铝酸钠溶液蒸发用板式蒸发器板片材质的选择

轻 金 属 1999年第 1期 ’氧化铝’ (三)『2一 ] 铝酸钠溶液蒸发用板式蒸发器板片材质的选择 田兴久 — _ ， — — — — — — 一 (沈 阳稆镁 设计研 究院 辽宁沈阳 110001) 、 耐晶1日]腐蚀 、耐均匀腐蚀等分析．以噩氯碱工业蒸发器所用村质的宾例，得止拓醢钠溶液用板 式蒸发嚣板片材质．宜选J|f 316L( 温度)和 304L(低温度)，以保证蒸发 嚣有足够 的使用寿 命和较好的综合经济蛀果 、 、 美键词 兰墼苎 塑 丛堂 选择 氮 j【{暑 ． 、k I }’ 板式蒸发器与管式蒸发器对比显示出许多 不锈钢其材质的可靠性不够。下面仅就板片材 优点。但是，板式蒸发器有板片可更换性差的 料的耐腐蚀性能进行分析。 氅壹口+ 。『 登竺鍪 夏墨 1在蒸发作业工况下板片材质的 够的寿命 ．必须根据板片工作条件对板片的材 ’． 。 ’ 。 ’ 质进行慎重选择，使板片材质既能适应铝酸钠 送 掉 溶液蒸发过程的工况，又能适应清洗结疤时的 1 1 耐应力腐蚀性能 工况。目前，国内造纸行业的黑液蒸发过程广 铝酸钠溶液 的蒸发过程 特别是在 I效和 泛使用的板式蒸发器，其板片材质为 日本 SUS Ⅱ技工况下 ， 容易造成材料的应力腐蚀开裂，所 304不锈钢 (美 国牌 号为 AISI304下称 304不 在 I 、 Ⅱ效 中板片材料应选择耐应力腐蚀破 锈钢” 我们认 为，在氧化铝生产 中，以一水 裂的奥氏体不锈钢 。 耐应力腐蚀破裂的奥氏体 硬铝石矿为原料的拜耳法种分母液蒸发过程- 不锈钢钢号见袭 l[ 。 壅 型堕查塞垫重型鲤墨匿笠至堡塑 I【匕学成丹．％ 良 Nb 好 V 岫 l二旨：m F O 5 5 5 5 7 2 5 0 [ 5 3 0 0 5 5 5 5 O h 2 2 3 3 4 5 2 5 M 2 0 2 6 4 2 3 2 3 r 7 7 8 8 7 日 5 2 6 B q 0 0 0 0 7 0 一他 ¨ H H m 踮 龃 两 船 虬 弛 船 ∞ 肌 北 ： 一∞ l。 吣 叫 ∞ 嘶 ∞ m ¨ ∞ 0 0 0 0 U 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 豪嚣 维普资讯 http://www.cqvip.com 1999年第 1期 田兴久：铝酸钠溶液蒸发用板式蒸发器板片材质的选择 蚀的奥氏体不锈钢，所以不宜选用。由于不锈 钢在铝酸钠溶液中耐应力腐蚀破裂的数据未能 查到，我 们 用 在 与 铝 酸钠 溶 液 性 质 相 近 的 NaOH溶液中，不锈钢耐应力腐蚀破裂的数据 进行分析，见图 。蒸发器 I效 的 NazOk浓 度约 18％ ～19％，相 当于 NaOH 为 23％ ～ 25％，温度为 145℃左右。从图 1中不难看出， 这个状态 点几乎就落 到了 18Cr一8N[型不锈 钢，即304不锈钢的应力腐蚀破裂区，这是十分 危险的。而采用 18Cr一8Ni一2Mo型不锈钢 (316L即属此类型)，则状态点稳稳地落在安全 区之内，这样就避免产生应力腐蚀破裂。当然， 表 1中还列出了很多有 良好 耐应力腐蚀破裂的 钢号，但我们认为选用 316L已足够，选用其它 更耐应力腐蚀破裂的钢号，因其价格更高经济 上不合适。 