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循环水换热器腐蚀原因分析及改进措施
2012 年某装置大检修期间，发现循环水换热 器均有不同程度的腐蚀，部分换热器腐蚀极为严 重。查阅近几年循环水中铁离子含量和挂片腐蚀 速率，2011 年铁离子和腐蚀速率分析数据存在异 常。而循环水中铁离子含量和挂片的腐蚀速率反 映了循环水系统设备腐蚀程度。
1 换热器腐蚀原因分析
1. 1 结垢对换热器腐蚀影响 影响结垢的因素包括污垢含量、氧浓度、换热 器温度等。垢下封闭区金属为阳极，阳极反应则 是铁的溶解。垢层越厚，则越易在垢下产生腐 蚀，并向纵深发展直至穿孔，这也就是所谓的垢下 腐蚀。从本次检修打开的换热器可以看出，换热 器结垢比较严重，机械清洗污垢以后，换热器有明 显的坑蚀现象，这与垢下腐蚀结果相吻合。
1. 1. 1 盐类 水中的盐类主要是钙、镁、钠等离子的形成的 化合物，离子浓度越高，水的导电性增强，也就加快 了电化学腐蚀。其中钙、镁离子是换热器结垢一个 重要因素，GB50050—2007 《工业循环水处理设计 规范》要求“钙硬度 + 碱度”不超过 1 100 mg /L， SH3099—2000《石油化工给水水质标准》要求“钙 硬度 + 碱度”不超过1 000 mg /L。近几年来循环水 中“钙硬度 + 碱度”为 1 050 mg /L， 超过石油化工行业要求。高浓度钙、镁离子很容易 造成换热器结垢，引起金属垢下腐蚀。
1. 1. 2 泥渣和粉尘砂粒等悬浮物 水中悬浮固体的增加会加大腐蚀速率，同时 悬浮物的沉积还会引起沉积物下金属的电化学腐蚀。循环水中浊度是判断悬浮物多少的标志。浊 度又是水质的综合指标，除了表示悬浮物的多少 外，还能间接地反映出水中微生物情况，降低浊度 是防止污垢沉积的有效手段，浊度越低对减缓设 备的腐蚀与结垢越有利。SH3099—2000《石油石 化行业给水排水水质标准》中规定除炼*****业浊 度不超过 20 FTU，其他行业浊度不超过 10 FTU。 查看近几年浊度分析指标，循环水浊度 指标靠上线运行，而且存在超指标运行现象。因 此，可以判断出泥渣、粉尘、砂粒等悬浮物结垢，是 引起换热器发生电化学腐蚀原因之一。
1． 1． 3 天然有机物群生物群体 循环冷却水在循环过程中，空气中带入菌类、 微生物，可使菌藻迅速繁殖。菌藻的大量繁殖，形 成生物黏泥沉积在金属表面，易产生电化学腐蚀。 同时一些微生物的新陈代谢过程也参与了电化学 过程，促使腐蚀加速。异养菌代表了水中全部细 菌的数量，因此，行业标准要求异养菌指标不超过 1 × 105 个/ m3 ，实际循环水中异养菌控制在 12 ～ 1 300 个/m3 。 黏泥量可以直接反映出循环冷却水系统中微 生物的危害情况，行业标准要求黏泥量炼油不超 过 5 mL /m3 ; 化纤、化肥不超过 3 mL /m3 ; 实际循 环水黏泥量控制不超过 0. 35 mL /m3 。
1. 2 水中离子的质量浓度对腐蚀的影响 高质量浓度盐类将使水的导电性增大，易发 生电化学作用，增大腐蚀电流促使腐蚀加剧。循 环水中 Cl － 和 SO4 2 － 等离子的含量高时，会增加水 的腐蚀性。Cl － 不仅对不锈钢容易造成应力腐 蚀，而且还容易破坏金属上的氧化膜，因此，Cl － 也是使碳刚产生点蚀的主要原因。通过分析 近几年循环水氯离子运行状况可以发现: 除装置 停车以外，氯离子质量浓度在 300 mg /L 左右运行 ，比较平稳。与行业标准要求氯离子质 量浓度不超过 700 mg /L 相差较远。
1. 3 水的 pH 值对腐蚀的影响 pH 值偏酸性时，则碳钢表面不易形成保护膜，而且 H + 又是很好的去极化剂，促进腐蚀电池 阴极电子的转移，故 pH 值偏酸性时，其腐蚀速率 要比 pH 值偏碱性时高。近几年来，循环水 pH 值 运行比较平稳，除全厂停车和循环水清洗预膜阶 段外，pH 值都为 8 ～ 8. 8。
1. 4 水流速度对腐蚀的影响 一般来说，水流速度为 0. 6 ～ 1. 0 m / s 时，腐 蚀速度最小。当然水流速度的选择不能只从腐蚀 角度出发，还要考虑到传热的要求，流速过低会使 传热效率降低和出现沉积，故水走管程的换热器 的冷却水流速不宜小于 0. 9 m / s。水走壳程时， 流速不应小于 0. 3 m / s。～ 1. 48 m/ s，存在同类( 管程或壳程) 换热器之间冷 却水流速相差较大。壳程换热器流速偏大的现象。
