贪婪的微生物--如何防止板式热交换器受到腐蚀

作者:Ralf Kreibohm 文章来源:AKK公司 发布时间:2013-09-04

时间没有蹂躏板式热交换器,相反是藻类、真菌或者细菌在作怪。本文即为用户提供一种微生物性工业腐蚀解决方案。

工业化生产设备常常建造在靠近内陆水域的地方,以便利用水作为经济的冷却介质对设备进行冷却。但近几年来人们会注意到生产设备和热交换器中出现的新问题——细菌性腐蚀的问题,例如莱茵河畔工业企业中出现的现象。板式热交换器是流程工艺技术设备中的一个重要部件,在化学工业企业中,酸、碱以及流程工艺过程用水的加热、冷却和蒸汽生产都要用到热交换器。近几十年来,莱茵河的水质越来越清不仅使得在河中游泳的人数不断增加,而且也导致了工业设备所使用的材料随之发生了变化。过去,人们常常用钛合金来制作板式热交换器的材料,因为它除了重量轻之外还有很好的抵抗含氯河水的性能。现在,随着水质的提高,也会利用(不锈)钢材料来制作流程工艺技术设备。

当河水和不锈钢遇到一起的时候就出现了微生物性工业腐蚀的问题MIC(MIC指的是由真菌和细菌对设备带来的腐蚀,它是水系统破坏最常见现象)。


图1 受到微生物腐蚀的板式热交换器板片上软软的、黏黏的积垢层

微生物腐蚀的原因

有钝化层的地方,例如焊接的焊缝处,是最容易受到微生物攻击的地方,它们最容易在钝化层金属材料的表面扎下根,生长起来。尤其是当水流的流速较低时,例如在密封处,在水温40~65℃时,微生物的生长繁殖最为有利。

由于板式热交换器的生产厂家越来越多地采用(非粘接的)Clip密封技术,因此也给了微生物附着在这种密封件上的可能性,并在那里筑巢。而粘接式的密封则不存在这种可能性,因为密封槽中充满了粘接剂。

出现微生物巢的表现为:开始出现细胞的排泄物(代谢物)。所带来的后果就是形成一层细菌膜,最后发展成为稳定的、数量可观的凝胶类物质。而这种“凝胶植被”又反过来对细菌有着很好的抵抗,用常规清洗剂清洗管道不会对深层次下的微生物造成任何伤害。另外,这种积垢层也能够使厌氧菌和好氧菌共同生活在同一屋檐下。

两种细菌在金属材料的腐蚀方面有着很好的合作:好氧菌的代谢物主要是铁氧化物,对金属的钝化层有着很强的腐蚀性,也为厌氧菌代谢物中的酸性物质进一步的侵蚀扫清了障碍。在板式热交换器中,这些相互作用会带来不同类型的腐蚀。

值得注意的是:这些腐蚀性损害都不是新的东西,是人们比较熟悉的大面积腐蚀,例如常见的表面腐蚀,点蚀等。另一方面,仅这些微生物的存在就能够导致设备的功能失常,除对热交换器的导热性能有所限制,降低了设备中水流的流速、直至堵塞之外,还可以形成腐蚀性的沉积物。


图2 清除微生物污垢后的PWT板式热交换器板的密封槽

避免微生物腐蚀的侵害

河水和地下水中微生物数量越来越高,以至于流程设备的运营商们不能回避清除微生物的问题了,而是必需要采取有效的措施避免微生物腐蚀设备零部件造成每年几十亿欧元的损失。为解决这一问题有下列方法可供选择:添加合适的生物抑制剂能够杀死水中的微生物,但却不会给设备的金属材料带来腐蚀或给河水带来污染;另外,还可以提高水的温度,使细菌没有生存的空间。

最有效的、也是代价最高的解决办法就是改换金属材料。这种方法可以是使用高品质的、价格更贵的金属材料表面,例如钛合金表面或者像1.4547或者1.4539号高级不锈钢材料制作的表面,但这两种材料不一定都会收到最圆满的效果。钛合金表面材料不会因细菌的代谢物而被破坏,但能够让细菌的代谢物附着在钛合金表面,这有利于真菌、细菌和污斑的生长、发展,因此,钛合金材料制作的设备也常常要进行机械清理,否则也会出现堵塞。另外,用铬来保护钝化层也是一种不错的技术措施,它几乎不氧化。
上世纪90年代末使用的钼也是一种不错的材料,它的耐腐蚀性能可以和铬相媲美,具有更好的抗点蚀性能。

流程设备的管道、冷却循环系统、冷却塔、水箱、油箱以及海上石油天然气可采设备也都会受到腐蚀。一般情况下,改用不锈钢材料的热交换器都有着很高的成本费用问题,即使是河水用量很大的生产厂也很难用化学药品把开放式冷却循环系统中所有菌类都杀死,一方面是不断使用杀菌剂的成本费用问题;另一方面是开放式环境中的菌类污染问题。

维护保养专业企业AKK公司为流程设备用户提供了一种非常有意义的板式热交换器化学清洁解决方案:在板式热交换器中灌入配制的化学清洗液,冲洗一定的时间,并定期重复这种清洗。通过这种清洗使得板式热交换器中的酸碱度pH值与微生物生存的酸碱度pH值有较大的差异,这不仅能够杀死微生物,而且也能够冲洗干净微生物的沉积物。在灭菌水彻底清洗之后就可以把热交换器连接到开放式的冷却循环系统中使用了。采用这种方法时要保证两次冲洗之间的时间间隔:因为微生物污染过大时,清洗过后会在热交换器中残留一些微生物。

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