1 2 耐点蚀性能 图 耋专 苎 奥氏体不锈钢中耐点蚀的钢号列于表 由表1可见 ，304不锈钢不属于耐应力腐 2[ ⋯ ⋯ ～ ⋯⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 表2 耐点蚀用奥氏体不锈钢与台金 由表 2可 以看出，304不锈钢不在其内。 因此，从耐点蚀性能上看亦不宜选用 304不锈 钢。 影响奥氏体不锈钢耐点蚀的因素很多，但 归纳起来为内因与外因两大类。内因是材料的 合金元素．材料的组织，冷加工与热处理等。外 因刚包 括腐蚀介质的种 类、组成、卤素离子浓 度、溶液 pH值、溶液温度、溶液 中的氧与氧化 剂和溶液流速等。下面分别叙述这些 因素的影 响。 l1)合金元素的影响 Cr、Mo和 N是 提高不锈钢耐点蚀性能最 主要的合金元素。304不锈钢与 316L不锈钢 耐点蚀性能不 同，其根本原因是 316L不锈钢 维普资讯 http://www.cqvip.com 14 轻 金 属 1999年第 1期 中含有 2％～3％的 M。。 l『lA IVAVA ⅥA vIA vJA B C N 口 口 ● ⋯ ⋯ ～ 圈固阻 AI Si P — ● 口 V C M n c0 NI Cu Zn Ga Ge As X ● ● X】 BASl 口 ● 可 — — — — Zr Cb M o Tc Ru Rh Pd Ag cd 】n Sn Sb 口 × ● — — — — — 一 — 口 — Hr Ta W Re Os 1r Pt Au Hg 11 Pb Bi — 口 口 ● 一 — — — 一 一 口 一 ＆ ● 有益的 变化的 口投影响 I I ＆ ⋯ 一一 ～ l × 图 2 元素对于不锈钢 在氯化物溶液中耐点蚀性的影响 合金元素对不锈钢在氯化物溶液中耐点蚀 的影响列于图 2 。 由图 2可以看出，在有氯 化物存在 的溶液 中，除 cr、Ni、Mo、N、Si、V、 Ag、Re是有益元素外，Se、Te、S、Ti、Mn、Cb均 为有害元素 这里顺便指 出，兰州石油化工机 械厂生产的板式换热器所使用 的材料，一为 lCr18N】9 ，一为 Crl7Nil3Mo2Ti ，这两种不 锈钢中均含有对点蚀 的有害合金元素 T-．这很 可能是导致板片有穿孔的一个原因。还应指出 Mn虽亦是耐点蚀有害合金元素，但当有 Mo存 在时，Mn的有害影响被清除 2)钢的组织、冷加工和热处理的影响 显微组织对不锈钢的耐点蚀性能起着重要 作用，如硫化物、6 铁素体 、。 相、沉淀硬化不 锈钢中的强化析出相及敏化的晶界全都影响不 锈钢的耐点蚀性能。因此，虽然是相同钢号的 不锈钢，但不同的冶炼、轧制水平，其钢材的内 在质量不同。张家港华机集团之所以不用国产 不锈钢而用进 口产品，这是重要原因之一。 (3 J不锈钢的表面状态(如均匀性和光洁度) 对点蚀的影响 为减少金属表面的不均匀性，钝化处理是 有效的。因此，不能只看钢号，还要看是否经过 钝化处理，在耐点蚀性能上钝化与未钝化这两 者有重要区别=关于表面光洁度的影响．一般 认为表面越光滑，异物越难附着 ．点蚀发 生的几 率越小 ㈦介质的影响 不锈钢的点蚀是在特定的腐蚀介质中发生 的，特别是在含氯化物的水溶液中。氯化物浓 度越高，点蚀的倾向越大：兰石板式换热器说 明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中明确指出清洗板式换热器的清洗用水中 c【一~25gg／g 。，平果铝厂分解用板式换热器， 用水冷却的一级穿孔最多可能与此有关。