板式換熱器板片常用材料的應用

黃 超，周 振，盧 奇，任向東 ，王兆堃

（1.上海藍濱石化設備有限責任公司，上海 201518；2.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070）

工業(yè)傳熱過程中用到大量換熱設備，板式換熱器由于其特點，在工業(yè)中必不可少的，幾乎應用于包括動力、化工、冶金、食品、輕工等一切工業(yè)部門；同時，也是空調、供熱中的重要組成部分；在可是續(xù)發(fā)展的國策下，它還是余熱利用、太陽能利用、海水利用、污水利用、地熱利用中的關鍵設備[2]。由于板式換熱器應用場合廣泛，需要處理各種工況的介質，板片作為板式換熱器關鍵零件，它的耐腐蝕性十分重要，在不同的工況選用不同材質的板片，可以節(jié)約成本，減少不必要的浪費。

板式換熱器工作原理圖

根據(jù)板式換熱武器標準NB/T47004.1-2017《板式熱交換器第一部分：可拆卸板式熱交換器》規(guī)定，下面介紹常用幾種材質板片的應用場合[3]：

（1）板片用材一：S30408、S30403

S30408不銹鋼卷料

S30408不 銹 鋼 化 學 牌 號 為（06Cr19Ni10） 舊 牌 號（0Cr18Ni9），其特點最廉價、應用廣、價格低，適用范圍一般介質如硝酸、碳酸、氨水、醇類等，在硫酸的鹽酸中的耐腐蝕差，不耐含氯離子介質。經(jīng)過多次實驗得出：在濃度≤65%時，沸騰溫度以下的各種硝酸中，S30408不銹鋼具有很強的抗腐蝕性能。在堿溶液環(huán)境中，其耐腐蝕能力良好。在大部分有機酸和無機酸環(huán)境下，S30408不銹鋼同樣有良好的耐腐蝕能力。在硫酸和鹽酸中的耐蝕性差；尤其對含氯介質(如冷卻水)引起的縫隙腐蝕最敏感。在＞50℃時只適用氯離子含量＜75mg/L。S30403不銹鋼化學牌號為022Cr19Ni10舊牌號（0Cr18Ni9），S30403 是碳含量較低的S30408不銹鋼的變種，主要用于焊接場合，由于碳含量較低，所以更好的耐晶間腐蝕[4]。

（2）板片用材二：S31608、S31603

S31608不銹鋼卷料

S31608不銹鋼化學牌號為06Cr17Ni12Mo2, S31603的標準牌號為022Cr17Ni12Mo2（新標）舊牌號為00Cr17Ni14Mo2。S31603是含鉬不銹鋼種,由于鋼中含鉬，該鋼種總的性能優(yōu)于S30403和S30408不銹鋼，使用范圍如碳酸、稀醋酸、稀堿、醇類、丙酮、稀硝酸、稀磷酸以及一定濃度的含氯介質，由于添加了約2%的Mo元素，所以在其他含氯介質中，比如海水、鹵化物等介質中，S31608的耐蝕性比S30408好,完全可以替代S30408。在＞50℃時適用氯離子含量＜300mg/L。由于其中含鉬不宜用于硫酸。316L較低的碳含量使得其耐晶間腐蝕[5]。

（3）板片用材三：S32168

S32168不銹鋼化學牌號為06Cr18Ni11Ti, S32168不銹鋼是Ni-Cr-Ti型奧氏體不銹鋼，具有耐磨蝕性、耐高溫、抗蠕變性等，特別適合用于制造耐磨酸容器，同樣適用于耐磨設備的輸送管道及襯里。由于S32168不銹鋼其中增加了Ti元素，Ti的性能比較穩(wěn)定,但它同時是熱強鋼種,在高溫工況下比S31608要好很多。S32168不銹鋼在不同濃度、不同溫度的有機酸和無機酸中,具有良好的耐磨蝕性能，尤其是在氧化性介質中，但是由于加入了金屬Ti，使其具有了更好的耐晶界腐蝕性，同樣具有了高溫強度，使其有效的控制了碳化鉻的形成。

