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板式换热器腐蚀的一些原因

2022-05-26 tianfa

导读:垢下腐蚀是一种特殊的局部腐蚀现象。垢下腐蚀的机理为当水中的各类杂质在换热器的缺陷部位结垢时,会形成垢下缺氧、垢外富氧的特殊环境。在该环境下形成以低电位铁素体为阳极,高电位碳化铁为阴极的腐蚀电池,从而导致换热器垢下腐蚀的发生。根据沉积物种类不同,分为无机盐结垢、污垢、生物黏泥和物料沉积 4 种形式。

板式换热器常见的的腐蚀形态有垢下腐蚀、氯离子腐蚀、冲刷腐蚀、应力腐蚀等几种类型。

1.垢下腐蚀

垢下腐蚀是一种特殊的局部腐蚀现象。垢下腐蚀的机理为当水中的各类杂质在换热器的缺陷部位结垢时,会形成垢下缺氧、垢外富氧的特殊环境。在该环境下形成以低电位铁素体为阳极,高电位碳化铁为阴极的腐蚀电池,从而导致换热器垢下腐蚀的发生。根据沉积物种类不同,分为无机盐结垢、污垢、生物黏泥和物料沉积 4 种形式。

垢下腐蚀不仅影响换热介质的流动效率以及换热效率,还导致了设备的腐蚀失效,对换热器工作造成了巨大影响。

2.氯离子腐蚀

(1) 循环介质温度:在含氯离子工况的介质中, Cl- 腐蚀开裂的敏感性随温度升高而增强,较高的温度进一步促进了 Cl- 腐蚀的发生。

(2) Cl- 浓度:随着 Cl- 浓度不断增加,腐蚀敏感性也逐步上升,尤其当温度较高时,应力腐蚀断裂敏感性随 Cl- 浓度的增加而不断增大。

3.冲刷腐蚀

换热器中的流体流速相对较高时,对含有固含物及复杂阴阳离子的介质工况,冲刷腐蚀就变得尤其明显。冲刷腐蚀是冲刷磨损与电化学腐蚀相互作用的结果,相较于相同条件下单纯的冲刷磨损或者电化学腐蚀,冲刷与腐蚀协同作用所造成的材料损失要远大于这 2 种因素单独作用之和。

一般情况下,机械磨损在冲刷腐蚀中占据主导地位,因此,设备本身所选材料的硬度是影响冲刷磨损的最根本因素。

在冲刷腐蚀中,冲刷磨损与电化学腐蚀相互促进,设备内部流体通过不断的冲刷,一方面为电化学腐蚀过程提供了大量的氧,促使电化学腐蚀进一步加速。另一方面,流体的冲刷使得材料表面的钝化层在机械力的作用下逐渐减薄甚至消失,使得电化学腐蚀更容易发生。同时,由于机械的冲刷导致材料表面产生凹坑,从而增大了设备的比表面积进而促进电化学腐蚀的发生。电化学腐蚀的不断发生,使得材料的表面变得更加粗糙,从而引起了微湍流的出现,并促进了冲刷磨损,同时,电化学腐蚀还可以破坏材料表面的加工硬化,不仅降低其疲劳强度,同时,也促进了冲刷磨损。

4.应力腐蚀

应力腐蚀是在一定的应力条件下,材料与环境中的腐蚀介质相互作用从而引发的材料破坏的过程。影响因素主要可分为以下几点。

(1) 应力强度:材料所受应力强度是材料发生应力腐蚀的重要影响因素,当材料所受应力超过一定范围后才会诱发应力腐蚀,且材料的应力腐蚀敏感性随残余应力的增加而上升。

(2) 工作温度:在低电导率、低含氧量的条件下,304 不锈钢于 200 °C附近出现应力腐蚀的速率峰值,且后续有减小趋势,而在溶解氧或电导率较高的水中,速率随温度升高而增大,但当温度 >150~200 °C时,其增长速率减缓。

(3) pH 值:材料所处环境的酸碱性对于其应力腐蚀的敏感性具有较大影响。以不锈钢为例,当溶液 pH 值 <7 时,材料敏感性随 pH 值的降低而增加。

(4) 溶液中的溶解氧以及阴离子:根据研究发现氯离子、硫酸根离子、硫化物等对应力腐蚀敏感性的影响较为显著。同时,溶解氧含量在一定范围内对材料的裂纹扩展速率也有着显著影响。当溶液中溶解氧含量 <200 μg/L 时,裂纹扩展速率随含量的增加而明显上升,但当含量 >700 μg/L 时,裂纹扩展速率随溶解氧含量的增加趋于平缓。

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