此外 若氯 化物水 溶液 中含有金属 离子，如 Cu 、 Fe3 和 Hg” ，则特别容易引起点蚀。各种阴 离子对不锈钢点蚀的抑制效果依 OH >N[ >AC一>SO4->CIO4-顺序递减 可见，碱性溶 液对 c【产生点蚀有 良好的抑制作用。在碱性 溶液中pH值对点蚀电位影响很大，见图 3 。 增加溶液温度，一般引起点蚀电位降低，从 而增加点蚀倾 向，见图4L4j。 3 5 7 9 pH 图 3 pH对几种不锈钢在 3‘％NaC1 溶液中点蚀电位的影响 图 4 温度对几种不锈钢 在 3％NaCI溶液中点蚀电位的影响 为了防止点蚀，在材料方面应： — — 采用耐点蚀 的不锈钢，一般含有 、 Mo、N等有效元素 选用 316L即基于此点。 维普资讯 http://www.cqvip.com 1999年第 1期 田兴久：铝酸钠溶液蒸发用板式蒸发器板片材质的选择 ‘1 5 — — 在充分固溶处理下使用。 — — 采取钝化处理。 在使用条件方面应 ： — — 减少溶液中的 卤素元素，特别要避免 卤素离子局部浓缩。 — — 搅拌溶液，使溶液中的氧及氧化剂的 浓度均匀化，并使溶液中没有停滞不动的部分。 — — 提高溶液流速，防止杂质附着于钢表 面。 — — 定期清洗，使材料表面保持清洁。 — — 在尽可能低温范围 内操作。 — — 使用缓蚀剂，如 NaN03等。 基于以上分析我们认为，从提高材料耐点 蚀性能方面，I效和 Ⅱ效应采用 316L而不宜 采用 304。 1 3 耐晶间腐蚀性能 降低不锈钢 中的古 c量是 减少晶间腐蚀 的重要措施。试验表明奥 氏体不锈钢中，当 C 含量大于 0．03％时，晶间腐蚀将明显增加，这 就是超低碳不锈钢的规格 中 C≤0 03％的原 因 采用含 C量≤0．03％的不锈钢，通常焊接 后不会出现晶间腐蚀。顺便指出凡数字后带 L 的钢号均为超低碳不锈钢．这也是我们在高温 效采用 316L而在低温效采用 304L的原因。 0 1rrirri为 公 认 的 面 腐 蚀 等 级。 特 别是 在 NaOH浓度小于 25％的范围内，无论 304，304L 还是 316或 316L不锈钢均显示出了良好的耐 均匀腐蚀能力，见图 5 一。 l 5 氟碱工业中蒸发器使用不锈钢材料的实 例 ：1l山东 齐鲁 30万 t／a乙烯工程的烧碱蒸 发车间，引进了美国虎克公司四效逆流带两级 闲蒸的柴伦巴强制循环蒸发器。该蒸发装置的 加热管全部采用不锈钢管，各效工作条件及材 质见表 3_4 ： 表 3 柴伦巴蒸发器的作业条件及材质 潲?／I ／F ／， J 锫 、 01| ，，，．r．， 。 f i ： ≯ 0l_,i．1 ,~ i／，i q} 1，，， ＼／ 7，f 0寸 ／ t ／'7 · i 、 ． 。 。 螽 ， 、I，，，， ， - 一 一 l I ， 嚣 茜 ／‘。 。 ／ 1 1 0 20 40 60 80 100 NaOH 蔽度 ．％ ’ 图6 铬镰不锈钢 (剖面线区域为可能发生碱脆 的区域 】 NaOH,~／o 图5 304·316不锈钢在NaOH 烧碱蒸发过程中 ， 铬镍不锈钢应力腐蚀破 溶液中的睾腐蚀图(1mpy 。。 mm a) 裂最敏感和最严重的浓度区域为 NaOH30％～ 1 4 耐均匀腐蚀 50％．见图 6【I]。 I效和 II效 的工况条件 ， 不仅 应该指出，不锈钢在碱溶液中有 良好的耐 NaOH的浓 度在 30％～50％，而且又是 高温 均匀腐蚀的能力，从均匀腐蚀角度讲．