Дымоходы. Анализ и применение нержавеющих сталей.

В плюс к этому многие производители и продавцы дымоходов вместо того, чтобы удалять дым – как продукт сгорания с помощью своей продукции, часто «пускают его в глаза» потенциальным покупателям, настойчиво пропагандируя преимущества предлагаемого ими оборудования. Попробуем оценить дымоход с точки зрения подключенного к нему оборудования. С этой точки зрения качественный и грамотно спроектированный дымоход должен удовлетворять следующим требованиям:
- соответствовать температурному режиму отходящих газов;
- сохранять стойкость к их химическому составу;
- обеспечивать полное удаление продуктов сгорания из помещения, не нарушая при этом нормальный режим работы оборудования, к которому он подключен.

Рабочая температура отходящих газов не должна превышать 400-450 гр.С. Данное требование заложено в СНиП 410-01-2003 «ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ и КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ» , пункт 6.6.13 которого ясно гласит, что «Допускается применять дымоходы из асбестоцементных труб или сборных изделий из нержавеющей стали заводской готовности (двухслойных стальных труб с тепловой изоляцией из негорючего материала). При этом температура уходящих газов не должна превышать 300 гр. С для асбестоцементных труб и 500 гр.С для труб из нержавеющей стали.» И оно вполне согласуется с техническими характеристиками материалов применяемых, при производстве современных дымоходов – нержавеющей стали различных марок и базальтового утеплителя. Основные технические характеристики, определяющие возможность высокотемпературной эксплуатации нержавеющих сталей:

Жаропрочность – способность материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах в течение определённого времени.

Жаростойкость (окалиностойкость) - способность металлических материалов противостоять химическому разрушению поверхности под воздействием воздушной или иных газообразных сред при высоких температурах. Жаростойкость металла (сплава) в окислительной атмосфере определяется свойствами образующегося на поверхности металла слоя окислов - окалины, затрудняющей диффузию газа в глубь металла и тем самым препятствующей развитию газовой коррозии. Жаростойкость, наряду с жаропрочностью является основным критерием пригодности данного материала для высокотемпературной службы.

Жаропрочность и жаростойкость нержавеющих сталей.

Марка стали США-Европа-ГОСТ (РФ)	Жаропрочность, до °С	Жаростойкость (окалиностойкость), в мм/год и в баллах по 10 бальной шкале, среда – воздух, T = 600 °С
AISI 430–1.4016–12Х17	600	0,044	4
AISI 304L–1.4306–03Х18Н11	600	0,01	3
AISI 321-1.4541-08Х18Н12Т	600	0,01	3
AISI 316L-1.4404-03Х17Н13М2	600	0,0025	2
AISI 310S-1.4842-20Х23Н18	900	0,0027	2

1 бал – стали «совершенно стойкие»
2,3 балла – стали «весьма стойкие»
4 – балла – стали «стойкие»

В таблице приведены усредненные значения коррозионной стойкости, так как в зависимости от способа производства даже одинаковые по своему химическому составу стали, могут иметь различный размер зерна, загрязненность неметаллическими включениями и микротвердость, что может оказать серьезное влияние на их коррозионное поведение. При дальнейшем увеличении температуры коррозионная стойкость сталей снижается в среднем на 1 балл при увеличении температуры на 100 гр. С., следует иметь ввиду,  что с учетом толщин сталей, применяемых в современных дымоходах – от 0,4 – до 1 мм, стали имеющие коррозионную стойкость хуже 4 баллов, т.е. допускающие коррозию на уровне 0,1 мм/год, не могут обеспечить приемлемый срок  эксплуатации – 10 лет и более.

Теплоизоляция

Теплоизоляция на основе базальтового волокна, применяемая в большинстве утепленных дымоходах – как из нержавеющей стали, так и в керамических, также сохраняет все свои свойства в температурном диапазоне до 500 гр. С. При более высоких температурах происходит резкое ухудшение основных физических характеристик базальтового волокна -  прочность (снижается более, чем на 20%), усадка (более 2%), коэффициент теплопроводности (увеличивается более, чем в 2 раза). Суммируя полученные данные, мы можем сказать, что основным вопросом, с точки зрения потенциального покупателя, является вопрос – как определить температурный режим того или иного теплогенерирующего агрегата. Большая часть современного европейского оборудования – котлы, камины, печи,  сертифицируется по данной характеристике – максимальная рабочая температура отходящих газов -  и при соблюдении правил эксплуатации полностью соответствует данному требованию. Однако, если производитель или продавец оборудования затрудняется с определением данной характеристики для своей продукции, или не может четко сформулировать правила ее эксплуатации, что особенно характерно для производителей печей для бань и саун как российского так и импортного производства, то в данном случае основной рекомендацией для покупателя будет перестраховаться и использовать для подключения данных агрегатов наиболее жаростойкие марки стали, увеличенной толщины, а также специальные виды утеплителя, обеспечивающие более высокую температурную стойкость.

