表面蒸发式空冷器管外腐蚀成因分析及防护措施

表面蒸发式空冷器管外腐蚀成因分析及防护措施

杨树武

(中国石油锦西石化公司，辽宁省葫芦岛市 125000)

摘 要:表面蒸发式空冷器是一种高效的热交换设备，广泛应用于多个工业领域。然而，表面蒸发式空冷器在运行过程中，常常会遭受管外腐蚀威胁，这对设备的性能和寿命造成不利影响。因此，本文主要就表面蒸发式空冷器管外腐蚀成因及防护措施进行探讨，以期为延长设备的使用寿命和性能提供有益参考。

关键词：表面蒸发式空冷器；管外腐蚀；防护措施

前言

    随着科技的不断进步和工业发展的推动，高温环境下的热交换技术变得越来越重要。表面蒸发式空冷器（surface evaporative air cooler）作为一种有效的热交换装置，广泛应用于石油化工、电力、冶金和其他领域。然而，由于操作环境的特殊性和工作条件的复杂性，这些管道常常面临着腐蚀问题，从而影响了其正常的运行和寿命。

一、管外腐蚀成因分析

1 湿热环境中的腐蚀

   湿热环境是表面蒸发式空冷器管外腐蚀的常见成因。在运行过程中，管束表面暴露在潮湿的环境中，会与空气和水接触，从而形成一个腐蚀环境。具体而言：第一，湿度。高湿度环境中的水蒸汽能够吸附在管束表面，并与氧气一起引发腐蚀反应。通常，湿度越高，管束表面上的水蒸汽含量越大，腐蚀速度越快。同时，湿度变化也会引起表面蒸发和凝结循环，导致水分在管束表面积聚，增加了腐蚀风险。第二，温度。高温环境中水分蒸发，会导致管束表面的含水量增加，从而促进腐蚀发生。此外，高温条件还可能改变水的化学性质，增加了水对金属的腐蚀性。第三， 氧气。湿热环境中，氧气与金属管束表面接触会形成氧化反应，进一步加速了腐蚀过程。同时，氧气的浓度和流动性也会对管外腐蚀产生影响。

2 微生物引起的腐蚀

    微生物引起的腐蚀是表面蒸发式空冷器管外腐蚀的另一个重要成因。微生物在湿热环境中生长繁殖，并形成一层生物膜附着在管束表面上。这些微生物包括细菌、藻类、真菌和其他微生物，能够产生酸性代谢产物和粘附物质，进而引发管外腐蚀。以下进行详细说明：第一，生物腐蚀。部分微生物能够通过吸附在管束表面并与金属发生反应引起生物腐蚀。这些微生物通过代谢过程产生酸性物质，例如硫酸、硝酸和有机酸等，使金属发生腐蚀。同时，微生物还可以吸附氧气，形成微电池，引发电化学腐蚀过程。第二，腐蚀菌。腐蚀菌具有高度金属腐蚀能力。通常在含有微量营养物质的环境中生长繁殖，如水源中的有机物、无机盐和微量元素。在代谢过程中通过产生酸性物质和氧化剂来加速管束表面的腐蚀。第三，藻类和真菌。在湿热环境中，藻类和真菌容易形成生物膜，并附着在管束表面上。这些生物膜不仅会阻碍热量传递效率，还会导致局部腐蚀。

二、防护措施

1 材料选择

  选择具有良好耐腐蚀性能的材料是防止表面蒸发式空冷器管外腐蚀的关键。以下对不锈钢和铜合金这两种常见材料耐腐蚀性能进行详细说明：第一，不锈钢。不锈钢具有优异的耐腐蚀性，能够抵抗水、氧气和许多酸性介质侵蚀。这归因于不锈钢中含有铬元素，能够形成一层稳定的氧化铬膜，防止腐蚀反应发生。尤其是一些特殊型号的不锈钢，如耐热不锈钢，可以在极高温度条件下使用。此外，不锈钢具有良好的机械性能，如强度、刚度和延展性。这使得不锈钢在各种工程应用中能够承受较大压力和应力。第二，铜合金。铜合金中的铜元素对水和大多数非氧化性酸有较好的抵抗能力。同时，铜合金还具有自愈性特点，既当表面发生轻微腐蚀时，铜能够通过自我修复形成一层稳定的氧化层。举个例子，在海水中，铜合金能够形成一层致密的氧化层，从而减少氯离子进一步侵蚀。另一方面，铜合金具有良好的导热性能，能够有效传递热量，提高空冷器的热交换效率。然而，需要注意的是，在一些特殊环境条件下，如高温、高压、酸性介质等，不锈钢和铜合金的耐腐蚀性能会受到挑战。在这种情况下，需要选择能够在特定温度和压力下保持稳定性和耐腐蚀性的特殊合金。

