循环冷却水中氯离子对板换材料选择的影响
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循环水不锈钢换热器抗氯离子应力腐蚀研究循环水不锈钢换热器抗氯离子应力腐蚀研究换热设备中水冷器的冷却介质一般为工业循环水,循环水中常有的Cl-与换热器典型部位应力的共同作用,常常会造成Cl-应力腐蚀开裂(SCC),对生产带来严重威胁。
随着循环水回用污水量的增加和浓缩倍数的提高,这种威胁也越来越强,该文就Cl-在循环水中的最大允许含量进行了探讨。
1·不锈钢应力腐蚀破裂的影响因素影响不锈钢应力腐蚀破裂的因素十分复杂,一般情况下Cl-含量、硫化氢含量、pH值和温度都会对材料的应力腐蚀产生影响,该文主要讨论介质环境对不锈钢应力腐蚀破裂的影响,如介质中特殊阴离子含量、pH值和温度等。
1.1 Cl-含量的影响应力腐蚀破裂对介质具有选择性,破裂只在特定的合金-环境中发生,对奥氏体不锈钢而言,Cl-,F-,Br-,H2SxO6和H2 S等是其发生应力腐蚀开裂的特定环境。
在含有Cl-的工业循环水环境中,Cl-含量对奥氏体不锈钢循环水换热器的应力腐蚀开裂行为有着显著的影响。
文献研究表明[1],一般Cl-含量升高,奥氏体不锈钢发生应力腐蚀开裂的敏感性增加。
工程实践表明开裂常发生在温度高的部位,特别是热传递速度大、容易发生干湿交替的部位。
在实际工况中,设备的许多局部部位Cl-含量因设备结构和其所处环境条件的变化而提高,尽管Cl-含量不一定很高(通常只有几个到几十个mg/L),但是由于微量Cl-而引起的开裂事故也不少。
并且发现在汽相部位产生破裂的Cl-含量比在液相部位产生破裂的Cl-含量低。
国标GB150-1998《钢制压力容器》中要求Cl-质量浓度不超过25 mg/L。
值得指出的是,不锈钢在高含量氯化物中,在一定应力作用下,有一个对应于腐蚀最敏感的含量范围。
1.2温度的影响实践表明,介质温度对Cl-应力腐蚀开裂的影响较大。
不同金属在同一种介质中,引起应力腐蚀破裂的温度并不相同。
有的金属要在沸腾温度下才能破裂,有的金属在室温下便产生应力腐蚀开裂。
换热器不锈钢板片腐蚀穿孔
原因分析及解决方案
板式换热器泄露穿孔问题可能原因分析
1、换热器板片材料选用的是奥式体类不锈钢,比如304或321
型材质.这种不锈钢材质对氯离子特别敏感,抗点蚀性能比较差。
2、由于循环冷却水补充水中氯离子含量很高(超过180mg/l),
造成通过浓缩后的循环水中氯离子含量超过国家国标不锈钢换热设备对水中氯离子含量300mg/l的标准,引起换热器板片点蚀。
3、人字形波纹波纹板片是经冲压成型的,在冲压成型过程中,因
为形变产生的内应力,使板片加大了应力腐蚀的倾向。
解决方案
1、更换已经穿孔的板片,在可能的情况下采用钛板等类似抗
腐蚀能力较强的板片。
2、严格控制循环水中氯离子的含量,每日有专人化验,通过
排污的方式,把循环水中的氯离子含量控制在300mg/l以
内。
万方数据万方数据3期曲秀华等:低硬度循环冷却水中C1一、so:一及水处理剂对304不锈钢腐蚀行为的影响189Ia叼,,A・cm。
Fig.4Potentialdynamicpolarizationcurvesof304SSinsimulatedlowhardnesscooling聃terwithandwithoutwatertreatmentagentJIhble1Parametersobtainedfromthepolarizationcurvescap一98H/mg・L一1Ecorr/mVEb/mVL。
,r/A・cm一2100—37.30257.013.0454x10一。
0—69.04214.902.0011×10—6浓度为3000mg/L的模拟循环水中的极化曲线如图4所示.解析曲线得到的各电化学参数列于表1.可知,添加水处理剂后腐蚀电流密度k。
减小,表明水处理剂对304不锈钢起到良好的缓蚀作用。
因为腐蚀电流密度越低,缓蚀效果越好,R,p一98H的缓蚀效率根据添加水处理剂前后厶。
的变化率计算,可达到84.8%.由图4可见,添加水处理剂使阳极电流密度减小,自腐蚀电位Ec。
,。
和点蚀电位玩正移,说明水处理剂降低了304不锈钢的点蚀敏感性;水处理剂对阴极极化曲线也有影响,使O的极限扩散电流密度减小。
证实该水处理剂是一种混合型水处理剂。
