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换热器管束腐蚀失效原因及防护措施研究

文档作者：余超文档来源：莱卡国际生物科技有限公		点击数：	更新时间： 2025年10月03日
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总第232期
2022年第8期
经验交流
换热器管束腐蚀失效原因及防护措施研究
余超
（莱卡国际生物科技有限公司，山西平定045200）
摘要：为解决换热器管束在实际应用中腐蚀严重导致设备使用性能降低的问题，在对换热器管束腐蚀及其防护
机理研究的基础上，通过制定检测方案对已腐蚀的换热器管束的外观和SEM、EDS进行检测，充分掌握换热器管
束发生腐蚀的主要原因；基于上述检测结果，通过在换热器管束表面电镀Ni-P合金和将软化处理后的地下水更
换为循环冷却水的方式达到防腐目的。
关键词：换热器管束腐蚀电镀Ni-P合金循环冷却水生锈
中图分类号：TE986
引言
换热器的主要作用是将较高温度流体的热量传
递至温度较低的流体，从而实现温度的交换。换热器
的应用行业和场所较多，不同的工作环境、不同的换
热器内部介质导致换热器所呈现的化学性质也存在
较大的差异性。据统计表明，换热器常见的故障均是
由其管束腐蚀所导致的。换热器管束腐蚀严重的主要
根源在于其在高温高压的环境下工作，金属材料与换
热介质直接接触导致较为严重的腐蚀"。为此，开展
换热器管束腐蚀严重的原因分析，并针对性地提出防
护措施，对于延长设备使用寿命，降低企业维护成本，
提高其经济效益具有重要意义。本文重点对换热器管
束失效原因进行分析，并提出防护措施。
1换热器管束腐蚀及防护理论研究
1.1换热器腐蚀概述
换热器管束腐蚀的本质为金属腐蚀。金属腐蚀分
为三个阶段，第一阶段在金属表面发生腐蚀，部分腐
蚀介质从表面渗透进人金属内部；第二阶段腐蚀介质
与金属基体发生作用,以电化学反应、化学反应或者
物理溶解为主；第三阶段为金属基体溶解于腐蚀介质
中，使得金属被腐蚀位置厚度变薄。
在上述金属三个阶段的腐蚀中，第二阶段的腐蚀
尤为关键，实现对第二阶段的腐蚀抑制可在很大程度
上实现对腐蚀的防护。换热器也不例外，可根据第二
阶段不同的腐蚀反应分为换热器的物理腐蚀、换热器
的化学腐蚀和换热器的电化学腐蚀。其中，物理腐蚀
主要在高温的环境下使得换热器金属基体出现一定
程度的老化和破坏，直接表现为换热器表面性能指标
下降；化学腐蚀指的是换热器与腐蚀介质发生化学反
应导致金属基体出现氧化反应，具有代表性的金属化
学腐蚀为在金属表面生锈；电化学腐蚀指的是换热器
金属与腐蚀介质发生电化学反应，使得换热器金属被
破坏,直接表现为金属出现严重的腐蚀现象[2]。
收稿日期：2021-12-02
作者简介：余超（1984一)，男，山西平定人，本科，毕业于太原科技大学，机械中级工程师，从事工程技术管理工作。
机械管理开发
Mechanical Management and Development
文献标识码：A
导致的腐蚀为例开展研究。
1.2换热器防腐方法研究
目前，在实际生产中为解决换热器的腐蚀问题，
常见的防腐蚀措施为：
1)为换热器配套耐腐蚀的金属材料，耐腐蚀性金
属材料的代表包括合金钢和不锈钢。
2)在换热器表面涂抹防腐蚀涂层。在实际应用中
发现虽然该手段能够在短时间内起到较好的防腐蚀
效果；但是，在生产环境相对恶劣的情况下，防腐蚀涂
层极易脱落。
3)采用外加电源的方式对换热器金属进行保护，
将换热器金属处于高电位，使其进入钝化区，从而实
现了换热器防腐保护[3]。
4)除此之外，还可通过改善循环水水质、使用缓
蚀剂等措施达到对换热器防腐的目的。
2换热器管束腐蚀失效分析
本文所研究换热器的类型为立置单程固定管板
式结构，该型换热器的工作压力为0.21MPa，管程进
口温度为61.7℃、出口温度为60.6℃；该型换热器壳
程所走介质为循环冷却水，该循环冷却水的进口温度
为26℃、出口温度为35℃。
2.1换热器管束腐蚀失效检测方案设计
为了准确把握换热器管束，为后续制定防腐措施
提供支撑。本节通过制定切实有效可行的方案对换热
器管束腐蚀失效的原因进行分析，具体步骤如下：
1)收集现场已经发生腐蚀的换热器，采用电镜对
已腐蚀的金属进行扫描，对其已经腐蚀的局部特征进
行分析。
2)对换热器管束金属材料的化学成分、金相组织
以及腐蚀后产物进行分析。
3)将已经腐蚀的换热器管束切割为1cm×1cm
的方形，采用铜丝、环氧树脂等材料制作成电极，通过
Total 232
No.8, 2022
D0I:10.16525/j.cnki.cn141134/th.2022.08.140
文章编号：1003-773X(2022)08-0329-03
