板式换热器缝隙腐蚀_雷国庆 - 副本

收稿日期:2003-01-25作者简介:雷国庆(1973-),男(汉族),甘肃白银人,工程师,学士,从事板式换热器相关技术的研究。文章编号:1000-7466(2003)04-0066-02板式换热器缝隙腐蚀雷国庆,张治川(兰州石油机械研究所,甘肃兰州730050)摘要:根据影响缝隙腐蚀的因素,分析了垫片式与焊接式2种板式换热器存在的各种缝隙腐蚀,提出了相应的解决措施,通过合理的结构设计控制腐蚀速度,可以提高板式换热器使用的可靠性。关键词:板式换热器;不锈钢;缝隙腐蚀中图分类号:TQ051.5文献标识码:B不锈钢表面若存在金属和非金属夹杂物、灰尘及脏物,或者由于结构上的原因设备的凹处、螺栓联接、垫片(圈)、管子与管板胀接和与非金属接触等处,均可形成缝隙。当这种缝隙结构暴露在腐蚀介质中时,在缝隙的局部范围内常发生严重的腐蚀,这种由于预先存在缝隙引起的腐蚀称为缝隙腐蚀。此外,在金属表面沉积物下边的局部范围内也可能产生严重的局部腐蚀,这又是1种特殊的缝隙腐蚀称为垢底腐蚀。根据缝隙形状的不同缝隙腐蚀具有一定的腐蚀形态,轻微时可以是缝隙内的全面腐蚀,严重时多为成片的点蚀状或溃疡状。几乎所有的金属材料都可能发生局部腐蚀,而象不锈钢那样依靠钝性来提高耐蚀性的金属材料最容易产生缝隙腐蚀。许多腐蚀介质均可以引起不锈钢的缝隙腐蚀,含氯离子的溶液通常是缝隙腐蚀最敏感的介质之一。缝隙腐蚀的缝隙尺寸有一定的条件,既要使缝隙内和缝隙外溶液之间的物质迁移发生困难,还要能允许溶液进入缝隙内形成缝隙内外介质的氧浓度差而形成浓差电池。不锈钢缝隙内表面与缝隙外钝性表面的电位差,是缝隙腐蚀发展的推动力[1]。1影响缝隙腐蚀的因素[2](1)几何形状的影响缝隙腐蚀的重要影响因素是几何形状,在缝隙宽度为0.5mm时最容易发生,在大于或者小于0.5mm时次之。缝隙的宽度、深度以及内外面积比决定着氧气进入缝隙的程度、电解质组成的变化、电位的分布和宏观电池性能的有效性。(2)环境因素的影响①随着溶液中氧气浓度增加,缝隙外部阴极反应随之加速,缝隙腐蚀量便增加,一般溶液中溶解氧小于0.5×10-6时,有可能不引起缝隙腐蚀。②随溶液pH值减小,阳极溶解速度增加,则缝隙腐蚀量增加,且缝隙内的实际pH值与氯离子的浓度有关。③溶液Cl-的含量越高,缝隙腐蚀敏感性也越高,对于含有非氧化性的氯化物和溶解氧的体系而言,当Cl-含量大于0.1%时,就可能引起缝隙腐蚀。④一般介质随着温度的升高,缝隙腐蚀的倾向性变大。2板式换热器缝隙腐蚀分析2.1垫片式板式换热器缝隙腐蚀在垫片与板片接触的垫片槽内,板片与垫片是金属与非金属的接触,因为涂有粘接剂,就存在微观上的缝隙,如果粘接剂含Cl-(如氯丁胶系列401、801)或者介质条件是水汽含氯,则很容易被腐蚀。在板片与板片之间有一定的接触表面,触点因为一些特殊原因存在两侧压力的波动,不会形成缝隙腐蚀,但会生成应力引起的尖端腐蚀。在板片的凹坑处如果结垢,特别在低温侧也会产生特殊的缝隙,而形成垢底腐蚀。2.2焊接式板式换热器缝隙腐蚀(1)单个板片两两组焊成一束时,因为结构的原因未能单面焊双面成型填补两板片间自然形成的缝隙,在有Cl-的情况下会形成缝隙腐蚀,组焊结构见图1。图1a的结构存在较长的侧边,因为变形自然形成了很长的缝隙,而焊接只发生在侧边的外缘,缝隙内介质不流动,Cl-易富积发生缝隙腐蚀,而图1b第32卷第4期2003年7月石油化工设备PETRO-CHEMICALEQUIPMENTVol.32No.4July2003的结构避免了很长的缝隙,且单面焊双面成型。(2)两两焊在一起的板束与厚板焊接时,也存在焊缝未能熔透背面的间隙而形成缝隙腐蚀的情况,焊接结构见图2。在图2a的结构中,薄板与厚板之间形成了很长的缝隙,易发生缝隙腐蚀,图2b的结构则避免了缝隙。在连接处还有很多结构,如加过渡板(板厚根据薄板与厚板的具体厚度而定,一般取2～4mm)等,形成薄板与接近薄板的过渡板的焊接。过渡板再与厚板焊接。(3)由于坡口未清理干净,油污、灰尘等形成有气孔的焊缝、焊缝接弧处、未焊透处均为缝隙腐蚀的发生创造了条件。(4)为了板片与板片相互之间定位而点焊搭接不牢或飞溅物破坏了不锈钢母材的钝化膜均可形成缝隙腐蚀,这种点焊结构见图3。图3a的结构因两板片容易错位且形成虚焊,靠触点点焊定位。图3b结构是两板片触点靠面定位,则点焊能够完全将两板片同时熔合。当然焊接式板式换热器也存在因为介质在板片上的结垢而形成的垢底腐蚀。图1单个板片组焊结构示图图2板片与厚板焊接结构示图图3板片间触点点焊结构示图3解决措施对垫片式板式换热器缝隙腐蚀,粘接剂应选用非氯丁系列的如薄膜粘剂、706等,或者可对板片进行化学转化处理,使其表面形成特殊的保护膜,延长腐蚀产生的孕育期。对焊接式板式换热器已存在的缝隙