Pri akej špecifickej kombinácii hladiny rozpusteného kyslíka a rýchlosti prúdenia prechádza plášť ohrievača z nehrdzavejúcej ocele 316 z pasívneho na eróziu-koróziu vo vode s vysokou-teplotou

Mechanické odstránenie pasívnej fólie ako mechanizmu poruchy

Erózia-korózia elektrických vykurovacích rúrok s plášťom z nehrdzavejúcej ocele 316 a ponorených do vody s vysokou teplotou (80-100 stupňov) s obsahom suspendovaných pevných látok alebo prevádzkovaných pri vysokých rýchlostiach prúdenia. Pasívny film je buď neporušený, alebo je mechanicky odstránený eróznou-koróziou v závislosti od kombinácie hladiny rozpusteného kyslíka a rýchlosti tekutiny. Pasívna vrstva sa re{15}}reformuje tak rýchlo, ako sa odstráni, a miera korózie je pod kritickými prahmi pod 0,05 mm za rok. Nad kritickou rýchlosťou rýchlosť mechanického odstraňovania prevyšuje rýchlosť repasivácie a strata kovu sa zrýchli na 1 až 5 mm/rok, čo je dostatočné na perforáciu steny s hrúbkou 1,5 mm za 3 až 18 mesiacov. Tento článok odhaduje prahové hodnoty rýchlosti{16} rozpusteného kyslíka pre iniciáciu erózie a korózie na 316 plášťoch a predstavuje návrh dynamiky tekutín pre spoľahlivé služby.

Mechanizmus elektrochemického-mechanického spojenia

Erozívna korózia nehrdzavejúcej ocele 316 vo vode vyžaduje tri veci: tekutinu prúdiacu po povrchu kovu, ktorá vytvára šmykové napätie, dostatok rozpusteného kyslíka na udržanie katódovej aktivity a buď suspendované abrazívne častice, alebo bubliny s vysokou rýchlosťou, ktoré môžu mechanicky narušiť pasívny film. V čistej vode s vysokou rýchlosťou a bez častíc môže pasívny film zostať neporušený, pretože samotná šmyková sila (do 10-20 Pa) nepresahuje priľnavosť filmu. Avšak pri asi 2 ppm rozpusteného kyslíka rýchlosť repasivácie klesá a dokonca aj mierne šmykové napätie môže zabrániť stabilnej tvorbe filmu. Na druhej strane, pri vysokých obsahoch rozpusteného kyslíka (nad 5 ppm) je repasivácia rýchla a film odolá väčším rýchlostiam. Najhoršie podmienky sú pri stredných hladinách kyslíka (0,5 – 2 ppm), kde je repasivácia postupná, ale je tu dostatok katódového prúdu na podporu anodického rozpúšťania na akomkoľvek mieste s kovom.

Kvantifikovaná erózia-Prahy korózie 316 pri 90 °C

Testy prietokovej slučky a rotujúceho valca s elektródami s 316 vzorkami z nehrdzavejúcej ocele v 90-stupňovej vode (pH 7,5, 100 ppm chloridu) systematicky určovali kombinácie rýchlosti prúdenia a rozpusteného kyslíka, ktoré vedú k erózii-korózii presahujúcej 0,1 mm za rok.

Rozpustený kyslík (ppm) Rýchlosť toku (m/s) Suspendované pevné látky (ppm, 50 µm oxid kremičitý) Erózia-Rýchlosť korózie (mm/rok) |Čas do perforácie (1,5 mm stena) Mechanizmus Odporúčaný<0.05 >30 years Passive Yes >5 3-5 0 0.05-0.10 15-30 years Marginal Acceptable >5 5-8 0 0.10-0.25 6-15 years Transition Monitor >5 >8 0.25-0.50 3-6 yrs Erozia-korózia Neodporúča sa
2-5 <2 0.05-0.10 15-30 yearsAcceptable Yes 2-5 2-4 0 0.10-0.20 7-15 years MarginalAcceptable on inspection
2-5 4-6 0.20-.40 4-7 rokov Erózia-ŽeravosťNeodporúča sa dlhodobo
1-2 <1 0 0.10-0.20 7-15 yr.Instability of passive filmAcceptable with low chloride
1-2 1-2 0 0.20-0.50 3-7 rokovZmiešaná kontrola Neodporúča sa
0.5-1 <0.5 0 0.15-0.30 5-10 yearsLow oxygen corrosion Marginal 0.5-1 >0.5 0 0.30-1.00 1.5-5 rokov Erozívna korózia Neprijateľné<0.5 Any 0 >0.50 <3 years Active corrosion (deaerated) Unacceptable >5 2-3 100 0.15-0.30 5-10 rokov Erózia častíc Prijateľná pri nízkej rýchlosti5 3-5 100 0.30-0.70 2-5 rokov Extrémna erózia Neodporúča sa5 5-8 100 0.70-2.00 1-2 rokov Neprijateľná Nie
Dopad na bubliny a efekty suspendovaných pevných látok