本文主要以换热器金属表面由于电化学反应所
机械管理开发
·330· jxglkbjb@126.com
动电位极化曲线对其腐蚀性能进行测试。
4)根据换热器的工况和上述的测试结果综合分
析并确定换热器发生腐蚀失效的原因，为后续制定防
腐蚀方案提供支撑。
2.2换热器管束腐蚀失效原因总结
2.2.1外观观察
收集现场发生腐蚀的换热器，对其外观进行观
察。所收集的腐蚀的换热器如图1所示。
图1换热器管束腐蚀形态
分析图1并总结现场换热器管束发生腐蚀的情
况得出：换热器管束发生腐蚀的位置主要集中在其外
壁，具体位置为距离管板200mm的位置。
2.2.2管束SEM、EDS形貌观察
采用显微放大镜对发生腐蚀的换热器管束的位
置进行观察，得到不同放大倍数下的微观形态如图2
所示。
图2不同放大倍数下腐蚀管束的微观形态
分析图2可知，提出腐蚀管束中的沉淀物，其除
了含有金属离子外，还包括有不属于管束的钙、镁、钾
离子。而且上述这些离子主要存在于循环冷却水中。
综上，除了管束本身耐腐蚀性偏差以外，导致管束
腐蚀的主要外部因素为循环冷却水的水质偏差。
3换热器管束腐蚀防护措施
通过对换热器管束腐蚀失效原因分析，可通过改
善换热器管束本身的防腐蚀性能以及改善循环冷却
水的水质两方面达到对换热器管束防腐蚀的目的。
3.1换热器管束表面电镀Ni-P合金
为了避免换热器管束直接与循环冷却水水质接
触导致其腐蚀的问题，可在换热器管束表面电镀
第37卷
Ni-P合金实现管束与循环冷却水的隔离[5)。具体工艺
流程如图3所示。
机械处理
冷水洗
儿
酸洗活化
冷水洗
图3电镀Ni-P合金工艺流程
本工程采用CHI660E电化学工作站对管束表面
进行电镀处理。为了验证电镀Ni-P合金的效果和牢
固性，将电镀处理后的金属表面置于高温环境进行灼
烧处理，冷却后对电镀金属表面的金属层进行观察，
观察其是否出现脱落或者鼓泡的现象，具体实验结果
如下：
1)将电镀处理后的金属置于500℃的恒温炉中
进行灼烧处理，并让其在水中冷却10h后观察电镀
层的状态，经上述一系列操作处理后发现电镀金属表
面表现为淡蓝色，而且电镀金属层未发现脱落和鼓泡
的问题。
2)将电镀处理后的金属置于700℃的恒温炉中
进行灼烧处理，并让其在空气冷却50h后观察电镀
层的状态，经上述一系列操作处理后发现电镀金属表
面表现为绿色，而且电镀金属层未发现脱落和鼓泡的
问题。
对电镀层的牢固性进行验证后还需对其电镀层
的耐腐蚀性进行验证。通过验证可知：电镀层在循环
水中动电位扫描曲线主要变现为在其阳极的极化电
流密度处于相对稳定状态，说明电镀处理后的金属层
表现为较好的耐腐蚀性。
3.2循环冷却水软化处理
将换热器的循环冷却水更换为地下水，并对其进
行软化处理后，经实践表明，循环水在系统正常运行
过程中，经测量水中的铁离子较之前有明显的增加。
导致上述问题的主要原因为：由于管道中存在一定的
铁锈，在药剂的作用下使得铁锈从管道内壁脱落下
来，导致循环水中的铁离子浓度升高。通过分析可知，
当运行稳定后循环水中的铁离子浓度趋于稳定，说明
循环水更换为地下水后具有明显的防腐蚀效果。而
且，循环水更换为地下水后，在反应后循环水浊度为
10NTU。
3.3严格执行标准规范制造加工
为有效保证上述防腐蚀措施顺利贯彻，同时结合
再沸器发生管箱部分泄露的问题，经分析导致泄露的
主要原因是在加工制造过程中不按照规范操作。因
化学除油
酸洗除锈
清洗
热水洗
一热水洗
清洗
化学镀镍磷
业
后处理
2022年第8期
此，针对再沸器原始采用胀焊接的方式实现管束与管
板的连接方式改进为在管孔内向里焊接4mm左右，
并将焊接所产生的焊肉磨平。采用上述制造加工工
艺，保证箱体在较大温差和振动的情况下不会出现开
裂的现象，进而避免了泄露事故的发生。
4结论
换热器为实现热量交换的设备，在实际应用过程
中腐蚀是导致设备故障的主要原因。为了充分掌握导
致换热器管束腐蚀的原因，并制定有效的防腐措施。
本文制定了换热器管束腐蚀失效检测方案，并得出如
下结论：
1)通过对已腐蚀的换热器的外观、SEM、EDS进
行检测后得知，导致换热器管束严重腐蚀的主要原因
包括有换气器管束本身耐腐蚀性较差，另外循环冷水
水硬度太大也是导致其腐蚀的主要外部原因。
Heat Exchanger Tube Bundle Corrosion Failure and Protection Research
(Laika International Biotechnology Co., Ltd., Pingding Shanxi 045200)
Abstract: In orderto solve the problem of serious corrosion ofheat exchanger bundles in practical applications, which leads to the