年腐蚀率 区 所以虎克公司在 I效和 Ⅱ效选择了当今抗 维普资讯 http://www.cqvip.com 16 轻 金 属 1999年第 1期 应力腐蚀性能、抗晶闻腐蚀性能、抗点蚀和缝隙 腐蚀能力很强的材料 EB一261(高纯铁素体不 锈钢，每吨价格约 l5万元)，而在Ⅲ效和Ⅳ效由 于 NaOH浓度仅 14％～22％温度为59～舳℃， 尽管溶液中 Nacl含量高达 10％～15％，但加 热管及壳体均选用 304L，且加热管的腐蚀褡度 为 0(加热管为 中50．8ram×l 6from)。据悉， 目前已使用十年尚未更换： 此外，沈阳化工厂烧碱蒸发车间蒸发器加 热管亦 采 用 18—8Cr—Ni不锈 钢 制造。在 135℃ 以下，NaOH18％～25％，NaC1 7％～10％ 的溶液条件下，使用寿命可达 7年之久 以上二实例均证明，尽管碱液 中 NaC1浓 度很高．但只要 NaOH 浓度在 25％以下，在低 温区域内，使 用 304L不锈钢仍有 良好的耐腐 蚀性能，因此，不必对溶液中含有 c1一而过于恐 惧 何况国内氧化铝厂溶液 中NaC[<1％呢! 综上所述，在铝酸钠溶液的蒸发操作工况 下，兼顾村料的耐均匀腐蚀、耐点蚀、耐晶问腐 蚀和 耐 应 力 府蚀 破 裂 能 力，在高 温 效 采 用 316L，在低温效采用304L是适宜的 2 在蒸发器清洗工况下板片材质 的选择 板式蒸发器虽有结疤易脱落的特点，但是 当装置运行一定周期后，板片上的结疤还需要 清洗 清洗的现行方法工业上有两种 ： 水力清洗。采用压力 35—40MPa的高压 水对板片进行水力冲洗，湖南岳阳造纸厂有成 熟的清洗经验。当采用水力清洗时，清洗工况 对板片材料无耐腐蚀要求。 化学 清洗。工 业上 通 常采 用 5％ ～7％ H，SO 清洗或采用 20g／L HN03清洗。无论采 用哪种酸作清洗剂，清洗工况均对板片材质造 成腐蚀 因此，若采用化学清洗，还应使板片材 料能适应清洗工况的耐腐蚀要求，下面分别进 行讨论。 f1)当用 5％～7％ SO4清洗时，304不锈 钢无法适应，而 316L不锈钢则可以很好适应． 见图 7 。若考虑 I、Ⅱ、Ⅲ效进行酸洗，那么 【效 、Ⅱ效和 Ⅲ效板 片均 应选择 316L制造。 根据半果铝厂五鼓降膜蒸发器的运行经验，工v 效和V效无需清洗，对于板式蒸发器来讲Ⅳ、V 和Ⅵ效更不需要进行清洗，所以低温段选 304I 不受影响。至于各效壳体均选用 209碳钢，实 践证明是可行的 (2)当用 20g／l H ()3清洗 结疤时．由于 含 Crl8％的不锈钢在很宽的浓度 和温度范围的 HNO 中表现出钝化特性。所 以有着 良好的耐 均匀腐蚀性能，见图 8 J、图 9 J。 蛳 ∞ 舶 船 乜 嘱 。 n 0． H,so,％ 。 矗 ■ ■ 图 7 各种奥氏体不锈钢耐硫酸腐蚀性能 f阴影区腐蚀速度小于 0 lmm／a) 图 8 304不锈钢在 沸腾 H 中的腐蚀率 当高温效选用 316L，低温效选用 304L，在 蕊⋯ 一 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 1999年第 1期 田兴久：铝酸钠溶液蒸发用板式蒸发器板片材质的选择 采用 20g／1 HN03清洗 时完，全可 适应。