2 防腐涂层

    防腐涂层可以形成一层保护膜，隔离金属材料与环境介质的直接接触，防止腐蚀发生。防腐涂层需要满足耐腐蚀性能、抗化学物质侵蚀和抵抗机械磨损等功能。涂层类型包括有机涂层和无机涂层：第一，有机涂层。具有良好的粘附性，能够牢固附着在金属表面上。同时也具有一定柔韧性，能够适应金属的热胀冷缩和表面形变。其次，有机涂层对一般酸碱溶液、盐水和大部分常见化学物质具有一定抵抗能力。此外，一些有机涂层还具有良好的耐候性，能够抵抗紫外线照射、湿热环境和氧化等因素的影响。然而，尽管有机涂层在一般环境下具有良好的防腐性能，但在高温和化学腐蚀环境中的耐蚀性相对较弱。因为高温环境会导致有机涂层的热分解、变色或剥落，从而减弱其防腐性能。第二，无机涂层。无机涂层主要由无机材料组成，如瓷砖、磁砖和陶瓷涂层等。无机涂层对化学物质和腐蚀性介质具有较高的耐腐蚀性能，尤其适用于酸性环境、高温煤气腐蚀等特殊环境。

3 水质管理

  进行水质分析和定期监测是有效的水质管理步骤。通过对水源水质进行分析，可以了解其化学成分、溶解氧含量和微生物数量等。以便于及时采取相应措施进行调整和防护。第一，滤水是一种常见的水处理技术，通过使用滤网、滤芯等物理过滤手段去除水中的悬浮颗粒物和杂质。这些颗粒物和杂质包括泥沙、锈蚀颗粒、悬浮微生物和其他固体颗粒。滤水过程中，水通过过滤介质，如石英砂、活性炭或陶瓷滤芯等，这些介质具有不同的孔径和过滤效果。较大的颗粒物被滞留在滤芯表面或孔隙中，从而实现了悬浮颗粒物的去除，达到改善水质，减少管道内部沉积物目的。第二，软化是一种去除水中硬度物质的水处理技术。硬度主要由钙和镁离子组成，常常以碳酸钙和碳酸镁的形式存在于水中。当硬度物质过多时，会在管道内壁产生垢垫，影响水流畅通性和热传导效率，增加腐蚀的风险。软化过程中，常用的方法包括离子交换和反渗透。离子交换是将硬度离子与交换树脂中的钠离子进行置换，从而去除水中的硬度物质。反渗透则是通过半透膜的选择性通透性，将水中的硬度物质和其他溶解物质分离，从而获得软化水。第三，消毒。是一种常用的水处理方法，旨在杀灭水中的细菌和微生物，减少其对管道的腐蚀作用。常见消毒方法包括紫外线消毒、臭氧消毒和氯消毒。紫外线消毒利用紫外线辐射杀灭细菌的DNA，破坏其生物活性。臭氧消毒则是通过臭氧气体的氧化作用，破坏细菌的细胞壁和代谢功能。氯消毒是通过添加氯化物或次氯酸盐等含氯化合物来杀灭细菌和微生物。总之，消毒可以有效降低管道中微生物的数量，从而减少微生物引起的腐蚀作用，保证了水的卫生安全和管道的健康运行。

三、结束语

综上所述，通过对管外腐蚀成因的深入了解，并采取合适防护措施，可以保障表面蒸发式空冷器的正常运行，并提高设备的可靠性和稳定性，为工业生产保驾护航。

参考文献：

[1]刘昱杰,杨树方,李德义,等.表面蒸发式空冷器管束失效分析与防护研究[J].表面技术, 2022, 51(12):7.

[2]陈建昌,袁国光,韩向红.表面蒸发式空冷器运行问题及对策分析[J].  2021.

[3]张启生.间接蒸发式空气冷却器:CN202021873923.5[P].CN212931074U[2023-07-04].