【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 液中,室溫下,浸泡30~60分鐘),可在表面生成Cr2O3鈍化(保護(hù))膜,使其耐腐蝕性能提高。但是,含鹵素離子(尤其是Cl—)的液體(例如,鹽水、鹽酸、含碘或含氯的消毒液等),對(duì)鈍化膜有破壞作用,從而可加劇腐蝕。如果由于化學(xué)侵蝕、機(jī)械損傷以及其他原因造成鈍化膜破壞,也將在受到破壞的地方產(chǎn)生局部腐蝕。一般情況下,介質(zhì)中Cl—濃度＜200 mg/L(ppm)時(shí), 可選用316（溫度60℃下，最高Cl—濃度可達(dá) 300 mg/L，溫度120℃下，僅80 mg/L）或304（溫度60℃下，最高Cl—濃度僅 50mg/L）型不銹鋼；Cl—濃度≥200mg/L時(shí),宜選用高級(jí)不銹鋼或鈦及鈦合金。幾種不銹鋼在非氧化性、含氯(Cl—)水溶液中的適用條件見(jiàn)表131。表131 幾種不銹鋼在含氯(Cl—)水溶液中的適用條件注：不含氣體、PH值為7(即中性)、流動(dòng)的含氯水溶液。② 奧氏體不銹鋼對(duì)硫化物(SO2 、SO3)腐蝕有一定的抗力。但是，Ni含量越高，耐蝕性將降低（因生成低熔點(diǎn)NiS）,可能引起硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂同材料的硬度有關(guān)，奧氏體不銹鋼的硬度應(yīng)≤HB228；NiMo或Ni–Mo–Cr合金的硬度不限；碳素鋼的硬度應(yīng)≤HB225；③ 必須注意板片材料與墊片或膠粘劑的相容性。例如，應(yīng)避免將含氯的墊片或膠粘劑（如氯丁橡膠或以其為溶質(zhì)的膠粘劑）與不銹鋼板片組配,或者將氟橡膠、聚四氟乙烯（PTFE）墊片與鈦板板片組配；④ 一般，硫酸可選用鎳及鎳基合金；鹽酸、硝酸和稀硫酸(濃度70％以下)等可選用鈦—鈀合金；不容許接觸黑色金屬的特殊場(chǎng)合（如軟化飲用水），或要求耐磨蝕的場(chǎng)合，可選用銅及銅合金；⑤ 常用的評(píng)價(jià)材料耐蝕性好壞的指標(biāo)之一是“耐局部腐蝕當(dāng)量PRE”（Pitting Resistance Equivalent）。PRE值取決于材料中Cr、 Mo和N元素的平均含量(％)：PRE＝Cr++30N ；其值越大，耐局部腐蝕或均勻腐蝕的性能越好。 ⑷ 板片常用材料的特點(diǎn)及適用條件① 304型不銹鋼這是最廉價(jià)、最廣泛使用的奧氏體不銹鋼（如食品、化工、原子能等工業(yè)設(shè)備）。適用于一般的有機(jī)和無(wú)機(jī)介質(zhì)。例如，濃度＜30％、溫度≤100℃或濃度≥30％、溫度＜50℃的硝酸；溫度≤100℃的各種濃度的碳酸、氨水和醇類(lèi)。在硫酸和鹽酸中的耐蝕性差；尤其對(duì)含氯介質(zhì)(如冷卻水)引起的縫隙腐蝕最敏感。在含氯水溶液中的適用條件,見(jiàn)表134。PRE為19。② 304L型不銹鋼耐蝕性和用途與304型基本相同。由于含碳量更低（≤％），故耐蝕性（尤其耐晶間腐蝕, 包括焊縫區(qū)）和可焊性更好，可用于半焊式或全焊式PHE。③ 316型不銹鋼適用于一般的有機(jī)和無(wú)機(jī)介質(zhì)。例如,天然冷卻水、冷卻塔水、軟化水；碳酸；濃度＜50％的醋酸和苛性堿液；醇類(lèi)和丙酮等溶劑；溫度≤100℃的稀硝酸（濃度＜20％＝、稀磷酸（濃度＜30％＝等。但是,不宜用于硫酸。由于約含2％的Mo，故在海水和其他含氯介質(zhì)中的耐蝕性比304型好,完全可以替代304型,見(jiàn)表134。PRE為25。④ 316L型不銹鋼耐蝕性和用途與316型基本相同。由于含碳量更低（≤％），故可焊性和焊后的耐蝕性也更好，可用于半焊式或全焊式PHE。PRE為25。⑤ 317型不銹鋼適合要求比316型使用壽命更長(zhǎng)的工況。由于Cr、Mo、Ni元素的含量比316型稍高，故耐縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕的性能更好。PRE為30。⑥ AISI 904L或 SUS 890L型不銹鋼這是一種兼顧了價(jià)格與耐蝕性的高性?xún)r(jià)比的奧氏體不銹鋼，其耐蝕性比以上幾種材料好,特別適合一般的硫酸、磷酸等酸類(lèi)和鹵化物（含Cl—、F— ）。