reduction of equipment performance, on the basis of the study of heat exchanger bundle corosion and its protection mechanism, the
appearance of coroded heat exchanger bundles and SEM and EDS observations were carried out through the development of testing
programs to fully grasp the main causes of corosion of heat exchanger bundles. On the basis of the above tests, the purpose of corrosion
prevention was achieved by plating NI-P alloy on the surface of the heat exchanger bundle and replacing the sofened groundwater with
circulating cooling water.
Key words: heat exchanger tube bundle; corrosion; NI-P alloy plating; circulating cooling water, rusting
（上接第328页）
内满足分级加压的测试才能够进行负载试运行。注
意：在具体的实验过程中也要观察提升机的制动性能
是否异常、轴承温度是否平稳以及各零件的运转声音
是否正常，一旦发生异常必须接受停机检查。
4结语
煤矿机电设备中的煤矿风机与提升机的安装调
试工作直接关系到整个煤矿企业的运转。加强对其安
装调试工作的重视程度，不仅可以有效提升煤矿企业
自身的总开采量，减轻煤矿资源开采成本；同时也让
这两项煤矿机电设备在运行的过程当中具备一定的
安全性和精准度，进一步保障设备运行人员的人身安
Installation and Commissioning of Coal Mine Fans and Hoists
(Jinneng Holding Coal Group Madaotou Coal Co., Ltd., Datong Shanxi 037101)
Abstract: In order to further ensure the stability and safety of coal mine mechanical and electrical equipment, the installation and
commissioning of coal mine ventilation fans and hoist equipment are analysed in relation to diferent equipment types, and coresponding
instalation andcommssioning methodsareproposedforthetwodiferent typesof equipmenttomeettheinstallationneedsofcoalmine
mechanical and electrical equipment in a moderm context.
Key words: coal mine fan; hoist; installaion and commissioning
余超：换热器管束腐蚀失效原因及防护措施研究
程材料,2008(1):3.
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究中的适用性分析[J].腐蚀科学与防护技术，2012(5)：75-77.
（编辑：高伟）
Yu Chao
全。本文针对当前煤矿风机与提升机中的70B2轴
流式以及JK型的安装调试工作进行研究，总结出两
种煤矿机电设备的安装流程以及调试方法，为后续的
安装工作提供参考意见。
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(编辑：贾娟）
Zhang Xiu
·331·
2)通过在换热器管束表面电镀Ni-P合金和将硬
度较大的循环冷却水更换为地下水，并对循环冷却
水进行软化处理两项措施实现对换热器管束防腐的
处理。
参考文献
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