Химический состав продуктов сгорания

Наиболее прогнозируемым по своему химическому составу являются продукты сгорания природного газа. Химический состав продуктов сгорания жидкого и твердого топлива сильно зависит от характеристик используемого топлива, настройки теплогенерирующего оборудования и конструкции самого дымохода. Простой пример: котел, работающий на дизельном топливе, подключенный к грамотно спроектированному утепленному дымоходу не вызывает никаких проблем при своей эксплуатации. В том случае, если тот же котел подключить к одноконтурному дымоходу, вполне может возникнуть ситуация, когда водяные пары, образующиеся в дымоходе, взаимодействуя с серой, содержащейся в продуктах сгорания дизельного топлива, образуют серную кислоту, которая при определенных температурах может вызвать коррозию даже у некоторых марок аустеничных сталей. Обратный пример: один и тот же дымоход прекрасно работает на определенном виде дизельного или твердого топлива и начинает коррозировать при переходе на другой вид топлива или при изменении настроек горелочного устройства. Естественно, что потенциальный пользователь не в состоянии самостоятельно провести химический анализ состава отходящих газов, поэтому основные рекомендации при выборе дымохода по данному критерию могут быть следующие: - выбор дымохода, изготовленного из нержавеющей стали, обеспечивающей максимальную защиту от коррозии; - проектирование и монтаж дымохода с соблюдением всех норм и правил, как общестроительных, так и рекомендованных производителем конкретного теплогенерирующего оборудования; - соблюдение рекомендаций производителя по виду используемого топлива и правил эксплуатации, как самого дымохода, так и подключенного к нему оборудования. Основным показателем, обеспечивающим защиту от коррозии, являются коррозионная стойкость нержавеющей стали, используемой при производстве дымоходов.

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость – способность металла сопротивляться разрушению под воздействием окружающей среды. Введение в сталь 12 % Cr делает её коррозионностойкой в атмосфере и во многих других промышленных средах. Легирование (дополнительное введение в сталь других элементов) позволяет расширить коррозионную стойкость (эксплуатация в более агрессивных средах, более высоких температурах и повышенных нагрузках) и улучшить технологические и поделочные свойства.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей.

Марка стали США-Европа-ГОСТ (РФ)	Коррозионная стойкость в баллах по 10 бальной шкале
	в нейтральной среде	в кислой среде
AISI 430–1.4016–12Х17	4	малостойкая
AISI 304L–1.4306–03Х18Н11	3	4
AISI 321-1.4541-08Х18Н12Т	3	4
AISI 316L-1.4404-03Х17Н13М2	2	2-3
AISI 310S-1.4842-20Х23Н18	3	4

1 бал – стали «совершенно стойкие»
2,3 балла – стали «весьма стойкие»
4 – балла – стали «стойкие»

В таблице приведены усредненные значения коррозионной стойкости, так как в зависимости от способа производства даже одинаковые по своему химическому составу стали, могут иметь различный размер зерна, загрязненность неметаллическими включениями и микротвердость, что может оказать серьезное влияние на их коррозионное поведение. В связи с этим, потенциальному покупателю следует обращать внимание, не только на декламируемую марку нержавеющей стали, используемую при производстве дымохода, но и на имя  производителя и страну происхождения данной стали. Вывод: максимальную защиту от коррозии может обеспечить утепленный дымоход, спроектированный с соблюдением всех норм и  правил, внутренний контур которого выполнен из AISI 316 стали, для остальных марок стали, используемых при производстве дымоходов, уровень защиты от коррозии также является достаточно высоким, кроме марок стали относящихся к ферритному классу (AISI 409,410,430).

