空冷器管束腐蝕原因及防護措施
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)，然而由于空冷器管束經(jīng)常處于高溫、高壓、高腐蝕的工況狀態(tài)下，因此對其耐腐蝕性能有較大的考驗。一旦空冷器管束發(fā)生腐蝕，將直接影響設(shè)備安全、穩(wěn)定運行。因此，對管束常見腐蝕類型進行分析，并實施可行的保護措施，對于提高產(chǎn)品使用壽命意義重大。
一、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（主要為氯離子）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，由于點蝕嚴重時可使設(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，有兩方面重要影響因素需要考慮：
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，會使其耐點蝕性能增強，但是在冷加工使金屬表面產(chǎn)生冷變形加工硬化時，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，一般需要進行點腐蝕試驗評定。點腐蝕試驗一般可分為化學(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，并需要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
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以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
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呈溝槽、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)、力學(xué)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體流過部件的形狀、結(jié)構(gòu)、流速和流態(tài)有很大的關(guān)系。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，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
晶間腐蝕是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)生晶間腐蝕的條件包括：
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)生嚴重的晶間腐蝕。
目前標準規(guī)定的晶間腐蝕試驗方法及其評定方法基本有5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稱為應(yīng)力腐蝕。作為一種脆性失效模式，應(yīng)力腐蝕具有極大的危害性。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，屬于應(yīng)力腐蝕開裂。
空冷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物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）。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。
二、腐蝕率測試
腐蝕率是評定金屬耐腐蝕性能的重要指標。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。
1、電阻法
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)監(jiān)測，能夠準確反映設(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)控腐蝕速度較大的工況。
2、線性極化法
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，可以及時反映管束工況條件的變化，然而此方法是基于穩(wěn)態(tài)條件獲得腐蝕速率的，因此適用于所測物體是均勻腐蝕或全面腐蝕，不適用于局部腐蝕。
3、失重法
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)與空冷器主體承壓材料一致，掛片的形狀、大小可根據(jù)試驗情況和需要確定。試驗前應(yīng)對掛片進行表面處理，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，從而測定其腐蝕速率。
三、腐蝕防護措施
1、合理選用材料
正確選用材料是控制腐蝕的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，且應(yīng)遵循以下原則：
a. 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，合理選材；
b. 材料的物理性能、力學(xué)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、沖擊韌度、疲勞性能、耐熱性能以及可焊性等。對于空冷器管束，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)良的耐腐蝕性、高強度且易于制造加工，集諸多優(yōu)異性能于一身，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。
2、合理設(shè)計結(jié)構(gòu)
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，嚴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。需要注意以下幾點：
a. 外形力求簡單；
b. 防止積水和積塵；
c. 盡量避免尖角、凹槽和縫隙；
d. 盡量避免電位相差較大的金屬連接；
3、改進制造工藝
材料在加工和裝配過程中，也會造成腐蝕或留下腐蝕隱患，需要特別注意以下情況：
a. 機加工過程容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力；
b. 應(yīng)慎重選擇熱處理規(guī)范，避免因熱處理不當引起的晶間腐蝕、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；
c. 焊接方式不同，材料的腐蝕敏感性亦不同，為減小焊接后的應(yīng)力，還應(yīng)注意焊接順序的設(shè)計，盡量減小工件的變形，焊接后焊縫處的殘渣應(yīng)及時清理，以避免引起局部腐蝕；
d. 對于工件焊接、加工完成后應(yīng)進行脫脂、清洗處理，避免殘液腐蝕工件，在特定工況環(huán)境下，空冷器管束可采用鎳磷鍍方法進行內(nèi)部防腐處理；
e. 設(shè)備裝配時不應(yīng)造成過大的裝配應(yīng)力，設(shè)計時要提高精度減小公差，裝配時要采用合理的裝配方法，避免應(yīng)力集中。
四、結(jié)束語
只有對設(shè)備腐蝕類型有深入了解，才能對其進行有效控制，并加以防護，有效保證空冷器管束安全、穩(wěn)定運行，提高使用壽命，因此對材料、設(shè)備的腐蝕研究是行業(yè)的重要研究課題之一。
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