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小議不銹鋼材料在換熱設(shè)備中的應(yīng)用

2012-04-18 11:16:48
節(jié)能與環(huán)保 2012年8期
關(guān)鍵詞:晶間腐蝕氯離子奧氏體

不銹鋼也叫不銹耐酸鋼,因其防腐性能好、顏色美觀、綜合效益經(jīng)濟合理,在化工方面應(yīng)用越來越廣。不銹鋼按其組織結(jié)構(gòu)分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼。其中,奧氏體不銹鋼以其優(yōu)異的綜合性能,近些年常常在建筑領(lǐng)域的換熱給水等壓力設(shè)備中采用。奧氏體不銹鋼的典型品種─S30408(既18-8型)應(yīng)用最多,但由于部分用戶對奧氏體不銹鋼的使用限制條件不太清楚,造成設(shè)備投入運行后短期內(nèi)就產(chǎn)生嚴重腐蝕甚至導致設(shè)備報廢,造成很大的經(jīng)濟損失。

為何在酸堿等嚴酷條件下都能長期使用的不銹鋼材料,在以水為介質(zhì)的換熱設(shè)備上屢出事故呢?其實,任何材料都有它的局限性,都不是萬能的。不銹鋼耐腐蝕特性同樣是有使用條件的,奧氏體不銹鋼最怕的就是氯離子。知道了這些我們也就不難理解為何在某些介質(zhì)中耐腐蝕性好,如硝酸、磷酸、氮、氨、化纖等,但在某些介質(zhì)中耐腐蝕性極低,如稀硫酸、稀鹽酸及氯離子含量較高的介質(zhì)等,因此不銹鋼不能不加選擇的使用。

不銹鋼在使用中最常見的腐蝕有點腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等,尤其是介質(zhì)中存在氯離子等活性離子時更容易加速誘發(fā)腐蝕的產(chǎn)生。為了保證換熱壓力設(shè)備的使用壽命,國家的壓力容器制造標準GB150.1~150.4─2011第11.4.9.1條中明確規(guī)定:"試驗液體一般采用水,試驗合格后應(yīng)立即將水排凈吹干;無法完全排凈吹干時,對奧氏體不銹鋼容器,應(yīng)控制水的氯離子含量不超過25mg/l"。可見氯離子危害有多大,在一個小時左右的耐壓試驗用介質(zhì)中都不允許氯離子含量超過25mg/l。在設(shè)備投入使用時,長期與設(shè)備接觸的介質(zhì)中氯離子含量更要遠遠低于25mg/l。

建筑用的供熱設(shè)備其介質(zhì)就是水,水的來源基本都是通過市政管網(wǎng)由自來水供給,自來水公司在水處理過程中主要的消毒手段就是用漂白粉或氯氣,因此在水中會殘留大量的氯離子,大多數(shù)情況我們可以從水龍頭處聞到氣味。我國的飲用水標準GB5479─2006第4.1.9條中對氯化物殘留的規(guī)定不超過250mg/l,遠遠高于國家的壓力容器制造標準規(guī)定的數(shù)值。這就造成絕大多數(shù)地區(qū)的自來水并不符合不銹鋼的防腐要求(通過對北京、天津、上海、廊坊、太原等多個地區(qū)的水質(zhì)取樣化驗,氯離子含量為60~90mg/l,部分地區(qū)超過100mg/l)。因此有些地區(qū)的不銹鋼換熱設(shè)備在投入運行后最短的在6個月之內(nèi)就發(fā)生腐蝕穿孔或應(yīng)力腐蝕開裂。

換熱器作為一種承壓設(shè)備存在應(yīng)力是必然的,受制于結(jié)構(gòu)特點不同的部位應(yīng)力不均衡也是客觀存在,現(xiàn)有的加工作業(yè)方式又決定了肯定會在加工過程中產(chǎn)生新的應(yīng)力。因此,有經(jīng)驗、有實力的企業(yè)會對形成的應(yīng)力進行妥善處理以降低其影響,而腐蝕性介質(zhì)會誘發(fā)并加速高應(yīng)力部位的破壞。

為了保證設(shè)備的正常使用,建議采取以下措施:一是選擇超低碳不銹鋼,有效降低晶間腐蝕的產(chǎn)生,如:304L;二是選擇雙相不銹鋼材料,提高其抗點蝕和應(yīng)力腐蝕指標,如:316L、316;三是在原有的設(shè)計厚度上再加厚以降低應(yīng)力水平,延長使用年限。

含碳量低的不銹鋼雖然能提高其耐晶間腐蝕能力,但會犧牲其強度指標(304L比304的要低約15% ),為保證安全使用相應(yīng)的必須增加設(shè)計厚度,造成材料成本的直接增加。雙相不銹鋼的防腐性能優(yōu)于奧氏體不銹鋼,但因為其合金化程度高,生產(chǎn)工藝復雜,市場售價將近奧氏體不銹鋼的1.5倍,材料成本會大幅提高。那么,是否可以通過加裝水處理設(shè)備降低水中氯離子的含量呢?現(xiàn)在通用的水處理設(shè)備主要功能是去除水中的絮狀物、雜質(zhì)及降低水的硬度,尚無專項有效降低水中氯離子含量的水處理設(shè)備,否則國家飲用水標準對氯化物的限定值不會高達250mg/l。

現(xiàn)市場中有牌號SUS444的不銹鋼,屬鐵素體不銹鋼,其含碳低、添加抗腐蝕的Mo、Ti等元素提高了其抗氯離子腐蝕的能力,在常壓水箱方面應(yīng)用較廣。但由于SUS444尚未被列入壓力容器標準中的選材范圍,而且它的規(guī)格主要是3mm以下的薄板,這就大大限制了其在壓力容器方面的使用。即使做設(shè)備的內(nèi)襯層,由于其比銅要硬、回彈大、貼合性差,實際應(yīng)用的適用性較差。

為了保證所選用設(shè)備的正常、預期適用,在不銹鋼材料的選擇上一定要謹慎。

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