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循環(huán)水中氯離子含量對板式換熱器材料選擇的影響
發(fā)布日期:2017-10-19 23:31:10 文章來源: 板式換熱器廠家 點(diǎn)擊數(shù):【4659】

        循環(huán)水中氯離子含量對板式換熱器材料選擇的影響

  在石油化工裝置設(shè)計(jì)過程中,對設(shè)備材料的選擇經(jīng)常要考慮各種不同的因素,其中腐蝕是要考慮的因素之一,尤其是考慮裝置長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),保證設(shè)備內(nèi)漏,選擇合適的抗腐蝕設(shè)備材料更為重要。筆者在此就板式換熱器可能的腐蝕性進(jìn)行分析和對以循環(huán)水為冷卻介質(zhì)的板式換熱器由于循環(huán)冷卻水氯離子含量對材料選擇的影響進(jìn)行探討。
  我們知道,板式換熱器以傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、拆卸方便、占地面積小、適用范圍廣等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。板式換熱器由兩片側(cè)壓板、多片內(nèi)板、冷熱介質(zhì)進(jìn)出管口、加緊絲杠組成。對于用于被冷介質(zhì)無腐蝕的板式換熱器,一般兩端的側(cè)壓板和進(jìn)出管口的材質(zhì)為碳鋼,而內(nèi)板片通常采用0.5 0.8 mln厚的不銹鋼、或合金板片壓制。由于水中的氯離子對不銹鋼、合金鋼會產(chǎn)生不同程度的腐蝕,因此用于被冷介質(zhì)無腐蝕的板式換熱器,內(nèi)板片材料的選擇就取決于循環(huán)冷卻水中氯離子含量的多少。當(dāng)然,溫度的高低也是決定氯離子對內(nèi)板片腐蝕程度的主要因素。
  1 腐蝕性分析
  腐蝕的種類很多,金屬腐蝕的形態(tài)可分為均勻腐蝕和局部腐蝕,前者較均勻的發(fā)生在金屬全部表面,后者只發(fā)生在局部[川。局部腐蝕典型的有:晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、電偶腐蝕、沖刷腐蝕、腐蝕疲勞、脫層腐蝕。有氯離子存在的循環(huán)冷卻水對板式換熱器主要損害腐蝕是點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕。
  點(diǎn)腐蝕也稱為孔腐蝕,是高度局部的腐蝕形態(tài),在金屬表面腐蝕成坑,更進(jìn)一步形成深孔使金屬板穿透。在板式換熱器內(nèi),內(nèi)板表面一般會覆蓋保護(hù)性的鈍化膜,腐蝕較輕微,但會由于板面上的缺陷(如:劃痕、撞點(diǎn)、非金屬夾雜物等)致使微小破口暴露的金屬成為電池陽極,周圍擴(kuò)大面積的膜成為陰極,陽極電流高度集中,使腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展⋯1,進(jìn)而產(chǎn)生局部的嚴(yán)重腐蝕點(diǎn)。
  應(yīng)力腐蝕是在金屬板存在拉應(yīng)力的情況下且有腐蝕造成金屬板破裂,也稱為應(yīng)力腐蝕破裂。對于板式熱交換器,內(nèi)板壓型時(shí)會產(chǎn)生應(yīng)力,因此,如內(nèi)板采用奧氏體不銹鋼,有氯離子存在的環(huán)境會產(chǎn)生典型的應(yīng)力腐蝕。
  縫隙腐蝕是點(diǎn)腐蝕的特殊形式,發(fā)生在縫隙內(nèi),破壞形態(tài)為溝縫狀,嚴(yán)重者可穿透。對于板式熱交換器,內(nèi)板片四周是采用密封墊由板片相互壓緊來密封的,兩板片之間,一面有密封槽另一面一般為平面,在壓緊以后的墊圈與板片之間會存在縫隙。另外,板片與板片之間交替排列、夾緊,使相鄰板片波紋頂端相互交叉形成大量接觸點(diǎn),觸點(diǎn)周圍也將形成縫隙�?p隙內(nèi)是缺氧區(qū),也處于閉塞狀態(tài),縫內(nèi)pH值下降,氯離子濃度增大,由此加速腐蝕。因此縫隙腐蝕也是奧氏不銹鋼板式換熱器的典型腐蝕。
  2 溫度對腐蝕的影響
  腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng),每升溫1O℃,腐蝕的速度約增加1—3倍。通常腐蝕率總是隨著溫度升高而加快,溫度升高,擴(kuò)散速度增加,電解液電阻下降,使腐蝕電池的反應(yīng)加快⋯1。當(dāng)然也有例外,當(dāng)升溫可以降低其它因素的作用,腐蝕有可能隨之降低;但該例外對板式換熱器不適用。
    3 循環(huán)水中的氯離子來源與含量
    循環(huán)水中的氯離子來源于循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水所帶的氯離子和補(bǔ)充水的處理加氯、循環(huán)冷卻水處理加氯。氯離子含量的多少主要取決于循環(huán)水的濃縮倍數(shù)。對于補(bǔ)充水的處理加氯和循環(huán)冷卻水處理加氯所帶來的氯離子并不是主要的,根據(jù)國標(biāo)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范))GBS0050— 95規(guī)定,補(bǔ)充水加氯處理游離性余氯量需控制在0.1—0.2 mg/L,敞開式循環(huán)冷卻水的加氯處理余氯量控制在0.5—1.0 mg/Ll1 J。主要的還是補(bǔ)充水所帶的氯離子,因此補(bǔ)充水的來源不同,使得循環(huán)冷卻水中所含的氯離子含量不同。
    (1)對于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),水在循環(huán)水塔冷卻的過程中將會不斷的蒸發(fā),被蒸發(fā)的水分相當(dāng)于蒸餾水,原部分水中所含的雜質(zhì)、鹽分、氯離子均留在了循環(huán)水中,因而造成鹽分、氯離子濃度增加。按照GB 50050—95規(guī)定。敞開式循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)不應(yīng)小于3.Ol2],因而在設(shè)計(jì)時(shí)濃縮倍數(shù)往往大于3,通常取4,甚至有取5的。那么,循環(huán)冷卻水中的氯離子含量也就隨濃縮倍數(shù)的增加按補(bǔ)充水中氯離子含量成倍增加。
    (2)根據(jù)國標(biāo)《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ3O2O一93和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3838—2OO2,對于氯含量(以氯離子計(jì))的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求為250 mg/L,如以此為標(biāo)準(zhǔn),再考慮循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)不應(yīng)小于3.0的要求,那么就意味著按國標(biāo)的水質(zhì)補(bǔ)水,循環(huán)冷卻水的氯離子含量最低會達(dá)到750 mg/L。實(shí)際上,補(bǔ)充水水源不論是地表水、地下水,還是自來水,氯離子含量達(dá)到250mg/L并不多,循環(huán)冷卻水的氯離子含量不會達(dá)到750 mg/L。按照GB 50050—95的規(guī)定,對于碳鋼換熱設(shè)備,要求循環(huán)冷卻水氯離子含量≤1 000mg/L,對于不銹鋼換熱設(shè)備,要求循環(huán)冷卻水氯離子含量≤300 mg/LE 。如果水的比重按近似1 000g/L考慮,300mg/L相當(dāng)于3X10I4(300ppm)[wt,質(zhì)量分?jǐn)?shù)]。所以,循環(huán)冷卻水氯離子含量最高可按3 X 10~(3OO ppm. )考慮。
    4 循環(huán)冷卻水中氯離子對材料選擇的影響
    筆者在工程設(shè)計(jì)中,從板式換熱器制造廠得到不同材料在不同氯離子含量、溫度下的腐蝕界限,經(jīng)整理得如表1的數(shù)據(jù)。
                