由于Cr、Ni、Mo含量較高，故具有良好的耐應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。在含氯介質(zhì)中的適用條件,見(jiàn)表134。PRE為36。 ⑦ Avesta 254 SMO高級(jí)不銹鋼這是一種通過(guò)提高M(jìn)o含量對(duì)316型進(jìn)行了改進(jìn)的超低碳高級(jí)不銹鋼，具有優(yōu)良的耐氯化物點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能，適用于不能用316型的含鹽水、無(wú)機(jī)酸等介質(zhì)。在含氯介質(zhì)中的適用條件,見(jiàn)表511。PRE為47。⑧ Avesta 654 SMO高級(jí)不銹鋼這是一種Cr、Ni、Mo、N含量均高于254 SMO 的超低碳高級(jí)不銹鋼,耐氯化物腐蝕的性能比254 SMO更好,可用于冷的海水。PRE為64。⑨ RS2（OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不銹鋼這是一種國(guó)產(chǎn)的Cr–Ni–MoCu不銹鋼。耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的性能相當(dāng)于316型，而耐應(yīng)力腐蝕的性能更好。 可用于80 ℃以下的濃硫酸（濃度90~98％），年腐蝕率≤。PRE為29。⑩ Incoloy 825這是一種Ni（40％）–Cr（22％）–Mo（3％）高級(jí)不銹鋼。Incoloy是the International Nickel 。適用于低溫下各種濃度的硫酸；在濃度為50％~70％的苛性堿（如NaOH）溶液中,具有良好的耐蝕性,不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。但是,對(duì)氯化物引起的縫隙腐蝕卻很敏感。此外,沖壓性能也不太好,故不是板片常用的材料。PRE為32。鈦非合金化鈦，重量輕，能自然生成鈍化保護(hù)膜（Ti2O3），且如果一旦被破壞，具有“自愈性”，故耐蝕性比不銹鋼好，是適合含氯介質(zhì) （Cl—濃度＞200 mg/L，溫度≤130℃）的典型材料。在不超過(guò)120℃的海水和其他氯化物（如CaCl2）溶液中, 實(shí)際上不受腐蝕。一般,可用于135℃以下的海水和165℃以下各種濃度的鹽水(NaCl)：鈦在沸點(diǎn)以下的有機(jī)酸（如濃硝酸、濃碳酸等）和稀堿液中,耐蝕性能也良好。鈦在H2SOHCl、HF和王水等中的耐蝕性較差。在高溫(120℃以上)的某些濃氯化物溶液（如PH＞氯化物濃度＞200mg/L的廢水）中，也可能引起縫隙腐蝕或應(yīng)力腐蝕；此時(shí),應(yīng)選用鈦－鈀合金。因?yàn)?，在高溫下，某些離子(如F—、Cl—、S—等)對(duì)鈦的縫隙腐蝕有加速作用，尤其是氟化物的危害性更大，故應(yīng)避免與氟橡膠或聚四氟乙烯墊片配用。鈦鈀合金這是添加了鈀(％~％)的非合金化鈦，因而明顯改善了鈦在酸類(lèi)介質(zhì)（尤其是條件不太苛刻的工況）中的耐蝕性。例如，對(duì)濃度達(dá)70％的硝酸、含氧化性離子（如Fe＋、Cu＋）的鹽酸以及電鍍液等均有良好的耐蝕性。此外,尚可用于濃度≤10％、溫度≤70℃的稀硫酸。鈦鉬鎳合金這是添加了鉬(％)和鎳(％)的合金化鈦,可用于非合金化鈦不耐腐蝕的工況。此外，由于鈦及鈦合金的抗拉強(qiáng)度低（σb≥240MPa）,對(duì)蠕變很敏感，故在板片夾緊力過(guò)大,或橡膠墊片產(chǎn)生溶漲的工況下，易使墊片槽變形；同時(shí),其塑性較差（δ5≥18％或24％）、屈強(qiáng)比較高(σs /σb ≥~)，沖壓成型時(shí)容易壓裂, 故在板片和模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面應(yīng)適當(dāng)考慮。Nickel 200這是含鎳99％以上的純鎳板。主要用于高濃度（50％~70％）、高溫（可至沸點(diǎn)）的苛性堿溶液（NaOH、KOH等）。