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淺談多晶硅行業(yè)換熱器的腐蝕與應(yīng)對措施

文檔作者：杜斌文檔來源：新特能源股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年03月19日
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科技論壇

淺談多晶硅行業(yè)換熱器的腐蝕與應(yīng)對措施
杜斌
（新特能源股份有限公司，新疆烏魯木齊831400）
1 概述
多晶硅行業(yè)設(shè)備壓力等級大部
分在1.0-3.2MPa, 工作溫度以≤
200℃居多，生產(chǎn)主要原料STC、TCS、
DCS 本身對設(shè)備并不具備腐蝕性，但
在遇水時(shí)均會產(chǎn)生氯化氫并形成強(qiáng)
腐蝕性的鹽酸并造成嚴(yán)重的次生腐
蝕，給安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，因此
對設(shè)備數(shù)泄漏的要求在化工行業(yè)中
卻屬于較高的。由于上述工藝特點(diǎn)，使用的換熱器多為固定管板式，
材質(zhì)多數(shù)為碳鋼、低合金鋼或者奧氏體不銹鋼。多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表
明，多晶硅工廠非計(jì)劃停產(chǎn)很大一部分原因是由于換熱器泄漏所
致。如何保證換熱器平穩(wěn)運(yùn)行逐漸成了能否達(dá)產(chǎn)的關(guān)鍵問題。結(jié)合
多晶硅行業(yè)特性對腐蝕原因及防腐措施進(jìn)行研究已非常有必要，就
結(jié)合晶硅行業(yè)物料特性對換熱器防腐做一淺析。
2 腐蝕原因分析
2.1 循環(huán)水氯離子腐蝕
根據(jù)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50050-2007 中關(guān)于循
環(huán)水通用設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)容，現(xiàn)階段循環(huán)水考慮濃縮倍數(shù)時(shí)Cl- 濃度
按≤700mg/L 進(jìn)行設(shè)計(jì)，但多晶硅生產(chǎn)工藝過程中與循環(huán)水換熱的
物料設(shè)計(jì)溫度在45-130℃，由于考慮節(jié)水特別是在缺水的西部不
可能依靠大量排水降低氯離子濃度，在此溫度下碳鋼換熱器平均壽
命約4 年，而常用的奧氏體不銹鋼換熱器平均壽命不足5 年。氯離
子對換熱設(shè)備腐蝕的可以采用內(nèi)窺、渦流檢測等結(jié)合的方式進(jìn)行，
表1 是對17 臺平均使用周期為3.5 年的設(shè)備進(jìn)行渦流檢測的數(shù)據(jù)
統(tǒng)計(jì)，由于換熱管壁厚σ=2mm，當(dāng)腐蝕裕量超過20%的設(shè)備如不
進(jìn)行特殊處理基本可以判定該設(shè)備無法堅(jiān)持到下一個(gè)檢修期。
2.2 循環(huán)水結(jié)垢、異物管堵塞腐蝕
國內(nèi)多晶硅行業(yè)自2007 年興起，屬于但又有別于傳統(tǒng)化工企
業(yè)，對于裝置、設(shè)備檢修周期處于摸索期，行業(yè)并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
在現(xiàn)狀下，多數(shù)企業(yè)為了效益最大化，在工藝負(fù)荷能夠滿足的條件
下基本不安排靜設(shè)備的檢修，經(jīng)過多年的運(yùn)行進(jìn)水口會有異物堵
塞，造成水流速低，通過對腐蝕設(shè)備進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)當(dāng)流速低于
0.9mm/s 時(shí)換熱器將無法帶走系統(tǒng)熱負(fù)荷且容易形成水垢堵塞管
道，在流速、高溫度下產(chǎn)生垢下腐蝕加劇設(shè)備腐蝕泄漏速度。
2.3 系統(tǒng)泄漏造成的次生腐蝕
多晶硅生產(chǎn)中的所有原料遇水均會產(chǎn)生腐蝕性液態(tài)氯化氫，同
時(shí)產(chǎn)生的硅酸水解物會堵塞系統(tǒng)管路不易清理，尤其是含DCS（沸
點(diǎn)：8.2℃，自燃溫度：44℃）的置換周期長達(dá)72 小時(shí)，每一次泄漏
漏意味著系統(tǒng)所有設(shè)備均有存在泄漏進(jìn)一步腐蝕泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
2.4 奧氏體不銹鋼設(shè)備表面網(wǎng)狀裂紋
多晶硅企業(yè)為了保證物料潔凈大量使用奧氏體不銹鋼作為換
熱器殼體和封頭材料，某企業(yè)在運(yùn)行到第一個(gè)特種設(shè)備全面檢驗(yàn)時(shí)
將發(fā)現(xiàn)不少奧氏體換熱器的封頭、筒體出現(xiàn)表面網(wǎng)狀裂紋，通過無
損檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)裂紋形狀無規(guī)則，常出現(xiàn)在筒體、封頭焊縫處或表
面有水漬區(qū)域，分析裂紋主要原因?yàn)楹附訒r(shí)應(yīng)力未消除的應(yīng)力腐
