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【摘 要】换热器是石化行业常用的热能交换设备，由于尿素装置中换热器工作介质属于强腐蚀性介质，同时伴有一定的高温，导致换热器面临较大的腐蚀威胁，影响设备的正常使用。换热器中换热管的表面腐蚀容易引起换热器泄漏，引发安全生产事故，因此探究化工设备换热器的腐蚀机理和防腐措施十分必要。
【关键词】尿素装置;换热器;腐蚀机理;防腐措施
1.换热器腐蚀的主要原因
引起腐蚀的原因是多方面的，主要有制造换热器的材质、换热器结构、加工制作工艺、水质等。下面就几个主要方面加以说明。
1.1材质问题
换热器除少数采用不锈钢、铜与钛合金及非金属材料的石墨、玻璃、聚四氟乙烯等特殊材质外，通常情况下一般选用碳钢作为换热器的制作材料，相较于合金钢而言，碳钢内的碳含量较低，还包含少量的硅、磷、硫等物质，导致其力学性能与耐腐蚀性能有所下降，极易产生生锈、腐蚀等问题，造成一定的经济损耗。
1.2换热器进出口温度
与大多数化学反应一样，腐蚀的速度与温度呈现出正比关系，溶液的电导会随供水温度升高而得到一定的加强，导致其中腐蚀电流增加，降低了水的粘性，为阳极与阴极创设了良好的反应条件，进一步加剧了换热器腐蚀问题。
1.3水质问题
换热器的腐蚀与水质问题密切相关，其中含气量、PH 值与离子浓度都是导致换热器腐蚀的主要原因之一。从含气量层面出发，当换热器管道中含有过量空气时，受换热器内部压力与温度的影响会阻碍水循环，其中的氧气也会对于金属产生严重的腐蚀作用; 从PH 值层面出发，倘若水的PH 值过小会为阴极反应创造良好的条件，加快金属腐蚀速度; 从离子浓度层面出发，当水中含有较多阴离子时，也会加剧换热器的腐蚀作用。
1.4电化学腐蚀
换热器内部的高速流体可以避免流体的沉降和板结，但在长期使用过程中会出现一定介质沉积情况，尤其在工作将近结束的区域，介质流速降低，会在换热管内沉积较多的沉积物。受到管内流速和沉积物性质的影响，沉积物在换热管表面分布并不均匀，粘连也不牢固，容易形成间隙和裂缝，导致沉积物间隙和间隙之间的含氧量不同，引起部分位置的电化学腐蚀，包括面积还原腐蚀、阳极氧化腐蚀等，阳极金属溶解，阴极金属还原为中性、碱性或酸性溶液。同时，由于缝隙内外产生的电化学反应速度并不均匀，在一定程度上扩大了腐蚀面积，对换热器的正常使用造成更大的危害。此外，换热器内部壳体衬里间若存在焊接缺陷，造成介质与壳体主体直接接触，在材质与化学反应共同作用下发生电化学腐蚀，直接导致换热器壳体腐蚀泄露。以今年3月我尿素装置2起换热器腐蚀案例为例：E21/2、E4/2均存在壳体电化学腐蚀泄露现象，即壳程出口接管与壳体304衬里之间的内部焊缝处存在一定缺陷，造成介质与壳体主体材质Q345直接接触，该换热器壳程介质中含有微量的氨气和二氧化碳，它们在一定温度下形成氨根离子和碳酸根离子，与壳体中的铁元素发生电化学腐蚀，最终导致换热器壳体出现泄漏。
2.换热器腐蚀防护的具体措施
2.1选择高效的换热设备
结合炼油生产的特点，选择最佳的换热设备，对换热器的制造材质进行优化，选择耐腐蚀的材质，应用耐腐蚀的合金等材料代替普通的碳钢材料。从防腐性能、耐热性能及性价比等多个角度，考虑换热器的选材，使其满足炼油化工生产的技术要求。
2.2在金属表面覆盖涂料保护层
选择最佳的涂层材料，对换热器的内壁进行涂层处理，使换热器内壁形成一层保护膜，按照一定的厚度进行涂层处理，避免换热器遭受严重的腐蚀。优化涂装技术措施，才能保证涂层达到防腐的效果。对高温的油品换热器进行检修过程中，通过吹扫作用，才能使其达到检修的质量标准，极易损坏涂层，必要时采用镀层技术防护措施，解决涂层易脱落的问题。
2.3炼油化工生产工艺防腐措施
在进行炼油化工生产过程中，为了降低换热器的腐蚀程度，加强对炼油化工生产工艺的管理，对原料油进行预处理，减少其中腐蚀介质的含量，使原料得到净化，达到防腐的效果。对炼油厂换热器进行改进，提高换热的效率，延缓换热器的腐蚀，保证换热器正常换热。对换热器的防腐绝缘層进行监测，如果发生防腐层损坏，进行维修处理，恢复防腐层的完整性，保证换热器处于完好的状况，保证炼油化工生产的正常进行，降低热能的损失，提高热能的利用率，从而达到提高了炼油化工生产的经济效益的效果。
