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低流速下的循环水腐蚀

发表时间:2019-08-07 13:15

1、概况

某染料有限公司某冷却器采用冷冻盐水冷却循环水,以满足下一工序适当温度的冷却需要。该冷却器冷冻盐水进口温度约-18,走管程;冷却水走壳程,冷却后出口温度约3-5。冷却器20#碳钢管直径为25mm,壁厚为2mm,管长3m。该冷却器服役使用约1年后,出现了穿孔泄漏,打开后发现管外壁多处发生点蚀,只能报废更换。

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2、原因分析

从腐蚀形态来看,应属于铁细菌腐蚀,  

铁细菌是一类生活在含有高浓度二价铁离子的池塘、湖泊、温泉等水域中,能将二价铁盐氧化成三价铁化合物,并能利用此氧化过程中产生的能量来同化二氧化碳进行生长的细菌的总称。   

这些微生物分别属于不同类群,有的是兼性自养型,如纤发菌(Leptothrix)、泉发菌(Crenothrix),为成串的杆状细胞互相连成丝状,外面包有共同的鞘套,在细胞内或鞘套上常有铁等金属积累。有的是严格化能自养型,并只能在强酸性条件下生活,如氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus fer-rooxidans),通常生活在pH4以下的环境中,这类菌在细菌浸矿中具有重要作用。铁细菌长期产生氢氧化铁,可积累成褐铁矿,在铁制水管中的生长繁殖会缩短水管的使用寿命。   

一种能使二价铁氧化成三价铁并从中得到能量的一群菌落,如锈铁菌属、纤毛铁细菌属等。

在水中能使亚铁化合物氧化,并使之生成三价的氢氧化铁沉淀。沉淀物聚集在细菌周围产生大量的棕色黏泥,导致设备和管道的点蚀和锈瘤的形成。铁细菌喜欢生活在含氧少和含有CO2的弱酸中,在碱性条件下不易生长。冷却水有铁细菌繁殖时,水质浑浊、色泽变暗,pH值也相应变化,并伴有异臭气味。

考虑到该公司循环水虽然已正常加药剂,但非氧化性性杀菌剂效能仍存在问题;不能有效杀死铁细菌,这应该是造成腐蚀的原因之一。

另一方面,碳钢在冷却水中腐蚀的主要原因是氧的去极化作用,而腐蚀速度又与氧的扩散速度有关,由于接近管壁处的边界层的厚度影响氧的扩散速度,故随着水流速度的上升,在0.3-0.5m/s区域,碳钢的腐蚀速度较大;但达到0.61.0m/s区域,因流速很大,向金属表面提供的氧量足以使金属表面形成氧化膜,起到了缓蚀的作用,该区域碳钢的腐蚀速度较低。但水流速度继续增大,则会破坏氧化膜,使腐蚀速度再次增大。该冷却器循环水走壳程,流速接近0.3-0.5m/s区域,应是腐蚀严重的又一原因。

2、建议的改进方法  

消除或减缓腐蚀应综合考虑上述两个原因,一方面应强化杀菌效果,另一方面可考虑让循环水走管程,冷冻盐水走壳程,因为冷冻盐水中铁细菌不易生存,且冷冻盐水流量小,流速较低,易于避开0.3-0.5m/s区域。最好在安装前对换热器时进行涂层防腐或钝化防腐,以增加抗腐蚀能力。

但同时需要注意的是,冷冻盐水走壳程时,管程内的水易于冷却,容易结冰而胀坏列管,因此这是一个需要综合考虑的问题。   

3、WA342结垢和腐蚀原因分析

WA342是靛蓝装置用于冷却废水的换热器,一般只冷却到30左右,在冬季冷却水温度较低时,生产人员一般将阀门关小,以控制冷却水在较低流量。这样导致的结果是,换热器管程循环水流速较低,其中的悬浮物易于沉积,形成粘泥、污垢,对换热器造成腐蚀;且温度在30左右,适合细菌生长繁殖,容易造成细菌腐蚀。   在循环冷却水系统中,所溶解的重碳酸盐浓度随着蒸发浓缩而增加,当其浓度达到饱和状态,或者在经过换热器传热表面使水温升高时,水中盐份溶解平衡遭到破坏,会发生下列反应即水垢的生成:

Ca(HCO3)2 =CaCO3+CO2+H2O

生成的CaCO3水垢沉积在换热器的传热表面,形成一层硬垢,导热性能很差,严重影响换热效率。

其次,循环水系统设备、管道主要材质是碳钢,其腐蚀产物主要是氢氧化物和铁的氧化物的水合物,呈胶体状态,稳定地悬浮于水中,但当通过热交换器时易在受热面胶体相互凝集沉淀。沉淀的Fe2O3由于它的不连续性和不致密性而对金属无保护作用,而且由于它的磁性,粘着力强,且比重大,消除困难,形成污垢。

另外,循环水中也有天然有机物、泥沙、微生物群落等悬浮物,它们于流速慢或温度高的地方慢慢沉积而形成污垢沉积在设备、管道表面。

水垢和污垢沉积在设备、管道等的表面时,将造成下列不良后果:

a、降低传热效率或传热不匀。

b、设备腐蚀(垢下腐蚀)。

c、阻塞管路,更可能造成非计划性停机停产。

目前控制水垢和沉积物的方法主要是通过投加含阻垢和分散成分的水质稳定剂,这也是最为常用的方法。

建议对换热器时进行涂层防腐,以增加抗腐蚀能力;同时,装置应定期(可在生产间歇期)对换热器开大进、出口阀门,加大循环水流速,将水冷器管束流速控制在≥1 m/s,避免粘泥沉积附着在管束中而造成结垢。



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