Suspendované pevné látky podstatne znižujú prah rýchlosti erózie-. Pri rýchlostiach toku 2-3 m/s môže voda so 100 ppm tvrdých hranatých častíc (napr. piesku alebo oxidu kremičitého) erodovať pasívny film na 316, čo má za následok 3- až 5-krát väčšie straty kovu ako pri čistej vode pri rovnakej rýchlosti. Najškodlivejšou situáciou pre plášte ohrievačov nie je rovnomerné prúdenie, ale lokalizované narážanie v ohyboch, kolenách alebo pred teplomernými jímkami, kde sa prúdenie zrýchľuje a častice narážajú na povrch. Plynové bubliny (z kavitácie alebo blikania) podobne spôsobujú poškodenie eróziou. Ak sú pri aplikácii známe suspendované častice, maximálna odporúčaná rýchlosť prúdenia pre 316 puzdier klesne na 1,5-2,0 m/s bez ohľadu na hladinu rozpusteného kyslíka.

Praktické odporúčania pre dizajn pre službu s vysokým prietokom

Three design solutions prevent erosion-corrosion for 316 encased heaters in high-flow water systems (pumped circulation loops, heat exchangers, and cooling towers). The first method is to place the heater in a flow bypass or stilling well to reduce the local velocity at the sheath to less than 1 m/s while maintaining bulk flow in the main pipe. The second is to place the heater parallel to flow (axial alignment) rather than perpendicular, so that the drag force and shear stress are reduced by a ratio of 5-10. The third is to specify a thicker sheath wall (2.0 to 2.5 mm) to offer more corrosion allowance but this does not prevent initiation of erosion corrosion. If high velocity (>3 m/s) a nízko rozpustený kyslík (< 2 ppm) are unavoidable in the system, then duplex 2205 stainless steel or Alloy 625 should be considered for upgrade.

Terénne rozpoznanie poškodenia eróziou – koróziou

Vlastnosti povrchu charakteristické pre eróznu-koróziu ohrievačov v prevádzke s vysokým-prietokom sa líšia od povrchových prvkov pre jamkovú alebo štrbinovú koróziu. Poškodená oblasť je zvyčajne hladká, vyleštená alebo vyzerá „vodou-vyrezaná“, často s nasmerovanými drážkami rovnobežnými so smerom prúdenia (jamky v tvare podkovy alebo kométy). Strata kovu je rozložená po poškodenej oblasti namiesto jednej koncentrovanej diery. A pri veľkom zväčšení povrch vykazuje plastickú deformáciu a rozmazanie kovu, ani kryštalografické fazety SCC ani kruhové jamky chloridovej jamky. Podozrenie na eróziu-koróziu by malo byť, ak bol ohrievač v prevádzke viac ako 1-2 roky vo vode s rýchlosťou vyššou ako 3 m/s a rozpusteným kyslíkom nižším ako 2 ppm. Pri výmene sa musí zmerať a znížiť rýchlosť prúdenia v polohe ohrievača tak, aby bola v rámci bezpečnej zóny v tabuľke vyššie.

Záver: riadenie prietoku a kyslíka pre spoľahlivosť puzdra 316

Erózia-korózia ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele 316 vo vysokoteplotnej vode začína, keď rýchlosť prúdenia a hladina rozpusteného kyslíka nie sú dostatočné na vytvorenie stabilnej pasívnej vrstvy. V čistej vode s rozpusteným kyslíkom nad 5 ppm je povolená rýchlosť prúdenia do 5 m/s. Maximálna rýchlosť rozpusteného kyslíka 2-5 ppm klesne na 3-4 m/s. K strate kovu dochádza pri zrýchlených rýchlostiach pri rýchlostiach nad 1 m/s pri rozpustenom kyslíku pod 2 ppm. Suspendované častice znižujú povolené rýchlosti o faktor 2 až 3. 316 Pre rýchlosť prúdenia, hodnoty rozpusteného kyslíka a v porovnaní s prahovými hodnotami uvedenými v tabuľke vyššie musia byť plášte určené pre čerpacie cirkulačné systémy lokálne zmerané alebo vypočítané na vykurovacej ploche. Tu navrhovaný prístup umožňuje kupujúcim navrhnúť podmienky toku, ktoré udržia pasívny povlak a zabránia predčasnému stenčovaniu stien, tým, že sa rozpustí kyslík, rýchlosť a zaťaženie časticami ku kvantitatívnym rýchlostiam erózie a korózie.