2.4应用电化学保护法
现如今，应用电化学保护法提升换热器的抗腐蚀效果的方法主要分为强制电流（外加电流）阴极保护与牺牲阳极的阴极保护两种方法： 其中强制电流（外加电流）阴极保护主要依靠在换热器外部接入直流电源，实现金属表面阳极的有效转换，然而该方法造成电源能耗较大、成本费用昂贵，因此其推广与应用的力度较小; 另外一种牺牲阳极的阴极保护法是最常用的一种电化学防腐方法。可以利用电化学原理对阴极材料进行保护，在被保护的金属设备表面连接一个电极电位更低的金属，比如在铁材料设备中连接镁、铝、镁铝合金等材料，可以使被保护的金属铁元素作为阴极，增加的金属作为阳极，保护阴极金属材料，避免阴极被腐蚀。在化工换热器设备常见的电化学腐蚀中，可以选择比铁素体电位更低的材料进行保护，比如以铝元素作为阳极，在电化学反应作用下在金属表面形成氧化膜，虽然并不会产生腐蚀电流，但氧化膜也会起到一定的防腐作用。常用的牺牲阳极材料为锌金属，其价格相对低廉且具有良好的阴极极化效果。换热管阴极保护原理见图1。
2.5定期开展维护管理
除应用物理与化学防护方法之外，还应当在日常工作中提高换热器的维护管理力度，最大限度提升换热器的耐腐蚀性能、延长使用寿命。制定切实可行的日常维护制度，合理规划防腐检查工作以及换热器维护工作，要求相关工作人员加强对于换热器的日常维护管理，定期针对换热器内部状况进行检测与清理，避免出现污垢或淤泥堆积而造成换热器内部堵塞，保证防腐效果，实现对于换热器的有效维护。
3.结束语
化工设备换热器在化工生产过程中起着十分关键的作用，直接关系着化工企业的生产效益。本文针对尿素装置换热器腐蚀机理分析与防护措施的总结，展望化工设备换热器容易发生腐蚀而影响设备的使用寿命和使用性能等问题，加强对化工设备换热器腐蚀类型和采用的针对性防腐措施的研究已成为各炼化装置的重要研究问题。希望本文对化工装置换热器的腐蚀机理、有针对性的防腐措施、日常管理等方面给予帮助，共同达到提高化工企业的经济效益，促进化工企业的可持续发展。
参考文献
[1]石新武.不锈钢翅片管换热器流阻与传热特性分析[D].广州：华南理工大学，2012.
[2]王志坤，张昕.重整装置预加氢反应产物换热器腐蚀原因分析[J].石油和化工设备，2004，26（6）：225-227.
【关键词】尿素装置;换热器;腐蚀机理;防腐措施
1.换热器腐蚀的主要原因
引起腐蚀的原因是多方面的，主要有制造换热器的材质、换热器结构、加工制作工艺、水质等。下面就几个主要方面加以说明。
1.1材质问题
换热器除少数采用不锈钢、铜与钛合金及非金属材料的石墨、玻璃、聚四氟乙烯等特殊材质外，通常情况下一般选用碳钢作为换热器的制作材料，相较于合金钢而言，碳钢内的碳含量较低，还包含少量的硅、磷、硫等物质，导致其力学性能与耐腐蚀性能有所下降，极易产生生锈、腐蚀等问题，造成一定的经济损耗。
1.2换热器进出口温度
与大多数化学反应一样，腐蚀的速度与温度呈现出正比关系，溶液的电导会随供水温度升高而得到一定的加强，导致其中腐蚀电流增加，降低了水的粘性，为阳极与阴极创设了良好的反应条件，进一步加剧了换热器腐蚀问题。
1.3水质问题
换热器的腐蚀与水质问题密切相关，其中含气量、PH 值与离子浓度都是导致换热器腐蚀的主要原因之一。从含气量层面出发，当换热器管道中含有过量空气时，受换热器内部压力与温度的影响会阻碍水循环，其中的氧气也会对于金属产生严重的腐蚀作用; 从PH 值层面出发，倘若水的PH 值过小会为阴极反应创造良好的条件，加快金属腐蚀速度; 从离子浓度层面出发，当水中含有较多阴离子时，也会加剧换热器的腐蚀作用。
1.4电化学腐蚀