应当 指出，当采用 20g／[HNo3清洗 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 时，壳体材 料与溶液接触的底部，应采用 316L或 304L与 20g的复合 钢板制作，循 环泵采用相应 钢号 316L或 304L制作。 I‘ f I f f i l } I ＼ j J， r 蠢点曲曲 l l l 2RE l I } l{ l l f j j I I l }I j 10 Ⅺ 弼 丁0 9O HNO ‰ 图 9 2R12(00Crl8Nil0)，2RE10 【00Cr25Ni20Nb】，2RE69(∞c挖5Ni22M02N 在 HN 中等腐蚀图【腐蚀率小于 0 1mm／a 3 316L、304L与 304加工特性对 比 江苏华机集团用 304不锈钢制造板式蒸发 器．具有丰富的实践经验。改用 316L和 304L 不锈钢制造加热板片，从几种材料的机械性能 对比看，其加 工性 不会 有 太大 的变化，见表 4 从典型的奥氏体不锈钢的物理常数对 比 看，316L和 304L不锈钢与 304不锈钢的可焊 性也相差无几，见表 5L2 J。 表4 退火状态准奥氏体不锈钢宣温力学性能 4 结 论 铝酸钠 溶液蒸发用板式蒸发 器的板片材 质．高温效选用 316L，低温效选用 304L制造是 适宜的，根据是充分的。尽管 316L比304L板 材价格高出 20％，但是可以保证蒸发器有足够 的使用寿命，综合经济效果是好的。张家港华 机集团亦有使用 316L制造板式蒸发器的生产 实践经验。因此．选用 316L和 304L并不影 响 设备的加工制造质量。 参 考 文 献 l 华机集 团有限公司 板式蒸发器在氧化铝 蒸发工序中的应 用 l998 2 腐蚀与防护全书(不铸钢)化学工业出版社 1991 3 兰州石油化工机械厂 板式换热器使用说明书 1990 4 化学工业部第八设计院 齐鲁石油化 学工业总公 司三十万 吨乙烯工程初步设计烧碱装置(第一册)1980．8 5 化工 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 设计手册 国家医药 管理局上海医药设计院编 1986 {杜雅君 编辑 ) {上接第 l1页】 (3)应用线性 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 确定最忧供矿方案，不仅 节省大量费用，而且给供矿计划带来很大预见 性c同时，对于加 强铝土矿 质理管理，保证持 续、均衡供矿也具有实际意义 {4)因为应用线性规划的方法必须知道各个 矿点的实际供矿品位，这就要求我们一定要加 强矿点地质勘探工作和改进矿石质量检验 制 度，坚持现场取样分析这一条很重要。这在实 际当中是可 做得到的。此外，线性规划的方 法不仅能应用在供矿计划本身，而且对于其它 许多类似的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 都能应用，本文 目的在于抛砖 引玉，望同志们批评指正和完善补充，使这一方 法在我们铝行业系统得到更广泛的推广和应 用。 参 考 文 献 1 李维铮等编+运筹学 清华大学出版杜．1982 2 麦中凡等 译 FOXPRO2．6编程手 册 电子 工业 出版社． 1995 3 (美)Sander E等著 潘广和等译 Visual F oxpor3 9实用指 南，机械工业出版社，1996 c杜雅君 编辑】 维普资讯 http://www.cqvip.com