板式换热器腐蚀与防护技术简析
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摘 要：为使板式换热器设计、板材材料、制造、营销和使用等单位对板式换热器可能出现的腐蚀类型、腐蚀机理有所了解，以减少因腐蚀造成的损失，本文就板式换热器腐蚀与防护技术进行了简要分析。
关键词：换热器；腐蚀；防护；技术
中图分类号：TG17 文献标识码：A
1 腐蚀概述
腐蚀是材料在环境的作用下引起的破坏或变质。
1.1典型金属腐蚀的形态
（1）晶间腐蚀：沿着晶粒边界发生的选择性腐蚀，是腐蚀深入到金属体内的一种腐蚀状态，减弱了晶体相互间的结合力，使金属脆化，强度降低，可导致突发性的灾难性事故。奥氏体不锈钢、CuAl2合金易于发生晶间腐蚀。不锈钢焊接热影响区的腐蚀通常是晶间腐蚀。
（2）氢损伤：金属在腐蚀过程中产生的活性H原子扩散进入金属内部后造成金属开裂，表现形式有氢鼓包、氢脆、氢诱导裂纹延迟破坏，这些破坏可以在无外加应力时发生。
（3）腐蚀疲劳：腐蚀疲劳是指在腐蚀介质和交变载荷共同作用下，使金属材料的疲劳极限大大降低，造成设备的承压元件发生破裂，压力容器的疲劳破裂大部分都是腐蚀疲劳破裂。
（4）应力腐蚀开裂：材料在腐蚀和定向应力的作用下产生开裂。SCC是一种自发过程，当金属处在特定的环境中时就可发生，发生应力腐蚀的三要素是：特定的金属材料、特定的介质、应力。应力腐蚀破裂（SCC）具有突发性及强破坏性等特点，是能源、石油、化工、航空等领域危害极大的一种设备失效形式。
影响SCC的因素：①力学因素：现有的研究结果证明，应力增大，发生破裂的时间缩短，应力的来源可以是结构应力、加工残余应力、焊接残余应力、工作压力、热应力、化学反应应力、腐蚀产物应力等。冷加工硬化是不锈钢抗应力腐蚀性能下降的重要原因。②破裂时间：材料承受恒拉伸载荷产生SCC时，起初裂纹扩展速度变化不大，随着裂纹的扩展，材料截面积减少，承受的拉应力上升，裂纹扩展加速，当材料截面积减少到材料所承受的拉应力达到材料的强度极限时，发生机械性破坏，导致材料瞬断。③环境因素：特定的材料需在特定的介质中才可能发生SCC，大量的研究结果表明，湿硫化氢环境是低合金钢发生SCC的敏感介质，卤族元素是导致奥氏体不锈钢发生应力腐蚀的敏感介质。④腐蚀产物因素：腐蚀产物锲入金属基体，导致变形区域产生极大的应力，同时，大量的疏松的腐蚀产物覆盖在金属表面，可截留和吸附腐蚀介质，在电化学机理的作用下加速金属的腐蚀，有利于金属表面发生阻塞电池腐蚀，缩短了裂纹的孕育期，并加速裂纹的扩展。⑤材料：在特定的介质中，不同的材料的应力腐蚀敏感性完全不同，正确的选材是避免应力腐蚀的关键。从材料化学成份方面来说，不锈钢板片中影响H2S腐蚀的主要化学元素是Mn和S，Mn元素在设备焊接过程中，产生马氏体和贝氏体高强度、低韧性组织，表现出硬度极高，使材料的SSCC敏感性增加。S元素则在钢中形成MnS、FeS非金属夹杂物，致使局部显微组织疏松，在湿H2S环境下诱发HIC或SOHIC。故对用于湿H2S环境的板片，其锰、硫含量及非金属夹杂级别都不允许超标。超低碳也通常是提高合金抗SCC的重要手段。
2影响腐蚀的因素
2.1腐蚀环境的介质成份和浓度
对于腐蚀性较弱的组份形成的电解液，随着电解质的浓度增加，溶液的导电性增加，腐蚀性也增加。对于非电解质溶液，腐蚀性也随浓度增加而增加。选材时有必要考虑的介质的浓度变化和操作条件的变化、介质的浓度分布差等。
2.2 温度：在腐蚀性介质中，一般温度每升高10℃，腐蚀速度约增加1～3倍，因为温度升高，介质扩散速度增大，同时溶液的电阻下降，化学反应的动力增加，使腐蚀电池的反应速度加快。但对于某些气体溶解在介质中造成腐蚀的环境，温度升高，腐蚀速度大大下降，如氧溶解在水中使钢铁腐蚀，当温度对于80℃以上时，腐蚀显著下降。温度对腐蚀的影响是复杂的，一般不能由一个温度下的腐蚀去推断其它温度下的腐蚀率，特别是当介质中有某些杂质存在时，对于某种材料一般在特定的环境中都规定了材料的许用温度极限。对于气相环境，介质的露点温度是防腐蚀控制的重要温度，设备的温度分布差会形成温差电池，导致设备的局部腐蚀。
2.3 pH值：一般pH值越小，对于一般金属的腐蚀越快，但对于两性金属如Al、Zn、Pb在pH值为5～8时耐蚀性较好，当pH值降低或升高时，都将导致材料的快速腐蚀。在研究上，通常利用“pH-E”图研究pH值在不同电位下对金属腐蚀的影响。
2.4 其它因素影响。a 流速：多数情况下，流速越大，腐蚀越强，它会造成保护膜破坏、引起冲击、磨损、空泡腐蚀。但对于避免浓差电池腐蚀、减轻缝隙和死角处的局部腐蚀，防止铝、不锈钢的Cl-点蚀等有利。对于不同的材料，由于抗冲刷的能力不同，对介质的最大允许流速限制也不同。b 腐蚀产物和膜：腐蚀产物形成的膜分2类，一类是较厚的不溶于水的膜，这类膜可能不透水，因而具有保护作用，另一类是透水的可能造成局部腐蚀。大多数腐蚀产物具有良好的导电性，电位比金属的高，使暴露的金属成阳极，促进腐蚀。这一点在设备更新时应特别引起重视，如某地下水管道因腐蚀穿孔更换了一段新管，但不到半年新管线又发生了穿孔，有人怀疑是新管的质量不好，实际上是的新管处于两段旧管之间，由于旧管上的腐蚀产物的作用，使新管成为了阳极而遭受腐蚀，对于换热器同样也可能存在类似的现象。另一类膜是极薄的膜，即“钝化膜”，如不锈钢、钛、铝等材料上的表面膜，具有很好的保护作用，几乎可使金属的腐蚀停止，膜破损时，在一定的条件下可自行修补。c 自然环境：自然环境包括大气、水、土壤，它们对设备的基础、外壁的腐蚀也是不容忽视的。d 腐蚀控制经济学：腐蚀本身是一个经济学问题，确定设备的合理使用寿命对于腐蚀控制方案的制定有重要的意义。选材或防护措施的制定的目的也就是从材料的价格和来源、制造成本、设备寿命、检修周期、维护费用，防腐蚀施工和运行费用、停产损失、设备残值等方面综合考虑，选择最佳的腐蚀控制方案。
参考文献
[1]何业东，李晓刚，黄伯云.材料腐蚀与防护[M].长沙：中南大学出版社，2009.3.