换热器内部的高速流体可以避免流体的沉降和板结，但在长期使用过程中会出现一定介质沉积情况，尤其在工作将近结束的区域，介质流速降低，会在换热管内沉积较多的沉积物。受到管内流速和沉积物性质的影响，沉积物在换热管表面分布并不均匀，粘连也不牢固，容易形成间隙和裂缝，导致沉积物间隙和间隙之间的含氧量不同，引起部分位置的电化学腐蚀，包括面积还原腐蚀、阳极氧化腐蚀等，阳极金属溶解，阴极金属还原为中性、碱性或酸性溶液。同时，由于缝隙内外产生的电化学反应速度并不均匀，在一定程度上扩大了腐蚀面积，对换热器的正常使用造成更大的危害。此外，换热器内部壳体衬里间若存在焊接缺陷，造成介质与壳体主体直接接触，在材质与化学反应共同作用下发生电化学腐蚀，直接导致换热器壳体腐蚀泄露。以今年3月我尿素装置2起换热器腐蚀案例为例：E21/2、E4/2均存在壳体电化学腐蚀泄露现象，即壳程出口接管与壳体304衬里之间的内部焊缝处存在一定缺陷，造成介质与壳体主体材质Q345直接接触，该换热器壳程介质中含有微量的氨气和二氧化碳，它们在一定温度下形成氨根离子和碳酸根离子，与壳体中的铁元素发生电化学腐蚀，最终导致换热器壳体出现泄漏。
2.换热器腐蚀防护的具体措施
2.1选择高效的换热设备
结合炼油生产的特点，选择最佳的换热设备，对换热器的制造材质进行优化，选择耐腐蚀的材质，应用耐腐蚀的合金等材料代替普通的碳钢材料。从防腐性能、耐热性能及性价比等多个角度，考虑换热器的选材，使其满足炼油化工生产的技术要求。
2.2在金属表面覆盖涂料保护层
选择最佳的涂层材料，对换热器的内壁进行涂层处理，使换热器内壁形成一层保护膜，按照一定的厚度进行涂层处理，避免换热器遭受严重的腐蚀。优化涂装技术措施，才能保证涂层达到防腐的效果。对高温的油品换热器进行检修过程中，通过吹扫作用，才能使其达到检修的质量标准，极易损坏涂层，必要时采用镀层技术防护措施，解决涂层易脱落的问题。
2.3炼油化工生产工艺防腐措施
在进行炼油化工生产过程中，为了降低换热器的腐蚀程度，加强对炼油化工生产工艺的管理，对原料油进行预处理，减少其中腐蚀介质的含量，使原料得到净化，达到防腐的效果。对炼油厂换热器进行改进，提高换热的效率，延缓换热器的腐蚀，保证换热器正常换热。对换热器的防腐绝缘層进行监测，如果发生防腐层损坏，进行维修处理，恢复防腐层的完整性，保证换热器处于完好的状况，保证炼油化工生产的正常进行，降低热能的损失，提高热能的利用率，从而达到提高了炼油化工生产的经济效益的效果。
2.4应用电化学保护法
现如今，应用电化学保护法提升换热器的抗腐蚀效果的方法主要分为强制电流（外加电流）阴极保护与牺牲阳极的阴极保护两种方法： 其中强制电流（外加电流）阴极保护主要依靠在换热器外部接入直流电源，实现金属表面阳极的有效转换，然而该方法造成电源能耗较大、成本费用昂贵，因此其推广与应用的力度较小; 另外一种牺牲阳极的阴极保护法是最常用的一种电化学防腐方法。可以利用电化学原理对阴极材料进行保护，在被保护的金属设备表面连接一个电极电位更低的金属，比如在铁材料设备中连接镁、铝、镁铝合金等材料，可以使被保护的金属铁元素作为阴极，增加的金属作为阳极，保护阴极金属材料，避免阴极被腐蚀。在化工换热器设备常见的电化学腐蚀中，可以选择比铁素体电位更低的材料进行保护，比如以铝元素作为阳极，在电化学反应作用下在金属表面形成氧化膜，虽然并不会产生腐蚀电流，但氧化膜也会起到一定的防腐作用。常用的牺牲阳极材料为锌金属，其价格相对低廉且具有良好的阴极极化效果。换热管阴极保护原理见图1。
2.5定期开展维护管理
除应用物理与化学防护方法之外，还应当在日常工作中提高换热器的维护管理力度，最大限度提升换热器的耐腐蚀性能、延长使用寿命。制定切实可行的日常维护制度，合理规划防腐检查工作以及换热器维护工作，要求相关工作人员加强对于换热器的日常维护管理，定期针对换热器内部状况进行检测与清理，避免出现污垢或淤泥堆积而造成换热器内部堵塞，保证防腐效果，实现对于换热器的有效维护。
3.结束语
化工设备换热器在化工生产过程中起着十分关键的作用，直接关系着化工企业的生产效益。本文针对尿素装置换热器腐蚀机理分析与防护措施的总结，展望化工设备换热器容易发生腐蚀而影响设备的使用寿命和使用性能等问题，加强对化工设备换热器腐蚀类型和采用的针对性防腐措施的研究已成为各炼化装置的重要研究问题。希望本文对化工装置换热器的腐蚀机理、有针对性的防腐措施、日常管理等方面给予帮助，共同达到提高化工企业的经济效益，促进化工企业的可持续发展。
参考文献
[1]石新武.不锈钢翅片管换热器流阻与传热特性分析[D].广州：华南理工大学，2012.
[2]王志坤，张昕.重整装置预加氢反应产物换热器腐蚀原因分析[J].石油和化工设备，2004，26（6）：225-227.