制冷換熱器的主要換熱元件是低翅片銅管，銅管在交貨之前，必須經過逐根探傷和壓力試驗，確保合格才能供給換熱器制造廠使用，換熱器制造完工后，還要進行壓力試驗，確認無泄漏才用于制冷或制熱機組上。 然而，即便如此，仍然有不少在用戶使用中出現銅管泄漏的事故，造成冷媒甚至換熱器報廢的案例。在這些案例中，常見的是腐蝕造成的銅管泄漏。本文就銅管腐蝕的機理、腐蝕的類型以及換熱器銅管材料的選擇與應用和大家共同分享。

　　一、金屬腐蝕的機理

　　金屬腐蝕，其本質是在腐蝕環境中金屬由元素態變為化合物，同時放出能量。

　　金屬腐蝕后生成化合物，是從不穩定的高能態變為較穩定的低能態，就像水從高處往低處流一樣，是自發進行的（圖1a）。

　　但在兩種情況下這種自發過程會受到阻礙。其一是，在高點A和低點B之間有一重障礙C，C的能量比A高。物質A必須首先獲得額外能量以超越C的能量時，A到B的反應才能進行。這一額外能量稱為活化能（圖1b）。

　　所以，腐蝕雖然是自發反應，但是在許多情況下，可以使反應變得緩慢，以致變為無害。有時需要借助于少量的腐蝕，例如銅表面生成很薄的氧化膜后，腐蝕就會變得非常緩慢。

　　熱力學只研究反應的可能性，它只能預示反應能否進行，而不能預示反應速度，也不能預知何種情況下會產生不符合化學計算關系的金屬化合物，而后者有時對確定腐蝕速度很重要。

　　由動力學可知，假若是兩種不同的金屬在溶液中互相接觸，那么顯而易見，由于它們的電位不同，將構成一個原電池（圖2-1）。

　　即使在同一金屬表面上，由于各部分物理和化學性質的不均一(如金屬的不同結構、雜質、氧化膜和膜的破口）以及和金屬接觸的溶液各部分不均一（如不同的濃度、成分、含氧量、溫度等），各部分電位也將存在差異。

　　電位較低部分成為陽極，較高部分成為陰極，它們是電接通的，并和溶液構成一個電池（如圖2-2所示）。

　　在腐蝕電池中，電位低于氫的金屬，在酸性介質中腐蝕常常是強烈的，而在中性或堿性水中，氧是產生腐蝕的必要因素。金屬的腐蝕量即陽極的溶解量與腐蝕電流成比例，按法拉第定律表示為：

　　W＝Itm/Fn

　　W-t秒內溶解的金屬克數。

　　m-金屬的原子量。

　　n-金屬離子的電荷（即腐蝕作用中金屬的原子價。

　　F-法拉第常數（＝庫倫）

　　I-腐蝕電流（安）

　　二、局部腐蝕

　　1、點蝕（孔蝕）

　　點蝕（pitting）在金屬表面局部地區出現縱深發展的腐蝕小孔，其余地區不腐蝕或腐蝕輕微，這種腐蝕形態叫點蝕，又叫孔蝕或小孔腐蝕 (見圖3) 。點蝕是破壞性和隱患性*大的腐蝕形態。換熱管在使用中出現的腐蝕泄漏大部分是點蝕造成的。

　　點蝕通常發生在表面有鈍化膜或保護膜的金屬，由于金屬表面存在缺陷（如非金屬夾雜物等）和溶液內存在能破壞鈍化膜的活性離子（如Cl-,Br-）,鈍化膜在局部被破壞，微小的膜破口處的金屬成為陽極，其電流高度集中，破口周圍廣大面積的膜成為陰極，因此腐蝕迅速向內發展，形成孔蝕。大多數的孔蝕都是在含氯離子或氯化物的介質中發生的。腐蝕是由整個管材表面的電化學不均勻性而產生的，而電化學不均勻性又是由于氧和腐蝕性離子的含量不同而引起的。

　　光滑和清潔的表面上不易發生孔蝕，而積有灰塵或各種金屬和非金屬雜質的表面，則容易引起孔蝕。經冷加工或焊接后殘留在管材表面上的潤滑油或焊渣，在這些部位上往往易引起孔蝕。因此，在高效管加工之后，一定要進行表面清洗和鈍化處理，這對阻止孔蝕的生成有很大的作用。

　　換熱器在使用中，靜止或水的流速很低容易產生局部腐蝕。介質流動將減慢孔蝕的發生。介質的流速增大，一方面有利于溶解氧向金屬表面的輸送，使鈍化膜容易形成；另一方面可以減少沉積物在金屬表面沉積的機會，從而減少孔蝕發生的機會。