304不锈钢在添加100mg/L水处理剂、cI一质量浓度为3000mg/L的模拟循环冷却水中浸泡2h后的EDS能谱图(图5)显示,表面膜中有Fe、Cr、Ni、Mn、Si、O、C元素,此外还有zn和Mo元素.水处理剂中的钼酸盐是一种阳极钝化型缓蚀剂,钼酸根离子和Cl一在金属表面钝化膜缺陷处发生竞争吸附抑制了点蚀的发生,Fe与钼酸根离子生成了FeM004固体,抑制了点蚀坑内活化Fe的溶解,进而抑制了点蚀的扩散和蔓延。
锌盐是沉淀膜型缓蚀剂,与介质中阴极反应的产物(OH一)作用生成难溶的Zn(OH)2,它们在阴极区域沉积使得O难以到达阴极,从而降低了阴极过程的反应速度【61。
海边电厂循环冷却水管道材质分析摘要:电厂的应用条件非常复杂,以上是根据理论分析、实际工程经验和经济性结合得出的使用原则,一些特殊的管路还需根据实际使用条件及要求多方面进行综合考虑。
本文主要分析海边电厂循环冷却水管道材质。
关键词:循环冷却水;海水腐蚀;316L;双相不锈钢;钢衬胶;玻璃钢;聚乙烯引言发电厂需要大量介质对各种设备,例如给水泵、热交换器、凝汽器等进行冷却,主要的冷却介质是水和空气。
空冷机组因为投资大、厂用电高,并需要占用大量土地,因此一般用于干旱地区的小机组,更多的电厂使用水作为冷却介质。
河水资源丰富的地方,一般使用河水作为冷却介质,有利于降低投资成本;或者建造冷凝塔,经过冷却后的淡水继续回到电厂进行冷却。
对于海滨地区,广袤的海洋提供了大量的海水可用于冷却。
但是,因海水中含有大量的各种盐,是一种电解质溶液,腐蚀性很强。
因此,对于使用海水作为冷却介质的电厂,防海水腐蚀是一个非常重要的课题。
1、海水腐蚀机理要分析海水管道的应用,首先需要了解海水的腐蚀机理。
海水含有大量的各种盐类,浓度达到3%~4%之间,是一种具有很强腐蚀性的电解质溶液,导电性和生物活性也较高。
海水的腐蚀过程比较复杂,对于不同的海域,海水的成分及离子浓度千差万别,因此其腐蚀性及腐蚀规律也不尽相同。
对于大多数金属来说,其本身防腐蚀的原理是表面形成一层致密的稳定的氧化膜,即钝化膜,使金属与外界介质隔绝而不再受到腐蚀。
但是海水中含有大量的氯离子Cl,Cl是一种强还原性阴离子,其与氧化膜中的金属离子结合形成可溶解的氯化物,因此对金属氧化膜的破坏性很大,裸露出来的金属在海水中发生了电化学腐蚀:在电解质溶液的存在下,金属本体与金属中的微量杂质构成了一个短路小电池,即局部电池,金属表面由于局部电池的形成而引起了腐蚀。
具体来说,是由于金属成分的不均匀性,导致不同的成分之间发生了吸氧腐蚀(一种电化学腐蚀):在腐蚀介质中,由于溶解氧的作用而引起的腐蚀。
冷却塔氯离子冷却塔氯离子含量是一个重要的参数,它直接关系到冷却塔的运行效率和安全性。
本文将探讨冷却塔氯离子的来源、影响以及如何控制氯离子含量。
首先,让我们了解氯离子的来源。
在冷却塔的运行过程中,水与空气接触会溶解部分空气中的氯离子,因此冷却塔水中不可避免地会含有一定量的氯离子。
此外,冷却塔水还会与塔体、填料、管道等接触,这些材料中的氯离子也可能溶入水中。
氯离子对冷却塔的影响主要表现在以下几个方面。
首先,氯离子含量过高会导致冷却塔结垢,严重影响冷却塔的换热效率。
其次,氯离子还会加速金属材料的腐蚀,对冷却塔的耐久性产生不利影响。
此外,氯离子含量过高还会对生态环境造成污染。
那么,如何控制氯离子含量呢?首先,要选择低氯离子的材料来制作冷却塔。
例如,可以采用不锈钢、玻璃钢等低氯材料来替代传统的碳钢材料。
其次,要控制水质,定期检测和清洗冷却塔,避免水垢的形成。
此外,还可以通过化学方法来降低氯离子含量。
例如,可以采用脱盐、除氧等技术来减少水中的氯离子。
在实际应用中,企业可以根据自身的实际情况选择合适的控制方法。
例如,对于大型工业冷却塔,可以采用脱盐技术来降低氯离子含量。
对于小型冷却塔,可以采用定期清洗的方式来控制氯离子含量。
总之,控制冷却塔氯离子含量对于保证冷却塔的稳定运行和提高冷却效果具有重要意义。
企业应采取有效措施,降低冷却塔水中的氯离子含量,为企业的安全生产和环境保护做出贡献。
在未来,随着技术的不断进步和环保意识的不断提高,相信我们会更加深入地研究和应用冷却塔氯离子的相关技术。
同时,也希望企业能够重视冷却塔氯离子的控制工作,加强水质监测和维护保养,确保冷却塔的安全、高效运行。
只有这样,我们才能实现经济效益和环境效益的双赢,为建设美好的生态环境做出更大的贡献。
氯离子对板式换热器
氯离子对板式换热器的影响主要体现在氯离子对换热器的腐蚀性。