但是，對(duì)微咸水等氯化物引起的縫隙腐蝕很敏感。Hastelloy C276這是一種昂貴的超低碳Ni（57％） Cr（16％） Mo（16％）合金— C族鎳基合金中的主要品種。Hastelloy是the Cabot 。國(guó)外，20世紀(jì)60年代開(kāi)始生產(chǎn)，具有良好的耐蝕性：在低PH介質(zhì)中幾乎不受Cl—的影響；對(duì)各種濃度的硫酸耐蝕性極好，是可用于熱濃硫酸的少數(shù)幾種材料之一；廣泛用于有機(jī)酸（如甲酸、醋酸）、高溫HF酸和一定濃度的鹽酸（＜40％）、磷酸(≤50％)；氯化物、氟化物和有機(jī)溶劑（如甲醇、乙醇）。PRE為69。Hastelloy C22 這是一種昂貴的超低碳Ni（57％）Cr（22％）Mo（13％）合金—也是C族鎳基合金之一。國(guó)外，20世紀(jì)80年代開(kāi)始生產(chǎn)。性能類(lèi)似于C276，但Cr含量更高，而Mo、Mn、S、P含量稍低。在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中，耐蝕性比C276好；在低、中濃度的硫酸、硝酸中腐蝕率更低。PRE為65。由于C276含Mo量高，用途廣泛，價(jià)格也相對(duì)較低,故實(shí)際效益超過(guò)C22。C22正被90年代幾種新的C族合金（如C5C2000等）逐步取代。Monel 400這是一種Ni(約70％ )Cu(約30％ )鎳基合金。在濃度80％以下、溫度不高于50℃~100℃非充氣的硫酸,濃度50％以下、溫度100℃以下的HF酸,醋酸和苛性堿等介質(zhì)中,耐蝕性良好。特別適用于酸性的氯化物溶液和某些工況下的微咸水和鹽水；具有良好的耐高溫性能。但是,不適用于濃硫酸、鹽酸和硝酸，而且對(duì)汞（有時(shí)作為雜質(zhì)存在）的侵蝕很敏感。Inconel 625這是一種Ni（62％）–Cr（23％）–Mo（9％）鎳基合金。Inconel是the International Nickel 。適用于含Cl—的各種溶液和酸類(lèi),以及濃度＜70％的苛性堿等許多介質(zhì)。它的耐蝕性能與價(jià)格介于C276和Inconel 825之間。但是,沖壓性能不太好，故不是板片常用的材料。PRE為52。⑸ 幾種國(guó)外耐蝕合金的新品種① 31合金 ：由904L改進(jìn)后的（提高M(jìn)o、N含量）、標(biāo)準(zhǔn)的6％Mo高級(jí)不銹鋼(31％Ni27％％Mo32％Fe)。在許多介質(zhì)中的耐蝕性比904L更好；在濃度20％~80％、溫度60℃~100℃的硫酸中,耐蝕性能甚至超過(guò) C276。PRE為34。② 33合金：一種完全奧氏體化的鉻基高級(jí)不銹鋼，其耐蝕性可與Inconel 625等一些NiCrMo合金媲美。在酸性和 堿性介質(zhì)(包括硝酸、硝酸與氫氟酸的混合物)中，具有良好的耐局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的性能；在濃硝酸中的耐蝕性比304L好得多。例如,適用于濃度大于96％~99％、溫度≤150℃、氧化硫含量小于200 mg/L的硫酸；熱的海水；濃度≤50％、沸騰的強(qiáng)腐蝕性溶液；濃度≤85％、溫度≤150℃的磷酸等。但是,不適用于還原性介質(zhì)(如稀硫酸等)。價(jià)格與C276相差不多。PRE為50。③ C2000合金：一種二十世紀(jì)90年代研發(fā)的鎳基合金,價(jià)格與C276相近,是以上材料中耐腐蝕性能最好者之一。在中等濃度以下的硫酸、稀鹽酸和沸騰溫度下,濃度≤50％的磷酸,以及熱的氯化物等介質(zhì)中，其耐蝕性比C276和 C22更好, 有取代C22合金的趨勢(shì)。但是,對(duì)于濃度≥70％的硫酸,耐蝕性不如C276。PRE為76。④ 59合金：化學(xué)成分與C2000比較,除了Ni含量稍高(59％),且低Fe,無(wú)Cu、W外,其余基本上相同。這是目前鎳基合金中耐蝕性、熱穩(wěn)定性、可沖壓性和可焊性最好的一種材料,自1990年商業(yè)化以來(lái),已廣泛用于硫酸、鹽酸、氫氟酸以及含氯、含氧、低pH值的許多介質(zhì)。PRE為76,與C2000相同。