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[讨论帖] 循环水腐蚀

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18391 |44
A13562570752 发表于 2019-12-23 16:30
有氧腐蚀,水如果有充足的氧气补充,腐蚀加剧。常见的例子:静置的盛水铁罐,水下和水上腐蚀都不重,腐蚀主 ...

氧浓差腐蚀,是电化学腐蚀的一种。

 

发表于 2020-1-23 11:51:36

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谈一谈炼油厂冷却器的腐蚀与对策


1  概况
      一般水冷器多数材质为碳钢,所用的水均为重复利用的循环水。冷却器是生产装置的关键设备之一,日常大量的故障及事故抢修,约60%左右是由于冷换设备管束腐蚀泄漏所至。严重影响了生产装置的安全、稳定、满负荷运行。另外,当冷却水与温度较高的介质换热时(水多数走管程 ),水易结水垢,形成锈垢层,增加了热阻,使换热效率严重下降,满足不了生产的需要。所以说,合理选用冷换设备管束材料及控制方法,减少腐蚀,是我们科技人员一直关注的问题。

2  结垢及腐蚀原因
2.1  管束内壁结垢及腐蚀原因分析
    对于大多数冷却器水走管程,因冷却水中含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经传热的金属表面时就发生如下反应:
Mg+2+HCO3-+H2O—MgCO3↓+Mg(OH)2·3MgCO3+CO2
Ca+2+2HCO3__H2O+ CO2 +CaCO3↓
    当水中加有聚合磷酸盐作缓蚀剂时存在如下反应:
    3Ca+2+2PO4-2__Ca(PO4)2↓
    此外溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀,形成铁锈,反应如下:
2Fe+2H2O+O2—2Fe(OH)2  ↓
      反应的结果在传热面上逐渐结垢,同时伴随铁锈的生成。当冷却器运行时,由于垢层的影响,换热效果严重降低。有的个别管束使用不到一年换热管内已被堵死。
      另外,由于水垢的存在,易造成管内壁的垢下腐蚀,使管束的使用寿命下降。
      水对金属表面的腐蚀主要为电化学腐蚀,在腐蚀电池中阴极反应主要是氧的还原,阳极反应则是铁的溶解。碳钢在水中发生的腐蚀反应为:
    阳极反应:2Fe = 2Fe+2 + 4e
    阴极反应:O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
    总反应:2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2↓
     在腐蚀时,铁生成氢氧化铁从溶液中沉淀出来。因这种亚铁化合物在含氧的水中是不稳定的,它将进一步氧生成氢氧化铁。
    2Fe(OH)2+2H2O+1/2 O2 = 2Fe(OH)3↓
之后,氢氧化铁脱水,生成铁锈 。
     2Fe(OH)3 = FeOOH ↓+H2O
    所以说,金属在垢下腐蚀由于本身电化学腐蚀存在自催化作用,将加速金属的腐蚀。
3解决管束腐蚀的方法
     一般情况下,对于冷换设备的管束,采用高耐蚀合金管束是不可取的。因为,一是造价高,二是传热效果不好。所以我厂通过十几年来,根据不同的防腐蚀环境,采用了不同的防腐方法,收到了很好的效果。情况如下:
3.1  在解决管束内壁腐蚀及结垢的情况
3.1.1解决管束内壁腐蚀方面【1】
从79年以来,我厂采用7910涂料进行管束内壁防腐。7910涂料主要成份为环氧与氨基树脂的合成物,该材料属热固化型由高分子组成。在耐弱酸强碱及水中氧化剂腐蚀特别好。防腐后的管束可以在壳程入口温度小于160℃使用,基本解决了管束内壁金属表面腐蚀问题。
从79年到98年累计防腐约250台,可以节约制造费约500万元。
3.1.2解决管束结垢方面
     由于生产装置的操作条件的不同,当水与温度较高的介质进行换热时,在管束内壁有相当一部分结水垢,使换热设备效率下降,影响换热设备的换热效果。根据实际情况,采用了如下的措施:
    (1)应用高压水射流技术    生产装置检修的同时,采用高压水射流技术对管束内壁进行清洗锈垢层。该技术是适合机械清洗条件的设备。它具有清洗能力强,适用范围广。如喷嘴为70MPa以上时,水从特制的喷嘴以超声速的速度射向被清洗物件,如同一把利刃将各类结垢物清除。它的清除质量也是人工清洗无法比的。该技术应用在冷换设备上用来清除金属表面水垢、铁锈及部分结焦物是一个行之有效的方法。以1994年为例,当年共清洗154台,计31491平方米,通过测算可以获得644万元的效益。
    (2)采用化学清洗技术【2】 冷换设备的管程多数走循环水。当与温度较高的介质换热时,容易在管子内壁结垢形成垢层,使冷换效果下降。有的冷却器使用时又停不下来,如果强制停下处理损失很大的。我们采用了化学清洗的方法,避免了设备的停车。情况如下:
    因冷却水大多数含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经金属表面时,有碳酸盐的生成。另外,溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀,形成铁锈。由于锈垢的产生,换热效果下降。严重时不得不在壳体外喷淋冷却水,结垢严重时会堵塞管子,使换热效果失去作用。
    通过试验筛选,硝酸是适用于酸洗水垢的溶剂,因硝酸与水垢(碳酸钙、碳酸镁)发生如下反应:
     2HNO3 + CaCO3 =  Ca(NO3)2+ CO2 ↑+H2O
     2HNO3 + MgCO3 =  Mg(NO3)2+ CO2 ↑+H2O
    因为它溶垢迅速,并且溶解所形成的硝酸盐在水中溶解度大,操作简便等优点。因硝酸溶液本身对金属有强烈的腐蚀作用,在酸洗过程中必须加入一定数量的缓蚀剂及其它助剂,用来保护金属表面。
    通过清洗,达到时生产需要。用该方法解决了部分冷换设备不能停车清洗的要求。节约人力、物力、省时间、清洗质量好,提高工效十几倍。
    (3)采用在线清洗技术   为了必免冷换设备管束使用中不结垢或对结垢的管束清垢。采用了人工机械、高压水射流技术及化学清洗技术均取得较好的效果。但上述方法只是消极的手段,没有从根本上解决问题。
    对于这个问题,可以采用“冷换设备在线自动清洗技术”,该方法是在管束的每根单管内插入一定形状的内插件,通过管内水的流动,可以避免锈垢的形成,收到了很好的效果。
    在线自动清洗技术(也叫弹簧自动在线清洗)是一种机械的方法。其核心是以螺旋形弹簧和固体元件组合成一个简单的机械系统,安装于换热器管内。在流体的作用下,产生连续不断的径向、轴向震动,扰动流体在管内壁部位的层流底层,促进湍流程度,有效地抑制了污垢的沉积,从而减少管内的热阻,增加了强化作用。另外,螺旋弹簧振动与管壁反复磨擦,也使污垢得到清除。
    由此可见,在线自动清洗技术最大的特点是防垢、除垢,并且还能强化传热。从清洗垢角度讲,该方法同化学清洗及其它机械方法相比,不需要外加动力设备,不需停工、停产,在生产运行中就能发挥作用,能使设备在运行中长久、稳定,保持最佳传热状态。
    应用“冷换设备在线自动清洗技术应用试验”。该台设备在使用时易产生水垢,厚度在2毫米左右。使换热效果下降,严重时一年下来部分管子已经堵死。
    使用近28个月中该设备没有发生泄漏,满足了生产需要。装置检修时打开设备,看到管束的管子内壁没有一点水垢,光洁如初。所安装的116根弹簧均完好无损,继续使用。
       在前边已经提到冷换设备管束内壁水垢采用硝酸清洗的方法,收到了很好的效果。但是采用硝酸清除管束外壁锈蚀层效果不理想。因为没有采取防腐措施的管束外表面存在着许多腐蚀产物,不但影响传热效果,同时加速金属表面腐蚀。虽然检修时抽芯子采用高压水射流技术,但效果不理想。
       针对这问题,对管子外表面的锈蚀产物作了X射线衍射分析,其中主要成分为FeS2,Fe3O4,和Fe2O3。通过对比试验采用盐酸溶液加入适当的缓蚀剂的方法效果比较好,同时费用最低。盐酸水溶液对铁的氧化物有溶解作用,原理如下:
     FeO + 2HCl = FeCl2 + 2H2O
     Fe2O3 + 6HCl = FeCl3 + 3H2O
     Fe3O4 + 8HCl = FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O
     Fe + HCl = FeCl2 + H2 ↑