氯离子是一种具有强腐蚀性的离子,它能够破坏金属材料的表面保护膜,进而引起金属材料的腐蚀。
在板式换热器中,常用的材料是不锈钢,尽管不锈钢具有较高的耐腐蚀性和氯化性,但在氯离子浓度较高的情况下,仍然会受到腐蚀的影响。
一般认为,当氯离子浓度达到200ppm时,板式换热器的换热板可能会受到腐蚀。
为了避免氯离子对板式换热器的腐蚀影响,可以采取以下几种措施:
1.降低介质中的氯离子浓度。
可以通过对介质进行处理,如使用去离子水、降低水质硬度等方式,
降低介质中的氯离子浓度,从而减少其对板式换热器的腐蚀。
2.采用不锈钢转化膜换热器。
不锈钢转化膜是一种能够有效提高不锈钢耐腐蚀性的技术,通过在不
锈钢表面形成一层致密的氧化膜,能够有效防止氯离子对不锈钢的腐蚀。
3.采用耐氯离子腐蚀的材料。
在特殊情况下,如果介质中的氯离子浓度过高,可以考虑采用耐氯离
子腐蚀的材料,如钛合金等。
总之,氯离子对板式换热器的腐蚀是一个需要引起设计者注意的问题。
在实际应用中,需要根据具体情况采取合适的措施,确保板式换热器的正常运行和使用寿命。
板式换热器循环水的选择1、应尽量使用软水或经处理的产业循环水,主要是阻止结垢,以免影响换热效果钙离子控制在50-80mg/L镁离子控制在40-80mg/L碳酸氢根离子控制在100-150mg/L循环水中氯离子的含量2、氯化物对不锈钢轻易产生应力腐蚀,含量过高会在板片上产生点蚀,导致油水混合循环水中氯离子的含量(当水温在60℃)小于50mg/L板片材料可选用304艾瑞德板式换热器(江阴)有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商,专注于可拆式板式换热器的研发与生产。
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离子交换设备便宜,操作费用高反渗透设备昂贵,但操作费用较省(用得不好维修也好麻烦)如果短时期用,就用离子交换,如果考虑长远就用反渗透1.深井水中含的是氯化物,属于盐类,不同于城市自来水中的氯,通过阳光照是除不掉的.2.方法之一:加入硝酸银.----其与氯离子反应生成氯化银沉淀.静置,可得氯达标的水.缺点:----同时引入了新的离子__NO3-(硝酸根离子),NO3-的含量是否超标还需计算后与标准对比.若NO3-不超标,可用此法除氯离子.3.方法之二:使用阴离子交换树脂.----可直接除去氯离子.优点:----可循环使用.4.关于成本----要详细计算处理一定量水用多少试剂,再计算出价格.----成本都不会高,因为深井水中含氯量有限方法一:阴离子交换器方法二:反渗透设备方法三:电渗析对于碳钢而言,氯离子从零到3%是随着氯离子的增加而腐蚀加剧,由孔蚀到溃疡状腐蚀,但一旦大于3%的氯离子含量时,腐蚀率会随着氯离子的增加而降低。
对于不锈钢而言,316L的耐氯离子浓度稍高,304一般要求氯离子不大于25mg/L.液体压力试验应用洁净水进行当生产工艺有要求时可用其他液体奥氏体不锈钢管道用水中的氯离子含量不得超过25 mg/L可参见SH3501-2002要看不锈钢和碳钢材质用于什么系统了,在换热设备中,新版《工业循环冷却水设计规范》GB50050-2007间冷开式系统水质指标种碳钢、不锈钢换热设备,水走管程氯离子不大于1000mg/L不锈钢换热设备,水走壳程,传热面水侧壁温大于70℃,冷却水出水温度小于45℃,氯离子不大于700mg/L如果是用在循环水系统上的关于不锈钢和碳钢对氯离子可承受的的浓度范围是多少的话,应该参考《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007,间冷式开式系统:(1)碳钢、不锈钢换热设备,水走管程的氯离子浓度不大于1000mg/l;(2)不锈钢换热设备,水走壳层,传热面水侧壁温不大于70度,冷却水出水温度小于45度,氯离子浓度不大于700mg/l.我最近正在研究这个问题,说起来有点复杂,这要看系统中换热器的型式,根据我的经验,有板式换热器的系统,氯离子应该尽量低,结合浓缩倍数,建议氯离子控制在200mg/l 以下,否则会发生点蚀(板式换热器相邻板片间相互挤压,造成局部产生应力及死区,进而发生点蚀),在普通的列管式换热器系统中,氯离子在700mg/l应该是相对安全的。
2008年09月26日08:56 生意社
生意社09月26日讯