幾種耐蝕合金在“綠色死液”(％H2S0％HCl、1％FeCl3和1％CuCl2混合液)中試驗(yàn)的結(jié)果,見(jiàn)表132。其中, 59合金的耐蝕性最好。表132 幾種耐蝕合金的耐蝕性能比較注: －臨界點(diǎn)蝕溫度 (the Critical Pitting Temperature),℃；－ 臨界縫隙腐蝕溫度(the Critical Crevice－Corrosion Temperature),℃；、CCT值越高,材料在氧化性、酸性（pH＜7）介質(zhì)中,耐局部腐蝕（點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕）的性能越好。三、密封墊片用材料密封墊片是主要零件中最薄弱的環(huán)節(jié),其質(zhì)量好壞對(duì)產(chǎn)品的耐溫與耐壓性能、平均使用壽命、可靠性以及適用范圍等均有明顯影響。板式換熱器最廣泛采用的是橡膠墊片，選用時(shí),不僅要求適當(dāng)?shù)奈锢硇阅?尚應(yīng)考慮其與換熱流體的相容性（即耐蝕性、溶脹性）、使用溫度與使用壓力的波動(dòng)大小等因素。橡膠是一種高分子聚合物，由生膠、硫化劑、填充劑、防老劑、加工助劑和稀釋劑等組成。物理性能橡膠墊片的物理性能主要取決于配方—混煉和硫化工藝（包括硫化的壓力、溫度、時(shí)間等）。通常，硫化—,溫度為 160~185℃，時(shí)間為3~15min,視膠種而異；為了提高生產(chǎn)能力，硫化—模壓后的橡膠墊片尚應(yīng)靜置于烘箱內(nèi)，在均勻的溫度下，保溫一定的時(shí)間，最終完成硫化過(guò)程。物理性能將隨使用時(shí)間和溫度的增高而惡化。一般,在推薦的橡膠墊片最高使用溫度下,連續(xù)使用的平均壽命約為兩年。超過(guò)最高溫度10℃,平均壽命約縮短一半。但是,短時(shí)間超溫,影響不大。室溫下物理性能良好的墊片,在高溫、連續(xù)使用的情況下, 可能會(huì)變得很差。為此,保證墊片高溫下的物理性能非常重要。壓縮永久變形率是衡量墊片材料彈性恢復(fù)能力和確定使用溫度極限的重要依據(jù)。在允許的使用溫度下,其值越小,彈性恢復(fù)性能越好,對(duì)墊片的密封性能和平均壽命越有利。壓縮永久變形率將隨溫度和時(shí)間的增加而增大（表 133）,而且與橡膠的分子量、硫化劑、補(bǔ)強(qiáng)劑和其他助劑等有關(guān)。在生膠一定的前提下,主要取決于硫化劑的類(lèi)型與最佳量的配方。采用酚類(lèi)化合物硫化劑,壓縮永久變形率最??；胺類(lèi)化合物硫化劑最差。表133 溫度和時(shí)間對(duì)橡膠壓縮永久變形率的影響撕裂強(qiáng)度反映了墊片對(duì)缺口的敏感性和在承受一定的壓力下,抗開(kāi)裂的能力。撕裂強(qiáng)度低的墊片,在裝拆板片或受壓狀態(tài)時(shí),尖角處易開(kāi)裂，這對(duì)免粘式墊片尤其重要。橡膠經(jīng)老化（時(shí)效）處理后,其物理性能變化程度對(duì)墊片的耐溫能力和使用壽命有明顯影響。例如,某企業(yè)生產(chǎn)的三元乙丙橡膠,室溫下性能完全符合GB 16409的要求,但經(jīng)180℃、72小時(shí)老化后,％（％）；硬度達(dá)87度（增加12度）；裝有該墊片的PHE經(jīng)72小時(shí)、熱蒸汽（180℃~200℃）試驗(yàn)后, 彈性近乎完全喪失。硬度是衡量橡膠制品硫化程度好壞的指標(biāo)之一,對(duì)墊片的耐溫性能有一定影響。硬度較高,墊片的使用溫度也較高。我國(guó)常用邵爾（A）硬度,而國(guó)外常用IRHD(國(guó)際橡膠硬度單位)；在30度~80度范圍內(nèi),兩者基本上相同。某些墊片與流體（或其中的微量成分）可能存在不相容性,導(dǎo)致墊片被侵蝕或溶脹（體積增大，彈性減退）, 嚴(yán)重者將使墊片槽變形或墊片脫出槽外,產(chǎn)生泄漏。以下列舉幾個(gè)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)有關(guān)橡膠墊片物理性能的規(guī)定：GB 16409—1996《板式換熱器 附錄A》（表134）表134JB 8701—1998《制冷用板式換熱器 附錄A》（表135）表135例3 ISO 6448:1985