    盐酸是金属设备化学清洗常用的一种无机酸。对于各种铁的氧化物具有较高的溶解速度和溶解能力,生成的盐类溶解性好,操作简便、安全,清洗后的设备状态很好。
     对冷却器管束外壁腐蚀利害的进行了化学清洗。主要方法如下:
    设备预处理----除油脱脂----酸洗----漂洗----钝化
    通过对锈蚀层的化学清洗,收到了很好的效果。
     我厂适合进行化学清洗除锈的冷却器数量较多,通过清洗提高了在用冷却器传热效果,避免了不应有的损失。
4  结论
     但对冷换设备而言,虽然都是用水做冷却介质与油品进行热交换,从而达到换热的目的。但因操作条件不同,所产生的腐蚀形式是不一样的,所以采用的防护方法也是不相同的。比如说,一种防护措施在这种条件下效果好,但是换一种条件效果不一定好。所以说,采用的防护措施在一定范围内,效果可以达到最佳。以上防护方法在不同的环境下使用范围为:
4.1  采用7910涂料对管内壁进行防腐
     该方法用在润滑油系统比较好,因润滑油系统冷换设备一般壳层为润滑油,对管束外表面不腐蚀或腐蚀很小。同时管束外壁的金属表面没有锈蚀产物。所以7910涂料在解决管束内壁腐蚀效果很好,但该材料使用温度应有在160℃以下。
4.2  采用化学清洗技术
    该技术要求生产设备不允许停车的情况下,合理的采用。可以达到不拆卸设备在最短的时间内,使设备恢复正常,提高设备的换热效果。
4.5  采用高压射流技术
    该方法可以结合装置检修,在拆卸设备的同时采用的方法。清洗效果好,特别是清洗管束内壁效果最好,费用低、效率高。
4.3  采用在线清洗技术
    采用该技术是积极主动预防的方法,运用得当可以获得较大的经济回报。使用时要注意循环水的质量,保持水中没有固定杂物,如石子等。因存在这些东西影响弹簧系统正常的工作。
    所以说,根据冷换设备的腐蚀及结垢情况,采用″先看病、再抓药、然后治病的方法”。也就是说,根据冷换设备的使用及腐蚀情况,采用不同的防护方法,可以获得最佳的经济效益。采用什么方法,这就需要我们在实际工作中不断地去研究、试验,不断地总结经验,把冷换设备的腐蚀损失降低到最低程度。

 

发表于 2020-1-23 12:09:44

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Peterpaul彼得保罗
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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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hk523738 发表于 2019-12-29 14:55
测一下循环水的流速,流速低的话可能形成垢下腐蚀。

流速大概1.3米/秒

 

发表于 2020-2-11 15:11:31

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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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猪的念来过倒 发表于 2020-1-15 14:43
水质报告中总硬度 和 钙硬,镁硬不对等,差距很大呀,,

这个是分析员给出的分析报告,循环水用蒸汽冷凝液作为补水源,钙镁含量低,冷凝器在投入使用前未做预膜,锌含量是不是偏低呢?

 

发表于 2020-2-11 15:19:31

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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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yyang029 发表于 2020-1-5 12:39
你的循环水指标好多不合格!钙离子偏低!

是的,主要用蒸汽冷凝液作为补水源进行补水,所以钙镁离子偏低

 

发表于 2020-2-11 17:42:33

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yyang029 发表于 2020-1-5 12:39
你的循环水指标好多不合格!钙离子偏低!

