中央空调循环水系统腐蚀简介

2023-05-18 23:00:13

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中央空调系统中，水是最常见的载冷剂，他会流过管路、阀门及换热器，充斥着整个空调系统。水中含有多种离子（有的系统还需要加抗冻剂，降低水的冰点），水流过这些管路和部件，会引起一定的腐蚀。了解腐蚀的根本，可以有效的避免腐蚀的产生。


一、循环冷却水侧金属主要腐蚀形态

1、溶解氧腐蚀

在敞开式循环冷却水系统中，由于循环水经过冷却塔与空气进行了充分接触，水中溶解了接近饱和浓度的氧。


溶解氧对钢铁的腐蚀有两个相反的作用，一是参加阴极反应，加速腐蚀；二是在金属表面生成氧化物膜，抑制腐蚀。





2、点蚀

水中点蚀大多数与卤族元素离子有关。普通碳钢比不锈钢耐点蚀能力要强。点蚀发生时，腐蚀集中在金属表面很小的区域内进行，往往很短时间内将管束腐蚀穿孔，因此这种腐蚀非常危险。




3、垢下腐蚀

垢下腐蚀又称缝隙腐蚀，是金属表面被覆盖部分在某些环境中产生局部腐蚀的一种形式。


这种腐蚀常发生在垫片底部、表面沉积物下以及螺帽、铆钉帽下的缝隙内。


垢下腐蚀机理现在普遍认为是氧浓差电池和闭塞电池自催化效应的共同作用。





4、电偶腐蚀

电偶腐蚀是指一种金属与另一种金属或电子导体构成的腐蚀电池的作用而造成的腐蚀。


电偶腐蚀的发生需要三种必要物质：两个相互接触的异种金属、电势和电解液。在电偶腐蚀中，最活泼（阳性）的金属就是出现损失（被溶解）的那一个金属。如当管束为不锈钢、而管板为碳钢材质时，或管束为不锈钢、折流板为碳钢时，碳钢部位就会发生电偶腐蚀。





5、微生物腐蚀

微生物腐蚀的主要方式有两种:


⑴由于细菌繁殖、分泌、代谢形成的粘泥沉积在金属表面，破坏保护膜，构成局部电池导致垢下腐蚀。

⑵由于细菌的代谢作用使金属的化学环境发生变化，引起氧和其他化合物的消耗，形成氧浓差电池，促进了垢下腐蚀。


氧浓差电池中最常见也是危害最大的是污垢下腐蚀。这是因为污垢下的缝隙区要得到氧的补充非常困难，而污垢外的金属表面氧的供应相对充分，因而垢下是贫氧区而形成阳极，垢外是富氧区而形成阴极，于是垢下被腐蚀破坏。


微生物腐蚀的损伤特征通常表现在碳钢的坑中或不锈钢的次表面空洞中有环形的坑。






6、氯离子应力腐蚀

氯离子应力腐蚀开裂常发生在奥氏体不锈钢材质中，并与管壁温度、循环水温度、PH 值和氯离子浓度有关。


根据一般实践经验可知，当管壁温度小于 80℃时，产生应力腐蚀裂纹的可能性较小；当管壁温度大于 100 ℃时，腐蚀开裂的敏感度增加；pH 值低于 7.0 时，应力腐蚀倾向增强；氯离子浓度增加，腐蚀开裂的可能性亦增加。


氯化物没有存在的底线，通常氯化物都有浓缩的潜力，但经过近年来水稳药剂配方的不断改良，一般循环水系统中氯离子浓度可放宽控制在 800mg/L 以内，而且碳钢对氯离子腐蚀开裂不敏感。





7、磨损腐蚀

磨损腐蚀主要是由高流速引起的冲击和气蚀所造成的。磨损腐蚀一般发生在弯管、弯头或管束入口等水流或气流受限制的地方。磨损腐蚀通常形成马蹄形坑。


特别是循环水中有固体颗粒存在时，这种固体颗粒在高速的状态下对金属的冲击产生很大的损伤，同时将金属表面产生的保护层破坏，加速金属的腐蚀。






二、工艺介质侧金属主要腐蚀形态


循环水冷却器工艺侧常常存在 H2S+H2O 、HCL+H2S+H2O 、CO2+H2S+H2O、 RNH2（乙醇胺）+CO2+H2S+H2O 或 NH4+H2S+H2O 等腐蚀环境。