循环冷却水中氯离子对板换材料选择的影响
1.黄新平
2.黄春梅
(1.中国寰球工程公司,北京1~029;2.北京化工大学北方学院,河北燕郊065201) 摘要:对板式换热器腐蚀进行了分析,结合不同氯离子含量、不同温度对不同材料的腐蚀界限,对以循环水为冷却介质的板式换热器由于冷却水氯离子含量对材料选择的影响进行了分析。
关键词:腐蚀;循环冷却水;氯离子;板式换热器;温度
在石油化工装置设计过程中,对设备材料的选择经常要考虑各种不同的因素,其中腐蚀是要考虑的因素之一,尤其是考虑装置长期连续运转,保证设备内漏,选择合适的抗腐蚀设备材料更为重要。
笔者在此就板式换热器可能的腐蚀性进行分析和对以循环水为冷却介质的板式换热器由于循环冷却水氯离子含量对材料选择的影响进行探讨。
我们知道,板式换热器以传热效率高、结构紧凑、拆卸方便、占地面积小、适用范围广等特点而被广泛应用。
板式换热器由两片侧压板、多片内板、冷热介质进出管口、加紧丝杠组成。
对于用于被冷介质无腐蚀的板式换热器,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 mln厚的不锈钢、或合金板片压制。
由于水中的氯离子对不锈钢、合金钢会产生不同程度的腐蚀,因此用于被冷介质无腐蚀的板式换热器,内板片材料的选择就取决于循环冷却水中氯离子含量的多少。
当然,温度的高低也是决定氯离子对内板片腐蚀程度的主要因素。
1 腐蚀性分析
腐蚀的种类很多,金属腐蚀的形态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[川。
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。
点腐蚀也称为孔腐蚀,是高度局部的腐蚀形态,在金属表面腐蚀成坑,更进一步形成深孔使金属板穿透。
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、撞点、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,阳极电流高度集中,使腐蚀迅速向内发展⋯1,进而产生局部的严重腐蚀点。
应力腐蚀是在金属板存在拉应力的情况下且有腐蚀造成金属板破裂,也称为应力腐蚀破裂。
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,严重者可穿透。
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。
另外,板片与板片之间交替排列、夹紧,使相邻板片波纹顶端相互交叉形成大量接触点,触点周围也将形成缝隙。
缝隙内是缺氧区,也处于闭塞状态,缝内pH值下降,氯离子浓度增大,由此加速腐蚀。
因此缝隙腐蚀也是奥氏不锈钢板式换热器的典型腐蚀。
2 温度对腐蚀的影响
腐蚀是一种化学反应,每升温1O℃,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⋯1。
当然也有例外,当升温可以降低其它因素的作用,腐蚀有可能随之降低;但该例外对板式换热器不适用。
3 循环水中的氯离子来源与含量
循环水中的氯离子来源于循环冷却水的补充水所带的氯离子和补充水的处理加氯、循环冷却水处理加氯。
氯离子含量的多少主要取决于循环水的浓缩倍数。
对于补充水的处理加氯和循环冷却水处理加氯所带来的氯离子并不是主要的,根据国标《工业循环冷却水处理设计规
范))GBS0050— 95规定,补充水加氯处理游离性余氯量需控制在0.1—0.2 mg/L,敞开式循环冷却水的加氯处理余氯量控制在0.5—1.0 mg/Ll1 J。
主要的还是补充水所带的氯离子,因此补充水的来源不同,使得循环冷却水中所含的氯离子含量不同。
(1)对于敞开式循环冷却水系统,水在循环水塔冷却的过程中将会不断的蒸发,被蒸发的水分相当于蒸馏水,原部分水中所含的杂质、盐分、氯离子均留在了循环水中,因而造成盐分、氯离子浓度增加。
按照GB 50050—95规定。
敞开式循环冷却水设计浓缩倍数不应小于3.Ol2],因而在设计时浓缩倍数往往大于3,通常取4,甚至有取5的。
那么,循环冷却水中的氯离子含量也就随浓缩倍数的增加按补充水中氯离子含量成倍增加。
(2)根据国标《生活饮用水水源水质标准》CJ3O2O一93和《地表水环境质量标准》
