小議不銹鋼材料在換熱設備中的應用

不銹鋼也叫不銹耐酸鋼，因其防腐性能好、顏色美觀、綜合效益經濟合理，在化工方面應用越來越廣。不銹鋼按其組織結構分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼。其中，奧氏體不銹鋼以其優異的綜合性能，近些年常常在建筑領域的換熱給水等壓力設備中采用。奧氏體不銹鋼的典型品種─S30408(既18-8型)應用最多，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，造成設備投入運行后短期內就產生嚴重腐蝕甚至導致設備報廢，造成很大的經濟損失。

為何在酸堿等嚴酷條件下都能長期使用的不銹鋼材料，在以水為介質的換熱設備上屢出事故呢？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中耐腐蝕性好，如硝酸、磷酸、氮、氨、化纖等，但在某些介質中耐腐蝕性極低，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、應力腐蝕等，尤其是介質中存在氯離子等活性離子時更容易加速誘發腐蝕的產生。為了保證換熱壓力設備的使用壽命，國家的壓力容器制造標準GB150.1～150.4─2011第11.4.9.1條中明確規定："試驗液體一般采用水，試驗合格后應立即將水排凈吹干；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中都不允許氯離子含量超過25mg/l。在設備投入使用時，長期與設備接觸的介質中氯離子含量更要遠遠低于25mg/l。

建筑用的供熱設備其介質就是水，水的來源基本都是通過市政管網由自來水供給，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定不超過250mg/l，遠遠高于國家的壓力容器制造標準規定的數值。這就造成絕大多數地區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、太原等多個地區的水質取樣化驗，氯離子含量為60～90mg/l，部分地區超過100mg/l）。因此有些地區的不銹鋼換熱設備在投入運行后最短的在6個月之內就發生腐蝕穿孔或應力腐蝕開裂。

換熱器作為一種承壓設備存在應力是必然的，受制于結構特點不同的部位應力不均衡也是客觀存在，現有的加工作業方式又決定了肯定會在加工過程中產生新的應力。因此，有經驗、有實力的企業會對形成的應力進行妥善處理以降低其影響，而腐蝕性介質會誘發并加速高應力部位的破壞。

為了保證設備的正常使用，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生，如：304L；二是選擇雙相不銹鋼材料，提高其抗點蝕和應力腐蝕指標，如：316L、316；三是在原有的設計厚度上再加厚以降低應力水平，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的必須增加設計厚度，造成材料成本的直接增加。雙相不銹鋼的防腐性能優于奧氏體不銹鋼，但因為其合金化程度高，生產工藝復雜，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備降低水中氯離子的含量呢？現在通用的水處理設備主要功能是去除水中的絮狀物、雜質及降低水的硬度，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。即使做設備的內襯層，由于其比銅要硬、回彈大、貼合性差，實際應用的適用性較差。

為了保證所選用設備的正常、預期適用，在不銹鋼材料的選擇上一定要謹慎。