　　2、應力腐蝕開裂

　　應力腐蝕開裂是在含有腐蝕性離子（尤其是NH4+）且合金內有機械應力的條件下發生的。管材經加工后或安裝以后，都會在合金中留下機械應力。所以當冷卻水中甚至使用環境的空氣中含有氨或其它污染物時，管材一定要進行完全退火或消除內應力處理。還應注意管組熱脹冷縮的變化或操作不當等也會在換熱器中產生機械應力。

　　3、浸蝕

　　浸蝕是直接由水的湍流和水的固有浸蝕性（溫度，鹽度）而產生的，在Cl-含量超過1000ppm的鹽水中較易發生，且多產生于管材內部，彎曲處或其它堵塞處。浸蝕是湍流的機械作用（該作用會沖掉保護膜），溶液的腐蝕和流速等的綜合影響造成的。保護膜的自愈合性是阻止孔蝕（點蝕）的**要素，一旦金屬裸露出來，金屬表面會以比被保護區快100倍的速度氧化。

　　4、晶間腐蝕

　　晶間腐蝕一般與合金的不均勻性有關，多數發生在含硫化物多、含氧低的鹽水中。由于沿晶界面處雜質的偏析，晶界面處比晶核處的電化學反應更活潑。鉛、磷和砷等被認為是引起黃銅產生晶間腐蝕的主要元素。國際上常把砷作為阻止脫鋅的阻化劑，但對其含量應嚴加控制。

　　三、換熱器銅管的材料選擇

　　1、磷脫氧銅

　　牌號TP1和TP2,（C和）此種材料在清水，弱有機酸和酒精中耐腐蝕，不宜用在鹽水里。應力腐蝕開裂和晶間腐蝕對其沒有影響，而當水的流速超過了0.8~1m/s或局部紊流或水流中帶有氣泡時可能會產生浸蝕。此種材料主要用在工業、民用和商業部門的空調和冷凍設備上，也可用于水質比較好的化工、石油和食品加工業的換熱器上，常以加工或消除應力退火狀態交貨，*大使用溫度范圍為200oC。加工狀態*大許用應力為：“38 oC時77.9N/mm2，204oC時17.2N/mm2”。

　　2、鋁黃銅

　　牌號HAl77-2（C），當換熱器與半鹽水或海水接觸時，鋁黃銅是用得*廣的一種合金。由于含有砷（0.03~0.06%）,不會產生脫鋅，在完全退火后，還可避免應力腐蝕開裂。在清水中水的流速小于3.5m/s或在海水中水的流速小于2.5m/s時，這種材料還可阻止孔蝕（點蝕）和浸蝕。然而，硫化物對此材料有一定影響，且懸浮固體量大時，也會對此材料產生影響。在完全退火后，此種材料可承受少量溶解氨的浸蝕。使用溫度可達230 oC。退火狀態*大許用應力為，38 oC時82.8N/mm2，232oC時13.8N/mm2。

　　從性能和經濟的角度綜合考慮，鋁黃銅是用于鹽水中各種類型換熱器的*佳銅基金屬。

　　3、海軍黃銅（含砷）

　　牌號HSn70-1（C），此材料是從鋁黃銅派生出來的，其性能與鋁黃銅很相似，用途亦基本相同。該合金對應力腐蝕開裂十分敏感，因此，加工之后必須進行完全退火，以完全消除殘余應力。當水中不溶固體含量少于2000ppm時，可使用在*大水流速為3m/s的場合。但在海水中使用時，推薦使用的水的流速不超過1m/s。材料所含的錫可改善其在有少量污染的水中，尤其是在有硫衍生物的水中使用時，抵抗腐蝕的能力。

　　海軍黃銅廣泛用在加工原油、裂變衍生物和潤滑油煉油廠以及石化工廠的換熱器上。其工作溫度不得超過230 oC。退火狀態*大許用應力為，38 oC時68.9N/mm2，232 oC時20.7N/mm2。