1. 5 循环水清洗预膜对设备腐蚀的影响 化学清洗是将设备上的污垢、油污和黏泥等 附着物通过添加药剂的方法清洗掉，然后再添加 化学药剂使金属表面附着一层保护膜，防止设备 腐蚀。因此，化学清洗、预膜好坏对防止设备腐蚀 有很大关系。 近几年来，装置清洗预膜工作均在药剂厂家 的指导下开展清洗预膜工作。通过查阅循环水清 洗预膜方案以及与化学清洗预膜有关的资料，发 现 2010 年换热器预膜过程中未严格执行预膜 方案。 2010 年预膜方案要求 pH 值控制为自然( 即 循环水本身运行 pH 值) 、总磷大于 40 FTU、总铁 不超过 2 mg /L，浊度不超过 20 mg /L。2010 年预 膜期间实际 pH 值均控制在 8. 5 左右，总铁、浊度 多点分析超标，总磷偏低。
通过以上原因分析，引起换热器腐蚀的原因 很多，这里主要从循环水方面分析换热器的腐蚀 原因，2010 年预膜效果不佳是引起装置换热器腐 蚀主要原因，其次循环水硬度、浊度较高引起设备 垢下腐蚀。
2 循环水系统运行改进措施 为保障装置安全平稳运行，2013 年 3 月对 6 台腐蚀严重的换热器进行整体更换，并开展了为 期一年的循环水水质攻关，通过技术改造和提高 循环水运行管理水平，降低了循环水系统腐蚀。
2. 1 优化工艺指标和加强监控 根据水质特点和换热器腐蚀现状，进一步优 化水质运行指标，修订完善工艺卡片，重 点优化循环水中钙硬度、碱度、浓缩倍数指标，降 低水冷器结垢。提高总磷含量，提升防腐蚀能力。 加强班组员工操作考核，杜绝出现超标运行现象， 加强重点设备和重点指标的监控。
2. 2 改进防沙器和排沙系统 南疆地区沙尘天气较多，对循环水中浊度影 响较大，为降低沙尘天气对循环水系统的影响，原 始设计了防沙器，但运行效果不佳。2012 检修期 间将原有腐蚀、堵塞的防沙管线进行更换，并在防 沙线中间再增设进水管线，增大喷水压力，在管线 上设置了排污导淋阀，定期排污。同时对凉水塔 池子底部排沙线更换为 PVC 塑料管线，以前排污 管线为 150 mm 碳钢管线，从建厂开始运行超过 10 a，管线腐蚀较为严重，排污孔被泥沙堵塞，排 污效果不好。通过以上改造，沙尘天气的浊度指 标下降较为明显。
2. 3 调整缓蚀阻垢剂配方和投注量 结合水冷系统腐蚀现状，与水处理药剂厂家 研究，将先前使用的缓蚀阻垢剂配方进行改进，改 进后的药剂阻垢、缓蚀性能更好，抗污染能力增 强。投加质量浓度由原先的 5. 5 ～ 7. 5 mg /L 提高 到 6. 0 ～ 7. 5 mg /L，缓蚀增效剂投加浓度由 4 ∶ 1 提高到 3∶ 1，提升循环水系统缓蚀阻垢效果。
2. 4 吸水池进口过滤网改造 吸水池进口过滤器主要过滤循环水中较大的 悬浮物，如破损的塑料填料。每次装置大检修，打 开换热器封头，换热管上或多或少都附着一些杂 质，影响设备的换热效果。2014 年大检修期间， 在水池入口加装四方形过滤笼，同时对凉水塔旧 填料进行了更换。2015 年装置检修，换热器封头 打开后换热管较为干净，改造效果好。
2. 5 监测换热器蒸汽加热管线改造 腐蚀挂片监测换热器是间接反应循环水系统 运行状况的重要设备，监测换热器运行温度要求不低于 95 ℃。由于在初始建设期间，加热蒸汽从 伴热蒸汽管线引入，冬天防冻保温蒸汽用量大以 后，监测换热器加热温度达不到运行指标。2013 年装置检修期间，直接从 0. 35 MPa 蒸汽管网引蒸 汽至监测换热器后，加热温度运行正常。
2. 6 优化清洗预膜方案 2011 年装置检修后清洗预膜采用液体预膜 剂 KF-615A，控制有机磷大于 40 mg /L。2013 年 装置清洗预膜前，在总结上周期预膜工作经验教 训基础上，讨论细化了清洗预膜方案。并采用整 体清洗预膜方式，使用预膜剂 KF-260，控制总无 机磷大于 120 mg / L，增加预膜厚度。
2. 7 防止水冷器结垢 由于新鲜水总硬度超过 300 mg /L，属于高硬 度水质，水冷器容易结垢。车间为每台换热器加 装循环水排污导淋，每周进行排污，防止在换热器 封头处泥沙淤积。其次每半年开展一次水冷器测 流速工 作，调整循环水流速合格，降 低 换 热 器 腐蚀。
3 结 论 针对水冷器大面积腐蚀状况，从审查管理标 准、制度以及多年水质运行记录、循环水装置操作 记录入手，分析出 2010 年预膜效果不佳是引起装 置换热器腐蚀主要原因，其次循环水硬度、浊度较 高引起设备垢下腐蚀。在循环水系统后续运行 中，装置采取了优化工艺指标，降低循环水浊度、 改进缓蚀阻垢剂配比等措施，降低循环水系统的 腐蚀，并取得了很好的效果，装置碳钢材质设备腐 蚀速 率 控 制 在 0. 03 mm /a 左 右，远 小 于 指 标 要求。
4 结 语 由循环水水质引起换热器腐蚀是一个长期过 程，潜伏期长，设备破坏面广，往往对生产会造成 较大影响，因此各级生产管理部门要高度重视，将 循环水作为常态化管理。