是的,主要用蒸汽冷凝液作为补水源进行补水,所以钙镁离子偏低

 

发表于 2020-2-11 17:42:38

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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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hldxc 发表于 2020-1-16 10:58
拍一张腐蚀点照片大家看看

[img][/img]

 

发表于 2020-2-11 17:44:11

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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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本帖最后由 dobmyself 于 2020-2-11 17:46 编辑

列管腐蚀图片

 

发表于 2020-2-11 17:44:53

a7953dd64587d8e9f841369d9496dd0.jpg

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树 发表于 2020-1-3 14:14
这种情况的话 就加一些缓蚀剂药剂进去   碳钢管道正常使用是很容易被腐蚀的

之前加了些缓蚀剂进去,但是含量可能太低,锌含量很低,可能造成腐蚀严重,后期加入硫酸锌作为缓蚀剂不知道有没有效果

 

发表于 2020-2-11 17:49:44

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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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qugd 发表于 2020-1-8 22:20
楼主最好再把以下几个水质参数分析一下:

溶解氧

这三个检测项目我们单位分析室做不了

 

发表于 2020-2-11 17:50:37

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aslycsq 发表于 2020-1-16 11:38
循环水处理是自己做还是委托了水处理公司?一般是外委水处理公司来做,他们有专业服务人员根据水质不断调整 ...

公司自己做,请了个大厂的人做指导,但是效果不好,也可能是循环水药剂有问题

 

发表于 2020-2-11 17:52:53

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lqcattle24975VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP浙江省
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学习!

 

发表于 2020-2-11 21:59:31

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请叫我丶逺先森VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP四川省
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建议检查一下是否有微生物,微生物腐蚀也有点厉害的

 

发表于 2020-2-12 17:27:44

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lampardyttVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP浙江省
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微生物导致的垢下腐蚀,首要问题是解决循环水系统中的微生物及粘你,建议增加旁滤装置,循环水的浊度解决不了,其他东西都是空谈。

 

发表于 2020-2-20 08:54:41

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wx_赵洋79471VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP浙江省
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由于是碳钢腐蚀了。注意系统预膜,及阻垢剂的添加。氨含量也高

 

发表于 2020-2-25 22:40:06

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sophia71VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP北京市
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蒸汽冷凝液作为循环水系统的补充水,由于水中含钙、镁等离子低,所以循环水浓缩倍数可以很高。这对节水有利,但是对于所采用的低磷阻垢缓蚀剂来说,药剂停留时间长了,部分有机物分解,处理效果会降低。
从循环水水质看,水质腐蚀性强。可以通过以下方式解决,以供参考:1、添加氯化钙,将钙离子补到80mg/L以上;2、增加锌盐,提高锌离子浓度到1.0mg/L;3、杀菌剂采用次氯酸钙,杀菌同时提高水中钙离子。

 

发表于 2020-3-4 11:19:36

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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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lampardytt 发表于 2020-2-20 08:54
微生物导致的垢下腐蚀,首要问题是解决循环水系统中的微生物及粘你,建议增加旁滤装置,循环水的浊度解决 ...

浊度控制到多少最合适呢?

 

发表于 2020-3-5 10:40:20

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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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wx_赵洋79471 发表于 2020-2-25 22:40
由于是碳钢腐蚀了。注意系统预膜,及阻垢剂的添加。氨含量也高

氨含量也降下来了,现在几乎检测不出来

 

发表于 2020-3-5 10:41:12

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dobmyself楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP陕西省
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sophia71 发表于 2020-3-4 11:19
蒸汽冷凝液作为循环水系统的补充水,由于水中含钙、镁等离子低,所以循环水浓缩倍数可以很高。这对节水有利 ...

谢谢!又学到了知识,杀菌可以用次氯酸钙....

 

发表于 2020-3-5 11:58:21

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安治华阳VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP辽宁省
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楼主哪里的可以给您免费做一个分析报告

 

发表于 2020-3-16 12:41:03

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