在湿硫化氢腐蚀环境，即 H2S+H2O 型的腐蚀环境中，碳钢表现为均匀腐蚀、氢鼓泡、焊缝硫化物应力腐蚀开裂等。如浮头螺栓断裂、焊接接头出现裂纹等。


在 HCl+H2S+H2O 型腐蚀环境中，碳钢表现为均匀腐蚀；0Cr13 表现为点蚀；奥氏体不锈钢表现为氯化物应力腐蚀开裂。


在 CO2+H2S+H2O 型腐蚀环境中，碳钢表现为均匀腐蚀、氢鼓泡、焊缝应力腐蚀开裂；奥氏体不锈钢表现为焊缝应力腐蚀开裂。


在 RNH2（乙醇胺）+CO2+H2S+H2O 型腐蚀环境中，二氧化碳主要引起均匀腐蚀，胺、硫化氢、二氧化碳和设备所受的应力引起应力腐蚀开裂。


在 NH4+H2S+H2O 型腐蚀环境中，主要由于 NH4HS 结垢磨损腐蚀或电化学垢下坑蚀。



三、其他腐蚀原因

01

金属本身的缺陷


（1）如果金属表面有擦伤、切割、缝隙或应力集中区，这些局部区域与其他部位相比，电位较低，将成为阳极而受到腐蚀。


（2）管子表面的粗糙区域、折皱、裂缝或其它浅的缺陷可以从工艺流体或冷却水中捕集到固体颗粒，形成沉积物。此外，局部还有可能附着砂粒、氧化皮等沉积物。这些表面缺陷或沉积物会成为产生缝隙腐蚀或孔蚀的部位。


（3）管壁上有凹陷的换热管，当流体流过时，该部位常会引起涡流、空泡腐蚀和湍流，从而引起冲刷腐蚀。


02

设计施工因素

（1）当管束、管板或折流板出现异种钢连接时，在电解质溶液中会发生电偶腐蚀，活泼的金属会快速失效。


（2）水冷器管板与管子入口处是管端腐蚀最常发生的地方(水冷器失效大约 60 %发生在该处) ,这与流体的涡流磨损腐蚀、流体腐蚀性、焊缝质量等有关。而焊缝缺陷是发生腐蚀的主要原因。如焊缝不规则,容易造成异物沉积并形成垢下腐蚀;同时增大液体磨损腐蚀。焊缝咬边易发生应力腐蚀,焊缝夹杂会使基体产生电偶腐蚀等。


（3）施工质量不过关或水的流速太快造成管束防腐涂料脱落，或水场受到大的冲击使缓蚀阻垢剂所形成的保护膜破损等部位将受到腐蚀。


（4）在制造、加工和安装的各个阶段，换热器管子中可以产生残余应力。当暴露在某些介质中，会引起应力腐蚀破裂。


03

工艺操作条件因素


（1）管、壳程温差过大，或所采用的冷却器型式热膨胀补偿不足，或操作波动过大，均可造成管板与管束焊缝应力开裂。


（2）过分注重工艺控制温度和水耗，随意关小循环水出、入口阀门，造成循环水流速偏低，使污垢沉积，造成严重的垢下腐蚀或管束堵塞。


（3）冷却器多台并联造成偏流。在流速变低的部位，因循环水流速过低而导致污垢沉积和腐蚀增加。如果冷却水走壳程，会在其死角或停滞区部位加速腐蚀。


（4）循环水中氯离子浓度超标会导致奥氏体不锈钢材质应力腐蚀开裂。


（5）工艺介质腐蚀性强、温度过高或热负荷过大，使腐蚀和结垢倾向增强。


（6）换热器壳程流体横向流过管束，在较高的流速下可以取得较好的传热效果，然而，流速过高可能会诱发管子振动或声振动，从而可能导致如下结果：

① 相邻管或管与壳体间的相互碰撞，使管与壳体受到磨损而开裂；

② 管子因不断撞击折流板孔而被切断；

③ 管子与管板连接处发生泄漏；

④ 管子的疲劳破坏。


04

循环谁管理因素


（1）循环水补水种类较多，包括：新鲜水、河水、除盐水、凝结水、泵冷却水、回用污水、回用反渗透水，冲洗水及吹脱水等，水稳剂对水质的腐蚀控制难度增大。


（2）物料泄漏会使微生物的控制难度加大，水质恶化，水稳剂的缓蚀阻垢效果下降,设备腐蚀速率和粘附速率增大。


（3）杀菌剥离剂的性能不佳，微生物和粘泥得不到很好控制,造成微生物腐蚀。


（4）旁滤池滤料遭受泄漏物料的污染或使用周期过长，会使滤料板结，过滤效果差，影响循环水质量，增加设备的腐蚀倾向。


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