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阀门部件材料选择

阀门材料的选择

阀门的使用温度是由制造阀门的材质所确定的。

另见阀门常用材料使用温度表。

选择阀门主要零件的材料,首先应考虑到工作介质的物理性能(温度、压力)和化学性能(腐蚀性)等。

同时还应了解介质的清洁程度(有无固体颗粒)。

除此之外,还要参照国家和使用部门的有关规定和要求。

许多种材料可以满足阀门在多种不同工况的使用要求。

但是,正确的、合理的选择阀门的材料,可以获得阀门最经济的使用寿命和最佳的性能。

在阀门零件材料的划分中,最一般的方法是按壳体所使用的材料划分:

如铸铁阀,壳体材料用灰铸铁、可锻铸铁或球墨铸铁制成的阀门;钢阀,壳体用碳素钢、合金钢或不锈耐酸钢制成的闪;钛阀,壳体用钛合金制成的阀门;铜阀,壳体用铜合金制成的阀门;铝阀,壳体用铝合金制的阀门;塑料阀,壳体用塑料制成的阀门;陶瓷阀,壳体内衬有陶瓷的阀门,等等。

1铸铁阀门

铸铁阀以其价格低廉,制造工艺简单,有较好的耐腐蚀性能,广泛应用于国民经济各个部门,是水道、建筑设备、煤气设备、船舶、消防设备、石油化工设备、炼铁设备、食品加工设备等不可缺少的管路附件。

铸铁阀的工作温度范围通常中从环境(室温)温度到225℃以下。

但是,由于灰铸铁是脆性材料,限制了铸铁阀的使用范围。

在铸铁阀门中,由于可锻铸铁和球铸铁内部显微组织的改变,可锻铸铁的组织近表层为铁素体,中心部为珠光体,与软钢的组织大致相同。

球墨铸铁是经过添加元素和变质处理,且在铸过程中获得球状石墨,因此,其力学性能比普通灰铸铁要好得多,其使用工作压力可更高些。

通常,铸铁阀门的使用范围规定如下:

1)用于公称压力PN≤1.0MPa,工作温度为—10~200℃,工作介质为水、海水、蒸汽、空气、煤气、油品等,通常选用牌号为HT200、HT250、HT300、HT350的灰铸铁阀。

2)用于公称压力PN≤2.5MPa,工作温度为—30~300℃,工作介质为水、海水、蒸汽、空气、煤气、油品等,通常选用牌号为KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10的可锻铸铁阀。

3)用于公称压力PN≤4.0MPa,工作温度为—30~350℃,工作介质为水、海水、蒸汽、空气、煤气、油品等,通常选用牌号为QT400-15、QT450-10、QT500-7的球墨铸铁阀。

2铸钢阀门

由于使用钢材的种类不同,钢阀所适用的介质也大不相同,尽管钢阀的价格比较昂贵,但由于钢是一种塑性材料,适用范围广,可以在多种介质中应用,如钨、饱和蒸汽和热蒸汽、高温和低温油品、液化气体、腐蚀性强的介质等,因此应用非常广泛。

