1、循環冷卻水中氯離子對板換材料選擇的影響http:/ 2008年09月26日08:56生意社生意社09月26日訊循環冷卻水中氯離子對板換材料選擇的影響1.黃新平2.黃春梅（1.中國寰球工程公司，北京1029 ; 2.北京化工大學北方學院，河北燕郊065201）摘要：對板式換熱器腐蝕進行了分析，結合不同氯離子含量、不同溫度對不同材料的腐蝕界限， 對以循環水為冷卻介質的板式換熱器由于冷卻水氯離子含量對材料選擇的影響進行了分析。關鍵詞：腐蝕；循環冷卻水；氯離子；板式換熱器；溫度在石油化工裝置設計過程中，對設備材料的選擇經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運轉，保

2、證設備內漏，選擇合適的抗腐蝕設備材料更為 重要。筆者在此就板式換熱器可能的腐蝕性進行分析和對以循環水為冷卻介質的板式換熱器由于 循環冷卻水氯離子含量對材料選擇的影響進行探討。我們知道，板式換熱器以傳熱效率高、結構緊湊、拆卸方便、占地面積小、適用范圍廣等特點 而被廣泛應用。板式換熱器由兩片側壓板、多片內板、冷熱介質進出管口、加緊絲杠組成。對于 用于被冷介質無腐蝕的板式換熱器，一般兩端的側壓板和進出管口的材質為碳鋼，而內板片通常采用0 .50. 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、合金鋼會產生 不同程度的腐蝕，因此用于被冷介質無腐蝕的板式換熱器，內板片材料的選擇就取決于

3、循環冷卻水中氯離子含量的多少。當然，溫度的高低也是決定氯離子對內板片腐蝕程度的主要因素。1腐蝕性分析腐蝕的種類很多，金屬腐蝕的形態可分為均勻腐蝕和局部腐蝕，前者較均勻的發生在金屬全部表面，后者只發生在局部川。局部腐蝕典型的有：晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、 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冷卻水對板式換熱器主要損害 腐蝕是點腐蝕、應力腐蝕和縫隙腐蝕。點腐蝕也稱為孔腐蝕，是高度局部的腐蝕形態，在金屬表面腐蝕成坑，更進一步形成深孔使金 屬板穿透。在板式換熱器內，內板表面一般會覆蓋保護性的鈍化膜，腐蝕較輕微，但會由于板面 上的缺陷（如：劃痕、撞點、非金屬夾雜物等 ）

4、致使微小破口暴露的金屬成為電池陽極，周圍擴大 面積的膜成為陰極，陽極電流高度集中，使腐蝕迅速向內發展？1,進而產生局部的嚴重腐蝕點。應力腐蝕是在金屬板存在拉應力的情況下且有腐蝕造成金屬板破裂，也稱為應力腐蝕破裂。對于板式熱交換器，內板壓型時會產生應力，因此，如內板采用奧氏體不銹鋼，有氯離子存在的環 境會產生典型的應力腐蝕。縫隙腐蝕是點腐蝕的特殊形式，發生在縫隙內，破壞形態為溝縫狀，嚴重者可穿透。對于板式 熱交換器，內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

5、端相互交叉形成大量接觸點，觸點周圍也將形成縫隙。縫隙內是缺氧區， 也處于閉塞狀態，縫內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反應，每升溫1OC，腐蝕的速度約增加13倍。通常腐蝕率總是隨著溫度 升高而加快，溫度升高，擴散速度增加，電解液電阻下降，使腐蝕電池的反應加快？1。當然也有例外，當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循環水中的氯離子來源與含量循環水中的氯離子來源于循環冷卻水的補充水所帶的氯離子和補充水的處理加氯、循環冷卻水處理加氯。氯離子含量的多少主要取決于循環水

6、的濃縮倍數。對于補充水的處理加氯和循環冷卻水處理加氯所帶來的氯離子并不是主要的，根據國標工業循環冷卻水處理設計規范)GBS005095規定，補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。主要的還是補充水所帶的氯離子，因此補充水的來源不同，使得循環冷卻水中所含的氯離子含量不同。(1)對于敞開式循環冷卻水系統，水在循環水塔冷卻的過程中將會不斷的蒸發，被蒸發的水分相當于蒸熠水，原部分水中所含的雜質、鹽分、氯離子均留在了循環水中，因而造成鹽分、氯離 子濃度增加。按照GB 50050 95規定。敞開式循

7、環冷卻水設計濃縮倍數不應小于3. 012,因而在設計時濃縮倍數往往大于3,通常取4,甚至有取5的。那么，循環冷卻水中的氯離子含量也就隨濃縮倍數的增加按補充水中氯離子含量成倍增加。(2)根據國標生活飲用水水源水質標準CJ3O2O 93和地表水環境質量標準GB 3838 2002，對于氯含量(以氯離子計)的水質標準要求為250 mg /L,如以此為標準，再 考慮循環冷卻水設計濃縮倍數不應小于3. 0的要求，那么就意味著按國標的水質補水，循環冷卻水的氯離子含量最低會達到750 mg /L。實際上，補充水水源不論是地表水、地下水，還是自來水，氯離子含量達到250mg /L并不多，循環冷卻水的氯離子含量