Удаление продуктов сгорания

Классическая ситуация – советских времен АОГВ подключенный к традиционному кирпичному дымоходу, верой и правдой прослужил много лет. Потребовалось увеличение тепловой мощности - на его смену приобретается современный газовый котел и подключается к тому же кирпичному дымоходу. Результат – котел работает крайне не стабильно, периодически отключается, кирпичная кладка разрушается за один – два сезона. Физика процесса достаточно проста. Старый аппарат, вследствие своего низкого КПД, обеспечивал достаточно высокую температуру отходящих газов, которой хватало для прогрева и нормальной тяги в кирпичном дымоходе. В плюс к этому старый агрегат работал, практически не отключаясь, и дымоход все время находился в прогретом состоянии. После его замены, на современный котел с высоким КПД и импульсным режимом работы, температура отходящих газов понизилась, теперь её стало не хватать для прогрева кирпичного дымохода. Точка росы (т.е. температура, при охлаждении до которой воздуха, содержащийся в нем водяной пар становится насыщенным и на предметах, с которыми он соприкасается, образуется конденсат) переместилась внутрь дымохода. Как следствие, тяга в дымоходе недостаточна для нормальной работы котла, кроме этого, начинается обильное выделение конденсата, который впитывается в кирпичную кладку и постепенно разрушает её. Исправить ситуацию может только замена или модернизация существующего дымохода. Примерно такая же ситуация складывается и с современными каминами и печами. Их КПД растет с каждым днем, а назначение и режим эксплуатации кардинально поменялись. Раньше, печь или камин использовались в основном, как теплогенерирующие устройства и работали они практически в круглосуточном режиме. При этом их подключение к традиционному кирпичному дымоходу вполне себя оправдывало, то сейчас, в большинстве случаев, они используются как предмет интерьера, эксплуатируются, время от времени, и подключение их к кирпичному дымоходу вызывает целый комплекс проблем: от растопки – особенно в зимнее время года, до разрушения кирпичной кладки. Основная рекомендация – при выборе теплогенерирующего оборудования или наоборот при выборе дымохода учитывать совместимость этих видов оборудования, соблюдать рекомендации поставщиков оборудования по устройству дымового канала, заказывать проектирование и монтаж дымохода и подключенного к нему оборудования в одной организации.

Технические характеристики нержавеющих сталей

			Сталь хромоникелевая			Хромистая никелевая молибденовая			Жароупорная
Тип ASTM (AISI)			304	304	321	316	316	316	310
Удельный вес, гр/см			7,95	7,95	7,95	7,95	7,95	7,95	7,95
Структура			Аустенитная
Способность электрического сопротивления при 20 °С			0,72	0,72	0,72	0,74	0,74	0,75	0,79
Механические Свойства при 20 °С
Твердость по Бринеллю - НВ	отжиг НВ		130-150	125-145	130-185	130-185	120-170	130-190	145-210
	с деформацией в холодном состоянии НВ		180-330
с деформацией в холодном состоянии НВ	Отжиг НRВ		70-88	70-85	70-88	70-85	70-85	70-85	70-85
	с деформацией в холодном состоянии HRC		10-35
Сопротивление рястяжению c деформацией (Предел прочности) Rm, N/mm2	Отжиг		500-700	500-680	500-700	500-690	500-670	500-690	500-670
	в холодном состоянии		700-1180
Предел упругости Rp(0,2), N/mm2	Отжиг		195-340	175-300	205-340	205-410	195-370	215-380	205-370
	с деформацией в холодном состоянии		340-900
Отжиг Rp(1) минимальный, N/mm2			235	215	245	245	235	255	255
Удлинение 50мм А, %			65-50 50-10	65-50	65-40	65-40	65-40	65-40	65-40
Сжатие отжиг Z, %			75-60	75-60	65-50	75-60	75-65	75-60	75-55
Ударная Вязкость	KCUL, Дж/см2		160	160	120	160	160	120	160
	KVL, Дж/см2		180	180	130	180	180	130	180
Механические Свойства при нагревании
Упругость при различных температурах	Rp(0,2), N/mm2	при 300 °С	125	115	150	140	138	145	165
		при 400 °С	97	98	135	125	115	135	156
		при 500 °С	93	88	120	105	95	125	147
	Rp(1), N/mm2	при 300 °С	147	137	186	166	161	176	181
		при 400 °С	127	117	161	147	137	166	171
		при 500 °С	107	108	152	127	117	156	137
Термическая обработка
Температура образование окалины	Непрерывное обслуживание		925	925	900	925	925	925	1120
	Прерывистое обслуживание		840	840	810	840	840	840	1030
Другие свойства
Непрерывное обслуживание			очень хорошая	очень хорошая	хорошая	очень хорошая	очень хорошая	хорошая	хорошая
Вытяжка			очень хорошая	очень хорошая	хорошая	хорошая	хорошая	хорошая	хорошая