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浅谈多晶硅行业换热器的腐蚀与应对措施

文档作者：杜斌文档来源：新特能源股份有限公司		点击数：	更新时间： 2022年03月19日
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浅谈多晶硅行业换热器的腐蚀与应对措施
杜斌
（新特能源股份有限公司，新疆乌鲁木齐831400）
1 概述
多晶硅行业设备压力等级大部
分在1.0-3.2MPa, 工作温度以≤
200℃居多，生产主要原料STC、TCS、
DCS 本身对设备并不具备腐蚀性，但
在遇水时均会产生氯化氢并形成强
腐蚀性的盐酸并造成严重的次生腐
蚀，给安全生产造成严重影响，因此
对设备数泄漏的要求在化工行业中
却属于较高的。由于上述工艺特点，使用的换热器多为固定管板式，
材质多数为碳钢、低合金钢或者奥氏体不锈钢。多年的运行经验表
明，多晶硅工厂非计划停产很大一部分原因是由于换热器泄漏所
致。如何保证换热器平稳运行逐渐成了能否达产的关键问题。结合
多晶硅行业特性对腐蚀原因及防腐措施进行研究已非常有必要，就
结合晶硅行业物料特性对换热器防腐做一浅析。
2 腐蚀原因分析
2.1 循环水氯离子腐蚀
根据《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007 中关于循
环水通用设计规范内容，现阶段循环水考虑浓缩倍数时Cl- 浓度
按≤700mg/L 进行设计，但多晶硅生产工艺过程中与循环水换热的
物料设计温度在45-130℃，由于考虑节水特别是在缺水的西部不
可能依靠大量排水降低氯离子浓度，在此温度下碳钢换热器平均寿
命约4 年，而常用的奥氏体不锈钢换热器平均寿命不足5 年。氯离
子对换热设备腐蚀的可以采用内窥、涡流检测等结合的方式进行，
表1 是对17 台平均使用周期为3.5 年的设备进行涡流检测的数据
统计，由于换热管壁厚σ=2mm，当腐蚀裕量超过20%的设备如不
进行特殊处理基本可以判定该设备无法坚持到下一个检修期。
2.2 循环水结垢、异物管堵塞腐蚀
国内多晶硅行业自2007 年兴起，属于但又有别于传统化工企
业，对于装置、设备检修周期处于摸索期，行业并没有统一的标准。
在现状下，多数企业为了效益最大化，在工艺负荷能够满足的条件
下基本不安排静设备的检修，经过多年的运行进水口会有异物堵
塞，造成水流速低，通过对腐蚀设备进行检测发现当流速低于
0.9mm/s 时换热器将无法带走系统热负荷且容易形成水垢堵塞管
道，在流速、高温度下产生垢下腐蚀加剧设备腐蚀泄漏速度。
2.3 系统泄漏造成的次生腐蚀
多晶硅生产中的所有原料遇水均会产生腐蚀性液态氯化氢，同
时产生的硅酸水解物会堵塞系统管路不易清理，尤其是含DCS（沸
点：8.2℃，自燃温度：44℃）的置换周期长达72 小时，每一次泄漏
漏意味着系统所有设备均有存在泄漏进一步腐蚀泄漏的风险。
2.4 奥氏体不锈钢设备表面网状裂纹
多晶硅企业为了保证物料洁净大量使用奥氏体不锈钢作为换
热器壳体和封头材料，某企业在运行到第一个特种设备全面检验时
将发现不少奥氏体换热器的封头、筒体出现表面网状裂纹，通过无
损检测结果发现裂纹形状无规则，常出现在筒体、封头焊缝处或表
面有水渍区域，分析裂纹主要原因为焊接时应力未消除的应力腐
蚀、表面长期有漏水与空气中腐蚀气体形成的Cl- 产生腐蚀。
2.5 换热器修复完毕后二次泄漏
泄漏的换热器修复后产生二次泄漏的主要原因有三点：一是换
热器修复时未将应力消除，而投运至系统时温差过大造成焊接管头
附近不漏管头泄漏，此类漏点多出现在不锈钢设备堵管或补焊管头
上；二是换热器漏点很小，采用普通试压方法无法检验出来，在投运
后1 个月甚至半年后小漏变大时才被发现；三是设备修复完毕虽无
漏点，但换热管壁厚减薄超过30%以上，在修复投运后寿命不长发
生泄漏。
3 应对措施
3.1 控制循环水水质，主要包括：一是循环水加药时避免采用造
成氯离子富集的方式；二是对循环水栅栏进行改造，避免填料等杂
质进入系统中堵塞入口；三是如果采用地下水补水需注意现场地沟
是否有地沟渗漏现象，如有需及时修复否则腐蚀介质进入地下将影
响原水水质；四是必须考虑将现场蒸汽冷凝液回收补入循环水中降
低Cl- 浓度。
3.2 对于碳钢设备循环水腐蚀可采用热固化涂料方式防腐对循
环水侧进行防腐，通过灌涂烘干方式形成90-130um 厚度的防腐涂
层，通过此方式设备可在≤300℃工况下长期工作，涂层寿命最低可
保证5 年，且投资不高。但涂料防腐也存在局限性，主有：无法在不
锈钢设备上实施，旧设备做防腐效果不能得到保障，并且目前试验
未发现能耐氯硅烷的涂料。
3.3 对于高温、高压等恶劣工况需对易腐蚀换热管进行提高材
质等级或采用防腐蚀材料的方式，目前常用方式是使用双相钢替代
奥氏体不锈钢方式。
3.4 加强生产管理，一是对未安装在线水质检测部位每班采用
PH 试纸对换热器水质取样检测；二是对设备进、出口物料温度进行
记录，相对原始数据进行比对分析；三是对水流量进行检测保证流
速在1.5-3m/s 之间，防止水流速过低产生结构和腐蚀。
3.5 不断增加检测方式及手段，一是在换热器检修时采用涡流
检测、内窥镜检测方式检测换热管壁厚及外管，利用数据、图像作为
判定设备评估依据；二是重要设备安装在线PH 检测仪，避免一台
设备泄漏造成系统腐蚀的灾难；三是在试漏中考虑采用敏感的氨检
或甲基橙作为测试漏点介质，提高对微漏点检测能力。
3.6 采用干式空冷器替代现有水冷却器。采用空冷器后优点在
于避免了循环水的腐蚀，而氯硅烷等对设备本身无腐蚀，总体来说
腐蚀源大大减少；缺点在于投资大，且多晶硅生产环境中HCl 对翅
片腐蚀现状仍未能解决。
4 结论
换热器防腐蚀没有一成不变的手段，它是一门综合性的研究课
题，需要各专业技术人员结合行业特性密切配合、总结经验教训，相
信换热器防腐的深入研究必将给多晶硅行业发展带来深远的影响。
参考文献
[1]邓丰,唐正林.多晶硅生产技术[M].北京：化学工业出版社.
[2]夏强,化工设备换热器的常见腐蚀与防腐,江苏省特种设备安全监
督检验研究院.
[3]虞兆年.防腐蚀涂料和涂装[M].北京：北京化工出版社.
[4]董其伍,张.石油化工设备设计选用手册,中国石化集团上海工
程有限公司.
摘要：主要对多晶硅行业在生产中换热器出现腐蚀常见原因的分析，同时结合实际生产经验提出了常见的有效应对措施。
关键词：多晶硅；换热器腐蚀；应对措施
表1 换热器腐蚀涡流检测数据统计报

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