一文了解化工环境的板式换热器常见腐蚀与特种金属选择

众所周知，板式换热器以传热效率高，对数温差大，重量轻，占地面积小，可拆卸清洗方便，而且容易改变换热面积或流程组合等优点，适用于多重介质换热。

对于设备的寿命，“特钢100秒”认为，一个重要的因数就是要考腐蚀工况，保证设备稳定运行，选择合适的抗腐蚀设备材料更为重要。

板式换热器，一般两端的侧压板和进出管口的材质为碳钢，而内板片通常采用0.5 ~0.8 mm厚（特殊情况下可用到1mm）的不锈钢或耐腐蚀合金板片压制。

冷却水一般为当地水源，由于水中的氯离子对不锈钢、合金会产生不同程度的腐蚀，但相对化工设备来说，被冷却的介质具有高度的腐蚀性，因此，板式换热器内板片材料的选择就不仅取决于循环冷却水中氯离子含量的多少，更取决于介质的腐蚀参数了。当然，温度的高低、水的酸碱度也是决定对内板片抗腐蚀选用适当材质的主要因素。    

板式换热器常见的三大腐蚀分析

腐蚀的种类很多，金属腐蚀的形态一般可分为均匀腐蚀和局部腐蚀，前者较均匀的发生在金属全部表面，后者只发生在局部地方。局部腐蚀典型的有：晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、冲刷腐蚀、腐蚀疲劳、脱层腐蚀。有氯离子存在的循环冷却水对板式换热器主要损害腐蚀是点腐蚀、应力腐蚀和缝隙腐蚀。

在板式换热器内，内板表面一般会覆盖保护性的钝化膜，腐蚀较轻微，但会由于板面上的缺陷(如划痕、非金属夹杂物等)致使微小破口暴露的金属成为电池阳极，周围扩大面积的膜成为阴极，进而产生局部的严重腐蚀点。

对于板式热交换器，内板压型时会产生应力，因此，如内板采用奥氏体不锈钢，有氯离子存在的环境会产生典型的应力腐蚀。

缝隙腐蚀是点腐蚀的特殊形式，发生在缝隙内，破坏形态为沟缝状。对于板式热交换器，内板片四周是采用密封垫由板片相互压紧来密封的，两板片之间，一面有密封槽，另一面一般为平面，在压紧以后的垫圈与板片之间会存在缝隙。缝隙内是缺氧区，缝内PH值下降，氯离子浓度增大，由此加速腐蚀。因此缝隙腐蚀也是金属板式换热器的典型腐蚀。    

“特钢100秒”认为，因为板片表面、压制加工以及接触点面的存在，点腐蚀、应力腐蚀和缝隙腐蚀均不同程度地存在于板式换热器的失效上。

腐蚀是一种化学反应，每升温10℃，腐蚀的速度约增加1~3倍。通常腐蚀率总是随着温度升高而加快，温度升高，扩散速度增加，电解液电阻下降，使腐蚀电池的反应加快。虽偶有例外，“特钢100秒”不占主流，在此不做过多分析。

适宜化工环境各类金属材料的科学选用

作为板式换热器板片材料选择，如果在被冷却介质无视的情况下，则只需考虑冷却水的氯离子和温度组合。在此假定循环冷却水氯离子含量为120 ppm，不同材料所对应的适应冷却水温度，按不腐蚀考虑，304不锈钢为25℃，316不锈钢为62℃，似乎316不锈钢材料对于循环水的出口温度一般为40～42℃来说是可行的。

但需注意板式换热设备在传热过程中，金属板片两侧各存在一层薄膜，传热面与流体本身存在一个温差，或者说换热板片金属壁温要高于板式换热器内循环冷却水的温度，换句话说，换热板片金属壁温存在温差。

如果被冷介质温度较高，经计算换热器的板片壁温高于62℃，则316L不锈钢不可选。这时就需要考虑耐氯离子腐蚀性很好的不锈钢S31254(或254SMO)了。

如果循环冷却水氯离子含量更高，或温度更高，当采用S31254(或254SMO)仍不能满足要求时，板式换热器的板片材料就要选用钛材了。

当然，随着材料科技的提升，更多的是被冷却的工况是腐蚀性较强的介质，如HCL、各类酸碱等。这类化工设备需要大量的耐腐蚀的特种金属。“特钢100秒”整理板式换热器常用金属材料主要如下：

钛板和钛钯合金；超级奥氏体特种不锈钢：254SMO（UNS S31254）、904L（UNS N08904）、AL6XN（UNS N08367）；镍基合金钢：哈氏合金C-276（UNS N10276）、C-2000、D-205；低碳纯镍201；蒙乃尔Monel 400；奥氏体不锈钢304、304L、316、316L、317L、310S、321等。

顺便提一句，板式热交换器的内板壁温确定，最好是根据被冷却介质的温度和循环冷却水的温度来计算，如果计算有困难，可取设备的设计温度。理论性数据供参考，更多的还是现场的实际需求。如果有条件，可以做一些针对实际工况的挂片实验，以最经济性的材料满足现场服务。若有需求，“特钢100秒”可提供技术服务。