　　4、鐵白銅

　　常用牌號BFe10-1-1（C）和BFe30-1-1（C）。

　　（1）BFe10-1-1合金對清潔或有一定污染的海水及江水有很好的抗腐蝕性，即使水中含有不凝氣體仍是如此。

　　這種合金可避免應力腐蝕開裂和高溫點脫鎳，而濃氨冷凝劑的滲透會在管板附近或支撐表面等管壁處產生腐蝕。

　　錳和鐵的加入大大改善了這種材料的抗腐蝕性能，在清潔的海水里能接受的水流速是2.2~2.5m/s，而在清新或微鹽溶液中*高限速為4m/s。

　　為避免產生沉淀腐蝕，通常建議在水流速度高于0.8~1m/s的場合工作。但當與此材料接觸的水中含有硫化物或懸浮固體時，則水流速度應適當降低。

　　BFe10-1-1白銅在室內或溫度較高的場合使用時，除了具有較好的抗腐蝕性能外，還具有較好的機械性能。所以，大量使用于電站、脫鹽、石化等場合以海水進行熱交換的換熱器上。

　　此種材料既可以退火狀態交換，也可以加工狀態交換，*大工作溫度為315 oC。退火狀態*大許用應力為，38 oC時68.9N/mm2，315 oC時41.4N/mm2。

　　（2） BFe30-1-1主要用在其他銅合金無法使用的工作環境（冷卻水、蒸汽、冷凝劑、溫度等）。

　　根據該材料的固有硬度和自保護性的表面氧化膜形式，BFe30-1-1對流速高達3~3.5m/s的海水中的懸浮固體產生的浸蝕和點蝕有很好的抵抗性能。溶解在冷凝劑中的非冷凝氣體如二氧化碳和氨等對BFe30-1-1不會產生影響，此外，該合金對堿液和被硫化物污染的半鹽水也有較好的抗蝕性。和其他所有白銅一樣，BFe30-1-1也可**避免應力腐蝕開裂。然而，此合金對沉淀腐蝕比較敏感，故一般不適合用于靜止或流速較低（流速在1~1.2m/s以下）的水中。

　　BFe30-1-1合金制成的換熱器在工作時，由于蒸汽直接沖擊金屬，會在管壁上產生高溫點脫鎳和局部過熱現象。

　　BFe30-1-1，廣泛用于洗鹽廠，尤其是條件惡劣的加熱和排熱區及電站冷卻器的下冷區，還可應用于化工、食品加工業等有較高防腐要求的場合。

　　BFe30-1-1常以完全退火狀態或加工并消除內應力狀態交貨，其工作溫度與交貨狀態有關，*高工作溫度范圍為370~425 oC。退火狀態和加工并消除內應力狀態*大許用應力分別為，38 oC時，82.7N/mm2，371oC時，64.8N/mm2和38 oC時，124.1N/mm2，426 oC時， 55.2N/mm2。

　　四、換熱器銅管的腐蝕保護

　　1、設計要求

　　管材的壽命很大程度上取決于換熱器形狀和工作參數的設計。水箱的設計，要保證入口處得到均勻的水流速度是很重要的，這樣可避免產生湍流，且能把管與管之間的流速差異降至*低。冷卻水的流量是可變的并配備相應的泵來進行流量調節和轉換。

　　輸入泵站的安裝位置應認真確定，以便在運行過程中*大限度地降低腐蝕物的輸入量。這與恰當的過濾同等重要，可避免浸蝕等的產生。此外，還配備有注入裝置，靠此裝置注入化學溶劑用于清理或穩定保護膜。

　　2、合金的選擇及技術條件

　　對于換熱器銅管材料選擇應從技術和經濟兩方面進行考慮。需要考慮的技術參數有：鹽度、污染物含量、水的硬度、含氧量、渾濁度等，此外還要考慮管材的預處理是否可靠，能否滿足工作條件的要求，盡可能選擇完全退火或去應力退火的，表面無氧化物和碳化物斑點的管材。

　　3、管材儲存

　　管材如不是立即使用，應將其用塑料薄膜包好，不能透氣，并放些干燥劑，然后存入干燥的庫房內。

　　4、安裝

　　在安裝過程中，管材要妥善處理，避免管材表面損傷和污染。

　　5、預處理

　　不論選擇何種合金，都有必要進行可靠的預處理，預處理的目的是在合金的表面產生初生腐蝕層。這是生成保護膜的必要條件。在預處理上花點功夫，將有益于延長管材的使用壽命。當用海水做冷卻水時，*好的預處理方法是在空載情況下讓換熱器在流速很低時工作30~60天。

　　此外，還要設法使冷卻水的含氧量提高，且不含硫化物或陰離子。

　　6、正常運行

　　在運行前或運行過程中，都要**禁止在換熱器的管子中留下滯留水。其次停止工作時，都要用空氣吹干管子，尤其在使用前或長期不用時，更應如此。管子的清理可采用加壓水或在運行過程中抽入流水。