Материал пластин теплообменника: AISI 304, 316, SMO 254, титан
Материал пластины выбирают по среде: главное — хлориды, температура и pH. Для большинства водяных контуров хватает AISI 316, но при солёной воде, хлорировании и кислотах нужны титан или специальные сплавы.
Почему именно хлориды
Нержавеющая сталь держится за счёт тонкой пассивной оксидной плёнки на поверхности. Хлорид-ионы эту плёнку разрушают локально, и в воде самым опасным видом коррозии для пластин становится щелевая коррозия — в зазорах под уплотнением и в точках контакта гофр соседних пластин. Alfa Laval называет три главных параметра, от которых она зависит: содержание хлоридов, pH и температура.
Поэтому пластины из 316, которые спокойно работают на отоплении от городской воды, могут быстро прокорродировать на воде с высоким солесодержанием. Чем горячее и кислее вода, тем меньше хлоридов нужно, чтобы начались проблемы.
Какие материалы бывают
Какой материал стоит в вашем аппарате, написано в паспорте. При замене пластин ставят тот же материал, если аппарат нормально отработал свой срок. Если пластины прокорродировали раньше времени, это повод пересмотреть материал, а не менять «как было».
- AISI 304 — хромоникелевая нержавеющая сталь без молибдена. Годится для чистой воды с низким содержанием хлоридов, к хлоридам заметно менее стойкая, чем 316.
- AISI 316 и 316L — сталь с добавкой молибдена, он повышает стойкость к точечной и щелевой коррозии. Буква L означает пониженное содержание углерода. Это самый распространённый материал пластин: в стандартной линейке Alfa Laval для быстрой поставки все модели идут с пластинами из 316 толщиной 0,5 мм.
- SMO 254 (Alloy 254) — высоколегированная аустенитная сталь с повышенным содержанием молибдена. Ставится там, где 316 уже не держит по хлоридам, но титан избыточен или не подходит.
- Титан — стоек в морской воде и солёных рассолах. Стандартный материал для контуров с забортной водой.
- Титан-палладий и никелевые сплавы типа Hastelloy — для кислот и других агрессивных сред, где не работают ни нержавеющие стали, ни чистый титан. Выбор делают по конкретной среде и концентрации, обычно с подтверждением производителя сплава или аппарата.
Хлориды и температура: ориентир для AISI 316
Alfa Laval публикует предельное содержание хлорид-ионов, при котором щелевая коррозия стали 316 ещё не ожидается. Для промежуточных значений pH производитель предлагает линейную интерполяцию.
Важная оговорка: таблица составлена для неразборных цельностальных аппаратов Alfa Laval (серия AlfaNova), а не для разборных. Для пластин разборного теплообменника её можно использовать только как ориентир: зазоры под резиновыми уплотнениями — своё место для щелевой коррозии, и точных цифр для разборных аппаратов в этом документе нет.
| Температура | pH 3 | pH 5 | pH 7 | pH 9 |
|---|---|---|---|---|
| 25 °C | 80 | 300 | 1000 | 6000 |
| 50 °C | 15 | 80 | 300 | 1500 |
| 80 °C | 8 | 30 | 100 | 600 |
Максимальное содержание хлоридов, ppm (мг/л), для стали 316 по данным Alfa Laval для неразборных аппаратов. Данные для движущейся воды: застойная или грязная вода, отложения и накипь снижают стойкость. Это рекомендация для снижения риска, а не гарантия от коррозии.
Как читать таблицу
Главное, что видно из цифр: температура влияет сильнее, чем кажется. При нейтральной воде (pH 7) допустимые хлориды падают с 1000 ppm при 25 °C до 300 ppm при 50 °C и до 100 ppm при 80 °C — в десять раз. А при кислой воде (pH 3) и 80 °C предел всего 8 ppm.
Отсюда практическое правило: на холодной стороне 316 обычно работает с запасом, а на горячей стороне с той же водой может оказаться на грани. Смотрите на самую горячую точку контура, где стоит пластина, а не на среднюю температуру.