8、不會達到750 mg /L。按照GB 5005095的規定，對于碳鋼換熱設備，要求循環冷卻水氯離子含量1 000mg /L,對于不銹鋼換熱設備，要求循環冷卻水氯離子含量300 mg /LE。如果水的比重按近似1 000g /L考慮，300mg /L相當于3X10I4(300ppm)wt，質量分數。所以，循環冷卻水氯離子含量最高可 按3 X10(3OO ppm .)考慮。4循環冷卻水中氯離子對材料選擇的影響筆者在工程設計中，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，經整理得如表1的數據。*1不同材料的腐蚊界限溫度氯嬲子含 sc 106(pcm)溶液 pH = 7(min)

9、3W 不例鋼316 木精鋼合金知、ILGT小于以下大于以下值小于以 F 大于以 F 值小于以下大于以下值值不腐蝕ft 定定蝕值不腐蝕值不腐蝕 肯定腐迎10012.021.050854507409514.424.05595534.6893 39015，36 J62105WE.411008517,731 072120855 1140)8020.535.08113010801 皿 77523.3410951 兇1336 624007027.047.2106190170031006532.054.6115210230041006037.564,7140240305053005543,475.01753

10、00407070005052.086.020133054009900456L0103.02504107800130004071.3120.0290505100001850035S5 0150,0340615140002900030103.0ISO.O4107502000042756-325125,9mo540950340007000020150.0250.0650115015190.0320.083016001022.0420.010502050:臺金 20.18.6 為含餡 20、鐐 18 .鈕 6 的合金，相當于 ASTM 的S3I254 和 AvoU Shfiffidd 的 254SMO

11、0從表1我們可以清楚的看到，循環冷卻水中的氯離子含量越高對材料不腐蝕適應的溫度越低, 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越高。所以，循環水中氯離子含 量的多少和板式熱交換器內被冷卻介質和循環冷卻水的溫度高低對選擇板式換熱器內板材料非常關鍵。對照表1,如果以GB50050 95的規定，循環冷卻水氯離子含量300 mg /L（近似3OO ppm , wt）考慮，不銹鋼換熱設備不同材料所對應的適應冷卻水溫度（按不腐蝕界限），304不銹鋼最高適應10C, 316不銹鋼最高適應40C。如以在工程設計中循環水出口溫度按4042 C考慮，則這兩種材料均不可用，需要選擇更高的材料。事實上

12、，真正使循環冷卻水氯離子 含量達到300 mg / i的并不多。只有在不能確定循環冷卻水氯離子含量時，可按GB5005095的規定以300 ppm（）考慮（尤其是新建工廠常常會這樣）。不過以此為依據選板式換熱器板片材料， 可能會造成選材過高而增加設備投資。因此，最好能確定氯離子含量，如根據循環冷卻水實測或 根據補充水中氯離子含量和循環水濃縮倍數來確定。事實上，當循環水的補充水源氯離子含量、 循環冷卻水設計濃縮倍數確定時，相應的循環冷卻水氯離子含量就基本確定了。筆者在從事多年化工設計的過程中，除個別按GB5005095規定的外，碰見過循環冷卻水氯離子含量高的按2.50X 1014（250 ppm

13、 ,）考慮，低的按9. 0X10（9o ppm ,）考慮。作為板式換熱器板片材料選擇，在此假定循環冷卻水氯離子含量為1 . 20X 10I4（120 ppm , wt）,不同材料所對應的適應冷卻水溫度，按不腐蝕考慮，304不銹鋼為25 C, 316不銹鋼為62E ,似乎316不銹鋼材料對于循環水的出口溫度一般為4042 C來說是可行的。但需注意板式換熱設備在傳熱過程中金屬板片兩側各存在一層薄膜，傳熱面與流體本身存在一個溫差，或者說換熱板片金屬壁溫要高于板式換熱器內循環冷卻水的溫度，換句話說，要考慮換熱板片金屬壁溫，需 要考慮被冷介質的溫度，如果被冷介質溫度較高，經計算換熱器的板片壁溫高于62

14、C,則316不銹鋼不可選。這時就需要考慮耐氯離子腐蝕性很好的不銹鋼S31254（或254SMO）了。如果循環冷卻水氯離子含量更高，或溫度更高，當采用$31254（或254SM0）仍不能滿足要求時，板式換 熱器的板片材料就要選用鈦材了。順便提一句，板式熱交換器的內板壁溫確定，最好是根據被冷 卻介質的溫度和循環冷卻水的溫度來計算，如果計算有困難，可取設備的設計溫度。不過這樣也 會造成選材過高而增加設備投資。5結語用于被冷介質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水中氯離子含 量多少、水的溫度和被冷卻介質的溫度外，還有循環冷卻水的酸堿度，同樣的氯離子含量，在酸 性環境下腐蝕性增強，反之減弱。如316不銹鋼材料，對于1 .