蝕、表面長期有漏水與空氣中腐蝕氣體形成的Cl- 產(chǎn)生腐蝕。
2.5 換熱器修復(fù)完畢后二次泄漏
泄漏的換熱器修復(fù)后產(chǎn)生二次泄漏的主要原因有三點(diǎn)：一是換
熱器修復(fù)時(shí)未將應(yīng)力消除，而投運(yùn)至系統(tǒng)時(shí)溫差過大造成焊接管頭
附近不漏管頭泄漏，此類漏點(diǎn)多出現(xiàn)在不銹鋼設(shè)備堵管或補(bǔ)焊管頭
上；二是換熱器漏點(diǎn)很小，采用普通試壓方法無法檢驗(yàn)出來，在投運(yùn)
后1 個(gè)月甚至半年后小漏變大時(shí)才被發(fā)現(xiàn)；三是設(shè)備修復(fù)完畢雖無
漏點(diǎn)，但換熱管壁厚減薄超過30%以上，在修復(fù)投運(yùn)后壽命不長發(fā)
生泄漏。
3 應(yīng)對措施
3.1 控制循環(huán)水水質(zhì)，主要包括：一是循環(huán)水加藥時(shí)避免采用造
成氯離子富集的方式；二是對循環(huán)水柵欄進(jìn)行改造，避免填料等雜
質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)中堵塞入口；三是如果采用地下水補(bǔ)水需注意現(xiàn)場地溝
是否有地溝滲漏現(xiàn)象，如有需及時(shí)修復(fù)否則腐蝕介質(zhì)進(jìn)入地下將影
響原水水質(zhì)；四是必須考慮將現(xiàn)場蒸汽冷凝液回收補(bǔ)入循環(huán)水中降
低Cl- 濃度。
3.2 對于碳鋼設(shè)備循環(huán)水腐蝕可采用熱固化涂料方式防腐對循
環(huán)水側(cè)進(jìn)行防腐，通過灌涂烘干方式形成90-130um 厚度的防腐涂
層，通過此方式設(shè)備可在≤300℃工況下長期工作，涂層壽命最低可
保證5 年，且投資不高。但涂料防腐也存在局限性，主有：無法在不
銹鋼設(shè)備上實(shí)施，舊設(shè)備做防腐效果不能得到保障，并且目前試驗(yàn)
未發(fā)現(xiàn)能耐氯硅烷的涂料。
3.3 對于高溫、高壓等惡劣工況需對易腐蝕換熱管進(jìn)行提高材
質(zhì)等級或采用防腐蝕材料的方式，目前常用方式是使用雙相鋼替代
奧氏體不銹鋼方式。
3.4 加強(qiáng)生產(chǎn)管理，一是對未安裝在線水質(zhì)檢測部位每班采用
PH 試紙對換熱器水質(zhì)取樣檢測；二是對設(shè)備進(jìn)、出口物料溫度進(jìn)行
記錄，相對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析；三是對水流量進(jìn)行檢測保證流
速在1.5-3m/s 之間，防止水流速過低產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和腐蝕。
3.5 不斷增加檢測方式及手段，一是在換熱器檢修時(shí)采用渦流
檢測、內(nèi)窺鏡檢測方式檢測換熱管壁厚及外管，利用數(shù)據(jù)、圖像作為
判定設(shè)備評估依據(jù)；二是重要設(shè)備安裝在線PH 檢測儀，避免一臺
設(shè)備泄漏造成系統(tǒng)腐蝕的災(zāi)難；三是在試漏中考慮采用敏感的氨檢
或甲基橙作為測試漏點(diǎn)介質(zhì)，提高對微漏點(diǎn)檢測能力。
3.6 采用干式空冷器替代現(xiàn)有水冷卻器。采用空冷器后優(yōu)點(diǎn)在
于避免了循環(huán)水的腐蝕，而氯硅烷等對設(shè)備本身無腐蝕，總體來說
腐蝕源大大減少；缺點(diǎn)在于投資大，且多晶硅生產(chǎn)環(huán)境中HCl 對翅
片腐蝕現(xiàn)狀仍未能解決。
4 結(jié)論
換熱器防腐蝕沒有一成不變的手段，它是一門綜合性的研究課
題，需要各專業(yè)技術(shù)人員結(jié)合行業(yè)特性密切配合、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，相
信換熱器防腐的深入研究必將給多晶硅行業(yè)發(fā)展帶來深遠(yuǎn)的影響。
參考文獻(xiàn)
[1]鄧豐,唐正林.多晶硅生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.
[2]夏強(qiáng),化工設(shè)備換熱器的常見腐蝕與防腐,江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)
督檢驗(yàn)研究院.
[3]虞兆年.防腐蝕涂料和涂裝[M].北京：北京化工出版社.
[4]董其伍,張.石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊,中國石化集團(tuán)上海工
程有限公司.
摘要：主要對多晶硅行業(yè)在生產(chǎn)中換熱器出現(xiàn)腐蝕常見原因的分析，同時(shí)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出了常見的有效應(yīng)對措施。
關(guān)鍵詞：多晶硅；換熱器腐蝕；應(yīng)對措施
表1 換熱器腐蝕渦流檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)

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