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新型耐腐蚀材料在板式换热器中的应用
作者:本站  来源:本站   时间:2017年12月18日

  板式换热器是以波纹板为换热元件的高效换热器,由于其优异的性能,受到各行各业的青睐。近年来,许多实力较强的板式换热器制造厂纷纷着眼于特殊行业用板式换热器市场,在酸行业中,经大量市场调查,我们发现1种超低碳型镍钼铬系镍基耐蚀材料--哈氏合金,在充氧或有氧化剂存在的还原性酸以及在有氯离子、氟离子存在的氧化性酸中,具有独特的耐蚀性。该合金在湿氧、亚硫酸、醋酸、甲酸、次氯酸盐和强氧化性盐的介质中,也具有优异的耐蚀性,同时具有优良的耐点蚀、耐均匀腐蚀及耐晶间腐蚀性能。鉴于此,我们研制了用Hastelloy C-276,δ=0.7 mm作板材的板式换热器。

 

1 材料主要性能

 

  由国家认可的进出口商品理化检测中心对材料取样进行化学成分和力学性能方面的测试,哈氏合金学化学成分详见表1,常温力学性能见表2。

 

1 哈氏合金化学成分

元素 C Si Mn P S V Mo Cr Fe Co W

标准含量 ≤0.01 ≤0.08 ≤1.0 ≤0.04 ≤0.3 ≤0.35 15/17 14.5/16.5  4.0/7.0 ≤2.5 3.0/4.5 

实测含量 0.001 0.03 0.5 0.01 0.01 0.04 15.8 15.4 5.6 0.5 3.7

 

2 哈氏合金力学性能

性能 σb/MPa σ0.2/Mpa δ5/% HRB 晶粒度 杯突值

标准值 ≥740 ≥303.4 ≥40 ≤100 ≥NO.3.0 ≥10

实测值 874 422.0 55 90 合格 14

 

  表中的标准值系ASME技术条件SB-575UNS N10276的规定。由表2中可看出该材料屈强比约0.5,杯突值14,与其它性能综合考虑,认为该板的冷成型性较好,适合于板片冷压成型,故可以对其做进一步的工艺性试验。


2 耐蚀性试验

  材料能否满足使用工况的耐蚀性要求,是决定是否具有开发价值的重要因素,因此在板片压制成型之前,对材料在硫酸中的耐蚀性进行了试验。结果见图1。

 

1 在硫酸中的等腐蚀曲线 /mm*a-1

 

  试验曲线表明,年腐蚀率小于0.3 mm/a时,板片在0~100 ℃的硫酸中具有很宽的适用范围,为进一步确定在65 ℃时的耐蚀性,又进行了腐蚀率的试验,见图2。

 

2 在65 ℃硫酸中的腐蚀率

 

  这些试验结果说明用该材料制成的板式换热器对各种质量浓度的硫酸,均具有较优的耐蚀效果。

 

3 工艺性试验

 

  对哈氏合金的研究与开发是以我厂BR06型产品为对象,其压力为0.85 MPa,温度为65 ℃,单台组装换热面积分别为41 m2和55 m2。

  由于传热板片是板式换热器的关键元件,因此Hastelloy C-276板材的冷成型性能是主要技术关键,BR06型板片是在6 000 t油压机上进行压制成型的,模具是从原西德史密特公司进口的原装模具。为避免材料浪费,保证板片压制的一次性合格率,结合哈氏合金的力学性能,经反复研究,决定按通用工艺相关条款执行。板片成型后,对其密封槽及波纹深度等进行了检测,其结果均符合图样及相关标准要求,并按GB 4730-94对压形后的板片进行着色探伤检查,并以I级为合格判定标准,结果均符合规定要求。板片波纹深度要求(3.7±0.15) mm,板片成型检查结果见表3。

 

 

 

3 板片波纹深度测点位置

 

3 波纹深度实测值

 

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

3.80 3.75 3.72 3.74 3.76 3.79 3.74 3.75 3.77 3.70 3.72 3.60 3.69

3.81 3.74 3.74 3.72 3.75 3.80 3.70 3.76 3.75 3.68 3.59 3.63 3.71

3.79 3.70 3.75 3.74 3.78 3.81 3.74 3.80 3.76 3.66 3.58 3.62 3.71

3.82 3.73 3.72 3.78 3.76 3.78 3.78 3.81 3.77 3.66 3.60 3.60 3.70

 

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

3.72 3.68 3.60 3.65 3.70 3.75 3.71 3.63 3.60 3.79 3.81 3.77 3.78

3.73 3.67 3.62 3.63 3.73 3.80 3.68 3.63 3.65 3.80 3.80 3.78 3.79

3.71 3.69 3.61 3.67 3.72 3.77 3.69 3.62 3.63 3.79 3.79 3.79 3.80

3.71 3.68 3.61 3.66 3.70 3.77 3.70 3.62 3.65 3.80 3.79 3.77 3.79

 

  该产品接管、法兰及槽形环均采用碳钢材料,3件组焊后在其内表面进行衬氟处理,从而避免了哈氏合金的焊接问题,同时衬里聚四氟乙烯耐酸腐蚀的性能优异。在硫酸质量浓度0%~98%,温度小于180 ℃的溶液中,其耐蚀性能良好,通常的年腐蚀率在0.05~0.50 mm/a。

4 总装及承压试验

 

  用该材料所试制的设备为我厂系列产品,因此,所用的工艺文件、工装等均为已验证并确认过的,组装后,经检测达到相应质量标准。然后按设计要求,分别进行单侧承压试验,试验压力1.25 MPa,保压30 min,均无任何渗漏现象,达到设计要求。其结果验证了所选用材料的力学性能完全适合于板片冷冲压及产品制造要求。

 

5 工业性试验

 

  用哈氏合金材料研制的BR06型板式换热器产品,其组装面积分别为41 m2(2台)和55 m2(1台),发往金陵化工厂进行工业性试验。从1997年6月现场开车以来,运行状况良好,实际腐蚀指标在设计要求内,整机未出现任何泄漏问题,实践证明我厂将哈氏合金材料用于板式换热器的研制开发是成功的。

 

6 结语

 

  耐蚀材料哈氏合金的研制成功,拓宽了板式换热器的应用领域,部分克服过去常规材料板式换热器在适用范围上的局限,也为今后开发其它特殊材料的板式换热器,并进一步拓宽板式换热器的应用积累了经验。

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