碳钢,由于其力学性能和综合使用性能优异,因此,其使用范围更广,通常还包括铸铁阀及青铜阀(广泛应用于—180℃以下)使用的工况条件。

一般在重要的设备、装置和管道上都采用坚固可靠的钢制阀门。

在介质为可燃性气体、液体,毒性气体、液体,易燃易爆性介质,压缩气体,液化气体,动力装置的管道上,以及其它类似的场合,必须使用钢制阀门。

特碳钢和低镍合金钢可用于工作温度低于零度的工况,但不能使用到深冷的区域。

用这些材料制造的阀门,可能适用于海水、二氧化碳、乙炔、丙烯和乙烯等介质。

耐腐蚀钢材包括不锈钢、特种不锈钢、“蒙乃尔”合金,哈斯特洛依“B”,哈斯特洛依“C”,不锈耐酸钢等。

不锈钢耐酸钢阀门可以广泛应用于化工和食品行业。

如输关醋酸、硝酸、硫酸、碱、西漂白液、食品、果汁、碳酸、制革液和其它许多化工产品的管路上。

超低碳奥氏体不锈耐酸钢阀门,通常用于在低温下输送液态气体,如天然气、沼气、氧气和氢气等。

特种不锈钢阀门有很好的耐腐蚀性能,通常用于输送各种温度和浓度的硫酸的管道和装置上。

“蒙乃尔”合金阀门,主要用于输送碱、盐溶液,食品和许多无机酸,特别是硫酸和氢氟酸的管道和装置上。

此外,这类阀门还可用于蒸汽和海水的管道上。

镍阀,对于碱和盐溶液具有极强的耐腐蚀能力,通常用在产品输送中,要求确保高纯度的工况。

“哈氏”合金阀门,主要用于输送氯化铵、氯化锌、硫酸铝、硫酸铵、盐酸等强腐蚀性介质的管道和装置上。

阀门按阀体材料分类

1)金属材料阀门:

其阀体等零件由金属材料制成。

如铸铁阀、碳钢阀、合金钢阀、铜合金阀、铝合金阀、铅合金阀、钛合金阀、蒙乃尔合金阀等。

2)非金属材料阀门:

其阀体等零件由非金属材料制成。

如塑料阀、陶瓷阀、搪阀、玻璃钢阀等。

3)金属阀体衬里阀门:

阀体外形为金属,内部凡与介质接触的主要表面均为衬里,如衬胶阀、衬塑料阀、衬陶阀等。

阀体的材料种类和适用工况

阀体的材料种类繁多,适用于各种不同的工况。

阀体的常用材料有灰铸铁、黑心可锻铸铁、球墨铸铁、碳素钢、低温碳钢、合金钢、奥氏体不锈钢、蒙乃尔合金、铸铜合金等:

1.灰铸铁

灰铸铁,适用于工作温度在-15~+200℃之间,公称压力PN≤1.6MPa的低压阀门。

2.黑心可锻铸铁

黑心可锻铸铁,适用于工作温度在-15~+250℃之间,公称压力PN≤2.5MPa的中低压阀门。

3.球墨铸铁

球墨铸铁,适用于工作温度在-30~+350℃之间,公称压力PN≤4.0MPa的中低压阀门。

4.碳素钢

碳素钢(WCA、WCB、WCC),适用于工作温度在-29~+425℃之间的中、高压阀门,其中16Mn、30Mn工作温度为-40~+450℃之间,常用来代替ASTMA105。

5.低温碳钢

低温碳钢(LCB),适用于工作温度在-46~+345℃之间的低温阀门。

6.合金钢

合金钢阀门(WC6、WC9),适用于工作温度在-29~+595℃之间的非腐蚀性介质的高温高压阀门;WC5、WC12适用于工作温度在-29~+650℃之间的腐蚀性介质的高温高压阀门。

7.奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢,适用于工作温度在-196~600℃之间的腐蚀性介质的阀门。

8.蒙乃尔合金

蒙乃尔合金阀门,主要适用于含氢氟介质的阀门。

9.铸铜合金

铸铜合金,主要适用于工作温度在-273~+200℃之间的氧气管路用阀门。

以上列举的是阀体常用材料中的大类,具体每类材料中,又有很多不同牌号,各种不同牌号又适用于各种不同的压力等级。

因此,在选择阀门的阀体材料时,应根据不同的用途和不同的压力等级,确定适合于工况需要的阀体材料。

此外,阀体材料还有哈氏合金、钛合金(钛阀门)、铝合金(铝阀门);塑料(塑料阀门);陶瓷(陶瓷阀门)等等。

紧固件材料

紧固件主要包括螺栓、双头螺栓和螺母。

紧固件在阀门上直接承受压力,对防止介质外流起关重要作用,因此选用的材料必须保证在使用温度下有足够的强度与冲击韧性。

根据介质压力和温度选择紧固件材料时可按下表选择。

名称

公称压力PN(MPa)

介质温度(℃)

