西安交通大学《化工原理》第六部分期末考试拓展学习3

西交《化工原理》第六部分

不锈钢材料在换热设备中的应用常识

不锈钢也叫不锈耐酸钢，因其防腐性能好、颜色美观、综合效益经济合理，在化工方面应用越来越广。不锈钢按其组织结构分为：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢以其优异的综合性能，近些年在建筑用的换热给水等压力设备中常常采用，奥氏体不锈钢的典型品种--S30408(既18-8型)应用最多，但由于部分用户对奥氏体不锈钢的使用限制条件不太清楚，造成设备投入运行后短期内就产生腐蚀严重者甚至导致设备报废，造成很大的经

济损失。

一、为何在酸碱等严酷条件下都能长期使用的不锈钢材料在以水为介质的换热设备上屡出事故呢？其实任何材料都有它的局限性，都不是万能的。不锈钢耐腐蚀特性同样是有使用条件的，奥氏体不锈钢最怕的就是氯离子。知道了这些我们也就不难理解为何在某些介质中耐腐蚀性好，如：硝酸、磷酸、氮、氨、化纤等，但在某些介质中耐腐蚀性极低，如稀硫酸、稀盐酸及氯离子含量较高的介质等，因此不锈钢不能不加选择的使用。

不锈钢在使用中最常见的腐蚀有点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等，尤其是介质中存在氯离子等活性离子时更容易加速诱发腐蚀的产生，具体的腐蚀机理在很多专业书刊中有详细阐述在此不再赘述。为了保证换热压力设备的使用寿命，国家的压力容器制造标准~第11.4.9.1条中，明确规定"试验液体一般采用水，试验合格后应立即将水排净吹干；无法完全排净吹干时，对奥氏体不锈钢容器，应控制水的氯离子含量不超过25mg/l"。此条款的根本目的是为了防止含氯离子较高的水长时间在设备内留存。可见氯离子危害有多大，在一个小时左右的耐压试验用介质中都不允许氯离子含量超过25mg/l。在设备投入使用时，长期与设备接触的介质中氯离子含量更要远远低于25mg/l。

建筑用的供热设备其介质就是水，水的来源基本都是通过市政管网由自来水供给，自来水公司在水处理过程中主要的消毒手段就是用漂白粉或氯气，因此在水中会残留大量的氯离子，大多数情况我们可以从水龙头处闻到气味。我国的饮用水标准GB5479-2006中4.1.9条中对氯化物残留的规定是：不超过250mg/l，远远高于国家的压力容器制造标准规定的数值。这就造成绝大对数地区的自来水并不符合不锈钢的防腐要求（通过对多个地区：北京、天津、上海、廊坊、太原等地的水质取样化验，氯离子含量为60-90mg/l，部分地区超过100mg/l）。因此有些地区的不锈钢换热设备在投入运行后最短的在6个月之内就发生腐蚀穿孔或应力腐蚀开裂。

二、几种不同材质不锈钢在制造换热设备中的选用

换热器作为一种承压设备存在应力是必然的，受制于结构特点不同的部位应力不均衡也是客观存在，现有的加工作业方式又决定了肯定会在加工过程中产生新的应力。作为有经验、有实力的企业会对形成的应力进行妥善处理以降低其影响但都不能改变其存在的事实。而腐蚀性介质会诱发并加速高应力部位的破坏。

为了保证设备的正常使用：

（1）选择超低碳不锈钢能有效降低晶间腐蚀的产生，如：304L ；

（2）选择双相不锈钢材料提高其抗点蚀和应力腐蚀指标，如：316L、316；

（3）在原有的设计厚度上再加厚以降低应力水平延长使用年限；

含碳量低的不锈钢虽然能提高其耐晶间腐蚀能力，但会牺牲其强度指标（304L 比304的要低约15% ），为保证安全使用相应的必须增加设计厚度，造成材料成本的直接增加。双相不锈钢的防腐性能优于奥氏体不锈钢，但因为其合金化程度高，生产工艺复杂，市场售价将近奥氏体不锈钢的倍，材料成本会大幅提高。那么，是否可以通过加装水处理设备降低水中氯离子的含量呢？现在通用的水处理设备主要功能是去除水中的絮状物、杂质及降低水的硬度，尚无专项有效降低水中氯离子含量的水处理设备，否则国家饮用水标准对氯化物的限定值不会高达250mg/L。

现市场中有牌号SUS444的不锈钢，属铁素体不锈钢，其含碳低、添加抗腐蚀的Mo、Ti等元素提高了其抗氯离子腐蚀的能力，在常压水箱方面应用较广。但由于SUS444尚未被列入压力容器标准中的选材范围，而且它的规格主要是3mm以下的薄板，这就大大限制了其在压力容器方面的使用。即使做设备的内衬层，由于其比铜要硬、回弹大、贴合性差，实际应用的适用性较差。

为了保证所选用设备的正常、预期适用，在不锈钢材料的选择上一定要谨慎。