    從表1我們可以清楚的看到,循環(huán)冷卻水中的氯離子含量越高對材料不腐蝕適應(yīng)的溫度越低,如果溫度不變,氯離子含量越高對材料不腐蝕所要求的材料材質(zhì)越高。所以,循環(huán)水中氯離子含量的多少和板式熱交換器內(nèi)被冷卻介質(zhì)和循環(huán)冷卻水的溫度高低對選擇板式換熱器內(nèi)板材料非常關(guān)鍵。對照表1,如果以GB50050—95的規(guī)定,循環(huán)冷卻水氯離子含量≤300 mg/L(近似3OO ppm,wt)考慮,不銹鋼換熱設(shè)備不同材料所對應(yīng)的適應(yīng)冷卻水溫度(按不腐蝕界限),304不銹鋼最高適應(yīng)10℃,316不銹鋼最高適應(yīng)40℃。如以在工程設(shè)計(jì)中循環(huán)水出口溫度按40~42℃ 考慮,則這兩種材料均不可用,需要選擇更高的材料。事實(shí)上,真正使循環(huán)冷卻水氯離子含量達(dá)到300 mg/i的并不多。只有在不能確定循環(huán)冷卻水氯離子含量時(shí),可按GB50050—95的規(guī)定以300 ppm( )考慮(尤其是新建工廠常常會這樣)。不過以此為依據(jù)選板式換熱器板片材料,可能會造成選材過高而增加設(shè)備投資。因此,最好能確定氯離子含量,如根據(jù)循環(huán)冷卻水實(shí)測或根據(jù)補(bǔ)充水中氯離子含量和循環(huán)水濃縮倍數(shù)來確定。事實(shí)上,當(dāng)循環(huán)水的補(bǔ)充水源氯離子含量、循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)確定時(shí),相應(yīng)的循環(huán)冷卻水氯離子含量就基本確定了。筆者在從事多年化工設(shè)計(jì)的過程中,除個(gè)別按GB50050—95規(guī)定的外,碰見過循環(huán)冷卻水氯離子含量高的按2.50×10I4(250 ppm, )考慮,低的按9.0×10~(9o ppm, )考慮。
    作為板式換熱器板片材料選擇,在此假定循環(huán)冷卻水氯離子含量為1.20×10I4(120 ppm,wt),不同材料所對應(yīng)的適應(yīng)冷卻水溫度,按不腐蝕考慮,304不銹鋼為25℃,316不銹鋼為62~E,似乎316不銹鋼材料對于循環(huán)水的出口溫度一般為40~42℃來說是可行的。但需注意板式換熱設(shè)備在傳熱過程中金屬板片兩側(cè)各存在一層薄膜,傳熱面與流體本身存在一個(gè)溫差,或者說換熱板片金屬壁溫要高于板式換熱器內(nèi)循環(huán)冷卻水的溫度,換句話說,要考慮換熱板片金屬壁溫,需要考慮被冷介質(zhì)的溫度,如果被冷介質(zhì)溫度較高,經(jīng)計(jì)算換熱器的板片壁溫高于62℃,則316不銹鋼不可選。這時(shí)就需要考慮耐氯離子腐蝕性很好的不銹鋼S31254(或254SMO)了。如果循環(huán)冷卻水氯離子含量更高,或溫度更高,當(dāng)采用$31254(或254SM0)仍不能滿足要求時(shí),板式換熱器的板片材料就要選用鈦材了。順便提一句,板式熱交換器的內(nèi)板壁溫確定,最好是根據(jù)被冷卻介質(zhì)的溫度和循環(huán)冷卻水的溫度來計(jì)算,如果計(jì)算有困難,可取設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度。不過這樣也會造成選材過高而增加設(shè)備投資。
    5 結(jié)語
    用于被冷介質(zhì)無腐蝕的板式換熱器,其板片材料的選擇影響因素除了上述的循環(huán)水中氯離子含量多少、水的溫度和被冷卻介質(zhì)的溫度外,還有循環(huán)冷卻水的酸堿度,同樣的氯離子含量,在酸性環(huán)境下腐蝕性增強(qiáng),反之減弱。如316不銹鋼材料,對于1.20×10I4(120 ppm, )氯離子含量的循環(huán)冷卻水,在pH值為5時(shí),不腐蝕的合適溫度為:40℃,在pH值為9時(shí),不腐蝕的合適溫度可以大于130℃ 。因此,板式換熱器的板片材料的選擇要綜合考慮各種因素,以達(dá)到既可保證設(shè)備的長期運(yùn)轉(zhuǎn),又可不增加設(shè)備投資的目的。
說明:文章出自
板式換熱器生產(chǎn)廠家--蘇州安博特?fù)Q熱設(shè)備有限公司,未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載,如要轉(zhuǎn)載請注明文章來源。

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