300

350

400

425

450

530

螺栓

双头螺栓

1.6—2.5

A3

35

30CrMoA

4.0—10.0

35

35CrMoA

25Cr2MoVA

16.0—20.0

30CrMoA

35CrMoA

25Cr2MoVA

螺母

1.6—2.5

A3

30

35

4.0—10.0

30

35

35CrMoA

16.0—20.0

35

35CrMoA

选用合金钢材料时必须经过热处理。

对紧固件有特殊耐腐蚀要求时,可选用Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9等不锈耐酸钢。

垫片材料

垫片是用来充填两个结合面(如阀体和阀盖之间的密封面)间所有凹凸不平处,以防止介质从结合面间泄漏。

1、对垫片的要求

垫片材料在工作温度下具有一定的弹性和塑性以及足够的强度,以保证密封。

同时要具有良好的耐腐蚀性。

2、垫片材料的种类和选择

垫片可分为软质和硬质两种,软质一般为非金属材料,如硬纸板、橡胶、石棉橡胶板,聚四氟乙烯等。

硬质一般为金属材料或者金属包石棉、金属与石棉缠绕的等。

垫片的形状有很多,有扁平的、圆形的、椭圆形的、齿形的、透镜式的以及其他特殊形状的。

垫片材料选择见下表:

垫片材料

介质

应用范围

压力(MPa)

温度(℃)

厚纸板

水、油类

≤10

40

油浸纸板

水、油类

≤10

40

橡胶板

水、空气

≤6

50

石棉板

蒸汽、煤气

≤6

450

聚四氟乙烯

腐蚀性介质

≤25

200

橡胶石棉板XB-450

水蒸气、空气、煤气

≤60

450

XB-350

水蒸气、空气、煤气

≤40

350

XB-200

水蒸气、空气、煤气

≤15

200

耐油橡胶石棉板

油类

160

30

08钢与XB-450充填

蒸汽

100

450

08钢与XB-350充填

蒸汽

40

350

1Cr13、0Cr13石棉充填

蒸汽

100

300

08钢与耐油橡胶石棉充填

油类

100

350

水蒸气、空气

100

250

水蒸气、空气

64

350

10钢、20钢

水蒸气、油类

200

450

1Cr13

蒸汽

200

550

1Cr13Ni9

蒸汽

200

600

金属垫片的材料一般用08、10、20优质碳素钢和1Cr13、1Cr18Ni9不锈钢,加工精度和表面光洁度要求较高,适用于高温高压阀门。

非金属垫片材料一般塑性较好,用不大的压力就能达到密封。

适用于低温低压阀门。

阀门密封面材料

密封面是阀门产品最关键的工作面,阀门密封面质量的好坏关系到阀门的使用寿命,通常阀门密封面材料要考虑耐腐蚀,耐擦伤,耐冲蚀,抗氧化等因素。

阀门密封面材料通常分软质材料和硬密封材料两大类:

一、软质材料

1、橡胶(包括丁睛橡胶,氟橡胶等)

2、塑料(聚四氟乙烯,尼龙等)

二、硬密封材料

1、铜合金(用于低压阀门)

2、铬不锈钢(用于普通高中压阀门)

3、司太立合金(用于高温高压阀门及强腐蚀阀门)

4、镍基合金(用于腐蚀性介质)

阀门衬里防腐材料的使用温度和适用介质

各类衬里管道阀门其同公称通径的壳体和连接尺寸都相同,但其衬里防腐材料根据不同介质,可采用以下不同衬里材料:

聚四氟乙烯PTFE(F4)

使用介质:

强酸、强碱、强氧化剂等。

使用温度:

-200~180℃。

特点:

具有优异的化学稳定性,有很高的耐热性,耐寒性:

摩擦系数很低,是极好的自润滑材料,但机械性能较低,流动性差,热膨胀大。

聚全氟乙丙稀FEP(F46)

适用介质:

任何有机溶剂或试剂,稀或浓无机酸、碱、酮、芳烃、氯化等。

使用温度:

-85~150℃。

特点:

力学、电性能和化学稳定性基本与F4相同,但突出优点是动击韧性高,有极好的耐候性和辐射性。

聚散据乙烯PCTEF(F3)

适用介质:

各种有机溶剂,无机腐蚀夜(氧化性酸类)。

使用温度:

-195~120℃。

特点:

耐热性烃、电性能和化学稳定性仅次于F4机械强度、糯动性能、硬度比F4好些。

聚偏氟乙烯PVDF(F2)

适用介质:

耐大多数化学药品和溶剂。

使用温度:

-70~100℃。

特点:

拉伸强度与压缩强度比F4好,耐弯折、耐候、耐辐射,耐光和老化等,最大特点是韧性好,易成型。

聚丙烯RPP

适用介质:

无机盐类的水溶液,无机酸类、碱类的熄火弄溶液。

使用温度:

-14~80℃。

特点:

最轻的塑料之一,其屈服、拉伸和压缩强度、硬度均优于低压聚乙烯,有很突出的刚性,耐热性好,易成型,优廉,改好后动击性、流动性、弯曲弹性模数提高。

聚烯烃PO

适用介质:

各种浓度的酸碱盐及某些有机溶剂。

使用温度:

-58~80℃。

特点:

是目前世界上最理想的防腐材料,已广泛用于旋转成型的大型设备和管道件内衬。

聚氟乙烯(硬质)PCV

适用介质:

耐水、浓碱、非氧化性酸、链烃、油和臭氧等。

使用温度:

0~55℃。

特点:

机械强度较高,化学稳定性及介电性能优良,耐油性和抗老性也教好,易熔接及粘合,价格较低。

 

硬橡胶NR

适用介质:

盐酸、30%硫酸、50%氢氟酸、80%磷酸、碱、盐类、镀金属溶液、氢氧化钠、氢氧化钾、中性盐水溶液、10%次氯酸钠、湿氯气、氨水、大部分醇类有机酸及醛类等。

使用温度:

-10~85℃

软橡胶BR

适用介质:

水泥、粘土、炉渣灰、颗粒状化肥及磨损性较强的固态流体、各种浓度稠黏液等。

使用温度:

-10~85℃

氯丁橡胶CR

适用介质:

动植物油类、润滑剂及PH值变化范围很大的腐蚀性泥浆等。

使用温度:

-10~85℃

丁基橡胶HR

适用介质:

有机酸、碱合氢氧化合物、无机盐及无机酸、元素气体醇类、醛类、醚类、酮类、酯类等。

使用温度:

-10~120℃

聚偏氟乙丙烯塑料FEP

适用介质:

除熔融碱金属、元素氟及芳香烃类外的盐酸、硫酸、王水、有机酸、强氧化剂、浓烯酸交替、酸碱交替和各种有机溶液等。

使用温度:

≤150℃

聚偏氟乙烯塑料PVDF

适用介质:

除熔融碱金属、元素氟及芳香烃类外的盐酸、硫酸、王水、有机酸、强氧化剂、浓烯酸交替、酸碱交替和各种有机溶液等。

使用温度:

≤100℃

聚四氟乙烯和乙烯共聚物ETFE

适用介质:

除熔融碱金属、元素氟及芳香烃类外的盐酸、硫酸、王水、有机酸、强氧化剂、浓烯酸交替、酸碱交替和各种有机溶液等。

使用温度:

≤120℃

可溶性聚四氟乙烯塑料PFA

适用介质:

除熔融碱金属、元素氟及芳香烃类外的盐酸、硫酸、王水、有机酸、强氧化剂、浓烯酸交替、酸碱交替和各种有机溶液等。

使用温度:

≤180℃

聚三氟氯乙烯塑料PCTFE

适用介质:

除熔融碱金属、元素氟及芳香烃类外的盐酸、硫酸、王水、有机酸、强氧化剂、浓烯酸交替、酸碱交替和各种有机溶液等。

使用温度:

≤120℃

 

搪瓷

适用介质:

除氢氟酸、浓磷酸及强碱外的其它低度耐蚀性介质

使用温度:

≤100℃

铸铁无衬里

适用介质:

非腐蚀性介质

使用温度:

使用温度按隔膜材料定

不锈钢无衬里

适用介质:

一般腐蚀性介质

使用温度:

使用温度按隔膜材料定

阀体、阀盖和阀板(阀瓣)的零件材料

阀体、阀盖和闸板(阀瓣)是阀门主要零件之一,直接承受介质压力,所用零件材料必须符合“阀门的压力与温度等级”的规定。

常用阀门零件材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、耐酸高硅球墨铸铁、碳素钢、铜合金、高温铜、低温钢、不锈耐酸钢等几种:

一、灰铸铁:

公称压力:

PN≤1.0MPa;

使用温度:

-10℃~200℃;

适用介质:

水、蒸汽、空气、煤气及油品等介质;

常用牌号:

HT200、HT250、HT300、HT350。

二、可锻铸铁:

公称压力:

PN≤2.5MPa;

使用温度:

-30~300℃;

适用介质:

水、蒸汽、空气及油品介质;

常用牌号:

KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10。

三、球墨铸铁:

公称压力:

PN≤4.0MPa;

使用温度:

-30~350℃;

适用介质:

水、蒸汽、空气及油品等介质;

常用牌号:

QT400-15、QT450-10、QT500-7。

鉴于目前国内阀门制造企业工艺水平,各厂参差不齐,用户又往往不易检验。

根据经验,建议PN≥2.5MPa,阀门还是采用钢制阀门为安全。

四、耐酸高硅球墨铸铁:

公称压力:

PN≤0.25MPa;

使用温度:

≤120℃;

适用介质:

腐蚀性介质。

五、碳素钢:

公称压力:

PN≤32.0MPa;

使用温度:

-30~425℃;

适用介质:

水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质;

常用牌号:

WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn。

六、铜合金:

公称压力:

PN≤2.5MPa;

使用温度:

-40~250℃;

适用介质:

水、海水、氧气、空气、油品等介质,以及温度-40~250℃的蒸汽介质;

常用牌号:

ZGnSn10Zn2(锡青铜)、H62、Hpb59-1(黄铜)、QAZ19-2、QA19-4(铝青铜)。

七、高温铜:

公称压力:

PN≤17.0MPa;

使用温度:

≤570℃;

适用介质:

蒸汽及石油产品;

常用牌号:

ZGCr5Mo、1Cr5M0、ZG20CrMoV、ZG15Gr1Mo1V、12CrMoV、WC6、WC9等牌号。

具体选用必须按照阀门压力与温度规范的规定。

八、低温钢:

公称压力:

PN≤6.4Mpa;

使用温度:

≥—196℃;

适用介质:

乙烯,丙烯,液态天然气,液氮等介质;

常用牌号;ZG1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni9。

九、不锈耐酸钢:

公称压力:

PN≤6.4Mpa;

使用温度:

≤200℃;

适用介质:

硝酸,醋酸等介质;

常用牌号:

ZG0Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni10<耐硝酸>,ZG0Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti<耐酸和尿素>。

阀杆螺母

阀杆螺母在阀门开启和关闭过程中,直接承受阀杆轴向力,因此必须具备一定的强度。

同时阀杆螺母与阀杆是螺纹传动,要求摩擦系数小,不生锈和避免咬死现象。

一、铜合金材料

铜合金的摩擦系数较小,不生锈,是目前普遍采用的材料之一。

对于Pg<1.6Mpa的低压阀门可采用ZHMn58-2-2铸黄铜。

对于Pg16-6.4Mpa的中压阀门可采用ZQAL9-4无锡青铜。

对于高压阀门可采用ZHAL66-6-3-2铸黄铜。

二、钢材料

当工作条件不允许采用铜合金时,可选用35、40等优质炭素钢,2Cr13、1Cr18Ni9、Cr17Ni2等不锈耐酸钢。

工作条件不允许指下列情况。

1、用于电动阀门上,带有瓜形离合器的阀杆螺母,需要进行热处理获得高的硬度或表面硬度。

2、工作介质或周围环境不适合选用铜合金时,如对铜有腐蚀的氨介质。

选用钢制阀杆螺母时,要特别注意螺纹的咬死现象。

阀门零件的制造材料

阀门零件制造材料很多,包括各种不同牌号的黑色金属和有色金属及其合金、各种非金属材料等。

制造阀门零件的材料要根据下列因素来选择:

1、工作介质的压力、温度和特性。

2、该零件的受力情况以及在阀门结构中所起作用。

3、有较好的工艺性。

4、在满足以上条件情况下,要有较低的成本。

第一节阀体、阀盖和阀板(阀瓣)的材料

阀体、阀盖和闸板(阀瓣)是阀门主要零件之一,直接承受介质压力,所用材料必须符合“阀门的压力与温度等级”的规定。

第二节密封面材料密封面材料密封面材料密封面材料

密封面是阀门最关键的工作面,密封面质量的好坏关系到的阀门使用寿命,通常密封面材料要考虑耐腐蚀,耐擦伤,耐冲蚀,抗氧化等因素。

第三节阀杆材料

阀杆在阀门开启和关闭过程中,承受拉、压和扭转作用力,并与介质直接接触,同时和填料之间还有相对的摩擦运动,因此阀杆材料必须保证在规定温度下有足够的强度和冲击韧性,有一定的耐腐蚀性和抗擦伤性,以及良好的工艺性。

第四节阀杆螺母材料

阀杆螺母在阀门开启和关闭过程中,直接承受阀杆轴向力,因此必须具备一定的强度。

同时它与阀杆是螺纹传动,要求摩擦系数小,不生锈和避免咬死现象。

第五节紧固、填料及垫片材料

紧固件主要包括螺栓、双头螺栓和螺母。

在阀门上,填料是用来充填阀盖填料室的空间,以防止介质经由阀杆和阀盖填料室空间泄漏。

垫片是用来充填两个结合面(如阀体和阀盖之间的密封面)间所有凹凸不平处,以防止介质从结合面间泄漏。

各种介质的阀门材料选用表

符号:

A-能够或正被成功应用B-应用过程应注意C-不能应用LL-缺乏资料

流体介质

阀门材料

碳钢

铸铁

302

304

不锈钢

316

不锈钢

青铜

蒙乃尔合金

哈氏合金B

哈氏合金C

不锈钢﹟20

钴铬合金﹟

6

416

不锈钢

440

C

不锈钢

17

-4

PH不锈钢

乙醛

A

A

A

A

A

A

LL

A

A

LL

LL

A

A

A

醋酸(无气的)

C

C

B

B

B

B

A

A

A

A

A

C

C

B

醋酸(充气的)

C

C

A

A

A

A

A

A

A

A

A

C

C

B

醋酸蒸汽

C

C

A

A

B

B

LL

A

B

A

A

C

C

B

丙酮

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

乙炔

A

A

A

A

LL

A

A

A

A

LL

A

A

A

A

乙醇

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

硫酸铝

C

C

A

A

B

B

A

A

A

A

LL

C

C

LL

A

A

A

A

C

A

A

A

A

A

A

A

A

LL

氯化铵

C

C

B

B

B

B

A

A

A

A

B

C

C

LL

硝酸铵

A

C

A

A

C

C

A

A

A

A

A

C

B

LL

磷酸铵(一价)

C

C

A

A

B

B

A

A

B

A

A

B

B

LL

硫酸铵

C

C

B

A

B

A

A

A

A

A

A

C

C

LL

亚硫酸铵

C

C

A

A

C

B

LL

A

A

A

A

B

B

LL

苯胺

C

C

A

A

C

C

A

A

A

A

A

C

C

LL

沥青

A

A

A

A

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啤酒

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苯甲酸

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硼酸

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丁烷

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氯化钙(碱)

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次氯酸钙

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石碳酸

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二氧化碳(干)

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二氧化碳(湿)

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二硫化碳

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四氯化碳

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碳酸

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氯,气体(干)

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氯,气体(湿)

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液氯

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