（4）板片用材四：254SMO超級不銹鋼

254SMO不銹鋼化學牌號為00Cr20Ni18Mo6CuN，通過改良S31608型不銹鋼，提高材料Mo含量，我們得到了254SMO高級不銹鋼，也叫超級奧氏體不銹鋼，是一種高耐腐蝕超級奧氏體不銹鋼。由于鹵化物和酸的環(huán)境對金屬耐腐性要求較高，特開發(fā)254SMO超級奧氏體不銹鋼。254SMO高級不銹鋼應用廣泛，尤其在氯離子濃度較高介質，例如海水等苛刻工況環(huán)境。254SMO超級奧氏體不銹鋼由于添加了銅元素使得他在含氯離子等鹵化物的酸中，適用性要遠遠高于其它普通不銹鋼，甚至某些特定工況下可以和哈氏合金以及鈦相媲美。由于其含碳量＜0.03%和含鉬量≥6%，使其具有更好的耐點腐蝕。由于添加了多種特殊元素使它的耐縫隙腐蝕性能也同樣優(yōu)良，耐晶間腐蝕能力也同樣的優(yōu)秀。由于價格低于哈氏合金以及鈦，可見254SMO不銹鋼性價比非常高。

（5）板片用材五：鈦及鈦—鈀合金

TA1厚壁鋼管

純鈦，常用鈦材代號TA1、TA9，國內標準為GB/T14845-2007。鈦材重量較輕，密度只有4.51，由于表面能自然生成鈍化保護膜（Ti2O3），且如果一旦被破壞，還具有“自愈性”，所以耐蝕性比不銹鋼好很多，特別適合含氯介質（濃度＞200mg/L，溫度≤130℃）的材料。在不超過120℃的海水和其他氯化物（如KaCl、CaCl2）溶液中，實際上不會發(fā)生腐蝕。一般情況下，可用于135℃以下的海水和165℃以下各種濃度的鹽水(NaCl)。在沸點以下的有機酸（如濃硝酸、濃碳酸等）和稀堿液中，鈦材料耐蝕性能也良好。但是，鈦材料在硫酸、鹽酸、氫氟酸和王水等中的耐蝕性較差。在較高溫度(120℃以上)的某些濃氯化物溶液（如PH＞7、氯化物濃度＞200mg/L的廢水）中，也會引起縫隙腐蝕或應力腐蝕。此時，應選用鈦－鈀合金，鈦－鈀合金是添加了鈀(0.12%～0.25%)的非合金化鈦，因而明顯改善了鈦在酸類介質（尤其是條件不太苛刻的工況）中的耐蝕性。例如，對濃度達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[6]。

（6）板片用材六：鎳

常用的這鎳板片是含99%以上的純鎳板。國內代號為N6，標準安慰GB/T2054-2013，在高濃度（50%～70%）、高溫（可至沸點）的苛性堿溶液（NaOH、KOH等）中，鎳板耐腐蝕性非常好。但是，在含微咸水的氯化物溶液中，非常容易引起縫隙腐蝕。

（7）板片用材七：哈氏合金C-276

鎳材坯料

哈氏合金C-276板材料

哈氏合金是鎳基合金的一種，是美國哈氏合金國際公司生產(chǎn)的商業(yè)牌號，目前已有近100年歷史。目前主要分為B、C、G、X四個系列。其中B系列為B-2等；C系列為C-4、C-22、C-276、C-200等；G系列有G-35、G-30等；X系列綜合強度好。目前常用的哈氏合金為C-276。C-276具有良好的耐蝕性：幾乎不受氯離子的影響；對各種濃度的硫酸耐蝕性極好，是及少數(shù)可用于熱濃硫酸的幾種材料之一；同樣廣泛適用各種有機酸如甲酸、醋酸、高溫氫氟酸和一定濃度的鹽酸（＜40%）、磷酸(≤50%)，但是C-276其價格相對較高[7]。

（8）板片用材八：W-4和RS-2

W-4是一種高強度鐵基奧氏體不銹鋼材料，具有極高的抗氧化性，其應用的條件為92%～98%和H2SO4溶液，使用溫度在90～130℃高溫區(qū)間內均有良好的耐腐蝕性。RS-2（OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不銹鋼，是一種國產(chǎn)的Cr-Ni-Mo-Cu不銹鋼。是專門研發(fā)用在濃硫酸工況下，其耐點蝕和縫隙腐蝕的性能同S31608不銹鋼相同，相比S31608不銹鋼其耐應力腐蝕的性能更好。 可用于80 ℃以下的濃硫酸（濃度90～98%）。

以上為經(jīng)常用到的一些板片材料，不同的材料價格差異巨大，例如S32168每噸價格約為S30408每噸價格1.15倍，S31608每噸價格約為S30408每噸價格1.3倍，鈦每噸價格約為S30408每噸價格10倍。在實際運用工況根據(jù)處理的介質成分不同選取不同的材料，可適當節(jié)約成本，減少不必要的浪費，提高經(jīng)濟效益。