热交换器是化工生产的主要单元设备,其结构主要有列管式和盘管式两种,其设计使用温度一般为200℃以下,公称压力一般为1~2.5MPa。由于化工行业连续生产的特点,对热交换器的基本要求是换热效率高,加工性和焊接性能好,耐蚀性强,使用寿命长,投资尽可能低。目前除部分中小化肥厂的碳化水箱(换热器)采用L2工业纯铝管制作外,国内化工行业绝大多数管式换热器还是采用不锈钢管。一般化学介质对碳钢热交换器的腐蚀作用是去氧极化腐蚀,在碳钢管表面形成许多微电池,微电池的阳极与阴极分别发生氧化与还原反应,最终生成基本不溶于水的红棕色的Fe(OH)3,沉积在管壁上,造成穿孔失效。
与碳钢热交换器的腐蚀作用不同,化学介质对铝制热交换器的腐蚀作用主要是应力腐蚀开裂(SCC)和磨蚀。虽然工业纯铝的导热性能很好,加工、焊接性能优良,一般情况下耐蚀性强,投资较省,但用纯铝管制作的热交换器使用寿命不长,一般为0.5~1年,主要原因是力学性能偏低,耐磨性能差,在碱性溶液中耐蚀性不够好,因而工业纯铝管材难以取代不锈钢管在化工热交换器上占主导地位。
近年来,5454合金(Al-2.4%~3.0%Mg-0.5%~1.0%Mn-0.05%~0.20%Cr)已被用在化工热交换器及管道上。5454合金具有强度高、抗疲劳性能好,耐蚀性和焊接性能优良等特点,一般使用寿命2年以上。5454合金是不可热处理强化合金,20℃时的密度为2.68g/cm3,它在碱性介质中的耐蚀性明显高于工业纯铝,露天使用往往不需要采用涂层处理。(www.xing528.com)
5454合金熔炼温度为720~760℃,铸造温度为710~730℃,均匀化温度为480℃管材挤压温度为420~480℃。由于一般厂家均采用平面分流模挤压5454合金管,故应该采用高温挤压工艺,以降低挤压力并提高焊缝质量,挤压速度也应严格控制,一般以管材表面不出现横向裂纹为宜,同时挤压过程一般不允许润滑模具。5454挤压管材还可以通过冷作硬化(冷拉伸)的方法进一步提高其强度,但Al-Mg系合金加工硬化后在室温长期放置时,易产生所谓“时效软化”现象,表现形式是屈服强度会有所下降而断后伸长率却有所提高。为防止这种变化,经冷加工后的5454合金管材需进行130~170℃稳定化处理,使β相沿晶内和晶界均匀析出,5454合金管材力学性能趋于稳定耐蚀性改善。
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