GB 3838—2OO2,对于氯含量(以氯离子计)的水质标准要求为250 mg/L,如以此为标准,再考虑循环冷却水设计浓缩倍数不应小于3.0的要求,那么就意味着按国标的水质补水,循环冷却水的氯离子含量最低会达到750 mg/L。
实际上,补充水水源不论是地表水、地下水,还是自来水,氯离子含量达到250mg/L并不多,循环冷却水的氯离子含量不会达到750 mg/L。
按照GB 50050—95的规定,对于碳钢换热设备,要求循环冷却水氯离子含量≤1 000mg/L,对于不锈钢换热设备,要求循环冷却水氯离子含量≤300 mg/LE 。
如果水的比重按近似1 000g/L 考虑,300mg/L相当于3X10I4(300ppm)[wt,质量分数]。
所以,循环冷却水氯离子含量最高可按3 X 10~(3OO ppm. )考虑。
4 循环冷却水中氯离子对材料选择的影响
笔者在工程设计中,从板式换热器制造厂得到不同材料在不同氯离子含量、温度下的腐蚀界限,经整理得如表1的数据。
从表1我们可以清楚的看到,循环冷却水中的氯离子含量越高对材料不腐蚀适应的温度越低,如果温度不变,氯离子含量越高对材料不腐蚀所要求的材料材质越高。
所以,循环水中氯离子含
量的多少和板式热交换器内被冷却介质和循环冷却水的温度高低对选择板式换热器内板材料非
常关键。
对照表1,如果以GB50050—95的规定,循环冷却水氯离子含量≤300 mg/L(近似
3OO ppm,wt)考虑,不锈钢换热设备不同材料所对应的适应冷却水温度(按不腐蚀界限),304
不锈钢最高适应10℃,316不锈钢最高适应40℃。
如以在工程设计中循环水出口温度按40~42℃考虑,则这两种材料均不可用,需要选择更高的材料。
事实上,真正使循环冷却水氯离子含量达到300 mg/i的并不多。
只有在不能确定循环冷却水氯离子含量时,可按GB50050—95的规定以300 ppm( )考虑(尤其是新建工厂常常会这样)。
不过以此为依据选板式换热器板片材料,可能会造成选材过高而增加设备投资。
因此,最好能确定氯离子含量,如根据循环冷却水实测或根据补充水中氯离子含量和循环水浓缩倍数来确定。
事实上,当循环水的补充水源氯离子含量、循环冷却水设计浓缩倍数确定时,相应的循环冷却水氯离子含量就基本确定了。
笔者在从事多年化工设计的过程中,除个别按GB50050—95规定的外,碰见过循环冷却水氯离子含量高的按2.50×10I4(250 ppm, )考虑,低的按9.0×10~(9o ppm, )考虑。
作为板式换热器板片材料选择,在此假定循环冷却水氯离子含量为1.20×10I4(120 ppm,wt),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~E,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,要考虑换热板片金属壁温,需要考虑被冷介质的温度,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316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$31254(或254SM0)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。
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。
不过这样也会造成选材过高而增加设备投资。
5 结语
用于被冷介质无腐蚀的板式换热器,其板片材料的选择影响因素除了上述的循环水中氯离子含量多少、水的温度和被冷却介质的温度外,还有循环冷却水的酸碱度,同样的氯离子含量,在酸性环境下腐蚀性增强,反之减弱。
如316不锈钢材料,对于1.20×10I4(120 ppm, )氯离子含量的循环冷却水,在pH值为5时,不腐蚀的合适温度为:40℃,在pH值为9时,不腐蚀的合适温度可以大于130℃。
因此,板式换热器的板片材料的选择要综合考虑各种因素,以达到既可保证设备的长期运转,又可不增加设备投资的目的。
参考文献
[1] 工业循环冷却水处理设计规范GB5005o一95 Es]
[2] 左景伊左禹,腐蚀数据及选材手册(第四版)[M],北京:化学工业出版社,20o4:26.27,30。
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