界面效应、量子效应、体积效应等，而其物理化学和力学性能也随之产生改变。近年随着人们对高性能涂料的需求增加，利用纳米材料对传统涂料结构加以改进的研究也是涂料领域的热点。最具代表性的纳米颗粒为ＳｉＯ２和ＴｉＯ２等，以此作为填料研制高性能、低成本的新型涂料已经成为重要的发展方向，在金属表面高性能防护涂料的制备中也发挥着重要的作用。

结束语

焊接板式换热器具有结构紧凑、经济性高等优点。然而，焊接板式换热器中板片由于焊接工艺的缺陷、介质的流动与冲刷等均会导致腐蚀的产生。对焊接板式换热器进行涂刷防腐涂料也必将成为新趋势。低成本的新型涂层技术现已成为主要的发展方向，其中有机聚合物涂层以及纳米涂料在金属表面高性能保护涂层的生产中起到了关键的作用。将纳米颗粒与传统有机涂层（环氧树脂、聚氨酯等）复合在一起形成复合涂层，可以显著改善传统涂层的附着力、硬度、抗磨性能、耐划痕特性以及抗洗刷特性，并提高其耐热、抗化学品、耐老化、抗辐照等特性，使传统工业涂料提升为高性能、高附加值的产品，为其在换热设备上广泛应用开辟了新的市场。

参考文献：

[1]盛琳.可拆式板式换热器的腐蚀分析及防护途径[J].全面腐蚀控制,2019,033(008):92-93.

[2]刘显林,丁明生.板式换热器顶板腐蚀泄漏原因分析[J].石油化工腐蚀与防护,2019,036(005):61-64.