Анализ воды на хлориды и pH стоит сделать до выбора материала, если вода не из городской сети: скважина, техническая вода, оборотный цикл, промышленные стоки.
Хлорирование воды: предел по свободному хлору
Воду в системах охлаждения часто хлорируют против обрастания и бактерий. Alfa Laval рекомендует, чтобы свободного активного хлора на входе в аппарат было не больше 0,3 ppm (мг/л).
Хлор ослабляет пассивную плёнку нержавеющих сталей, в том числе высоколегированных вроде 254 SMO. Степень повреждения зависит от концентрации и от того, как долго длится воздействие. Если хлорирования оборудования не из титана не избежать, Alfa Laval предписывает согласовывать режим с производителем. Титан под это ограничение не попадает, поэтому при постоянном хлорировании обычно выбирают его.
Руж: ранний признак проблем
Руж (rouging) — красный, а при высоких температурах чёрный налёт на пластинах, иногда твёрдый и блестящий. TLS описывает его как частично продукт коррозии самой нержавеющей стали, который образуется при высоком содержании хлоридов в среде.
Механически руж не снимается без полировки, его растворяют погружением пластин в лимонную кислоту. Но смыть налёт — не значит решить проблему: под ним поверхность, скорее всего, уже в точечных язвах. Если хлориды снизить нельзя, пластины пассивируют, а при продолжении работы в той же среде, по опыту TLS, пакет в итоге приходится менять целиком. Это сигнал пересмотреть материал.
Практика выбора
Материал уплотнений выбирают отдельно, по среде и температуре. Его стоит проверить заодно: при смене материала пластин условия работы резины не меняются.
| Контур | Что обычно ставят | На что смотреть |
|---|---|---|
| Отопление, ГВС от городской воды | AISI 316 | Температура на горячей стороне; 304 — только при подтверждённо низких хлоридах |
| Оборотная вода с подпиткой, градирни | AISI 316, при высоких хлоридах — SMO 254 или титан | Хлориды растут из-за упаривания; считать по анализу подпиточной и оборотной воды, учитывать хлорирование |
| Морская и забортная вода | Титан | Судовые центральные охладители у Alfa Laval — титановые |
| Рассолы, солёные технологические среды | Титан или SMO 254 | Хлориды, температура, pH по таблице выше |
| Кислоты и агрессивная химия | Hastelloy, титан-палладий — под заказ | Конкретная среда и концентрация; подтверждение производителя |
Химия при мойке: ограничения по материалу
Материал пластин определяет и то, чем их можно мыть. Здесь ошибка обходится так же дорого, как неверный выбор стали.
- Нержавеющие стали: никакой соляной кислоты; вода для приготовления раствора — с хлоридами не выше примерно 300–330 ppm; мыть хлорированной водой нельзя.
- Титан: по TLS для его мойки нельзя применять фосфорную и сульфаминовую кислоты.
- Hastelloy и другие никелевые сплавы: Kelvion предупреждает, что хлориды в моющем растворе снижают стойкость и этих сплавов, поэтому раствор разводят мягкой водой с низким содержанием хлоридов.
- Клей для уплотнений тоже бывает источником хлоридов. Sondex допускает только бесхлоридные клеи, например Pliobond 20 или 30 и Bostik 1782; Alfa Laval предупреждает, что неподходящий клей может содержать хлориды, которые повреждают пластины.
Чем поможем
Пластины из AISI 316 и AISI 304 для Sondex, Alfa Laval, Funke и GEA/Kelvion — на складах в Москве и Новосибирске, по России довозим авиадоставкой за 2–5 дней. Титановые пластины для Sondex S14A и S21A тоже на складе; титан для других моделей, SMO 254 и Hastelloy привезём под заказ по модели аппарата. Если сомневаетесь в материале, пришлите модель, среды по обоим контурам, температуры и, если есть, анализ воды на хлориды и pH — подскажем, что брать.