Pri akej špecifickej kombinácii napájacej vody, koncentrácie rozpusteného kyslíka a pH trpí prietokom-zrýchlená korózia (FAC) pri 200 stupňoch vo vysokorýchlostnom kotli-kotla 316 plášť ohrievača

Rozpustenie pasívneho filmu vo vysoko čistej vode s vysokou teplotou

The high velocity boiler feedwater systems operating at 200°C (typical for high-pressure boiler economisers or feedwater heaters) can be a problem for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes due to flow-accelerated corrosion (FAC), which is thought to be immune to this phenomenon (which occurs mainly in carbon and low-alloy steels). The FAC of 316 is different from the traditional FAC of magnetite (Fe3O4) layers on carbon steel where it is a direct dissolution of passive film by the combined impacts of high flow velocity, high temperature and unique water chemistry. The passive film on 316 dissolves at 200°C, when the dissolved oxygen is less than 5 ppb (deaerated) and the pH is greater than 9.5 or less than 6.5. Under such conditions wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year have been seen in high velocity zones (>5 m/s). Tento dokument hodnotí prahy rozpusteného kyslíka a pH pre iniciáciu FAC na 316 puzdrách pri 200 stupňoch.

Mechanizmus vysokoteplotnej rozpustnosti pasívnych filmov

Vo vode s vysokou{0}}teplotou (200 stupňov) je pasívny film na 316 dvojvrstva oxidu chrómu (Cr₂O₃) a spinelu železa a chrómu (FeCr₂O₄). Tieto oxidy sú veľmi citlivé na pH a rozpustený kyslík pre svoju rozpustnosť. Pri odvzdušnení (DO<5 ppb) the corrosion potential is in the active or passive-transition area where the passive film is less stable . At high pH (>9.5) oxid chrómový sa rozpúšťa ako chromit (CrO 2-) alebo chróman (CrO 4 2-). Pri nízkom pH (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) neustále odstraňuje rozpustené látky a zabraňuje repasivácii a udržuje vysokú rýchlosť rozpúšťania. Aktivačná energia pre FAC 316 je asi 40-60 kJ/mol, tj rýchlosť korózie sa zdvojnásobuje každých 15-25 stupňov nad 150 stupňov.

Kvantifikované prahové hodnoty FAC 316 pri 200 stupňoch vo vode s vysokou-rýchlosťou

Nižšie sú uvedené rýchlosti korózie a stenčovanie stien nehrdzavejúcej ocele 316 v kontrolovanom slučkovom teste pri 200 stupňoch so zmenami rozpusteného kyslíka, pH a rýchlosti prúdenia.

Rozpustený kyslík (ppb) pH pri 200 stupňoch Rýchlosť prietoku (m/s) Dominantný oxid Rozpustnosť FAC Rýchlosť (mm/rok) Čas do 0,5 mm Strata steny (hodiny) Odporúčané pre 200 stupňový servis<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25 000 Áno<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25 000 Áno<5 7.5-8.5 3-5 Slight 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable <5 8.5-9.5 3-5 Cr(OH)3 solubility 0.05-0.15 3,500-10,000 Not recommended <5 9.5-10.5 >3 Rozpúšťanie chromitu 0.15-0.40 1, 250 – 3 500 Neprijateľné<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >Rozpustnosť 3 Cr3+ 0.10-0.30 1, 700 – 5 000 Neprijateľné<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Znížená rozpustnosť 0.03-0.08 6 000 – 17 000 marginálne
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Pasívna fólia stabilizovaná<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100Akýkoľvek Akýkoľvek Plne pasívny<0.02 >25 000 Áno
FAC 316 veľmi závisí od rýchlosti prúdenia.

Rýchlosť toku je škálovací faktor, ktorý transformuje pasívnu rozpustnosť filmu na merané stenčenie steny. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje závislosť rýchlosti pri 200 °C, odvzdušnených podmienkach, pH 9,2 (okrajová zóna).

Rýchlosť toku (m/s) Napätie v šmyku steny (Pa, odhadované) Rýchlosť FAC @ DO<5 ppb, pH 9.2 (mm/yr)Time to 50% of Original 1.5 mm Wall Loss(hours) Recommended Maximum Velocity for 10-Year Life <1 <10 <0.01 >75,000 Safe 1-2 10-20 0.01-0.03 25,000-75,000 Safe 2-3 20-35 0.03-0.06 12,500-25,000 Acceptable 3-5 35-60 0.06-0.12 6,000-12,500 Marginal (monitor) 5-8 60-100 0.12-0.20 3,750-6,000Not recommended 8-12 100-150 0.20-0.35 2,000-3,750 Unacceptable >12 >150 >0.35 <2,000 Not acceptable
Špecifikácia dizajnu a praktická chémia vody ohrievačov napájacej vody pri 200 stupňoch

316 zapuzdrených ohrievačov pri 200 stupňoch vo vysokorýchlostnej napájacej vode kotla je chránených pred koróziou zrýchlenou prúdením podľa nasledujúcich požiadaviek.

Typ napájacej vody Cieľový rozpustený kyslík (ppb) Odporúčané pH, 200 stupňov Maximálna rýchlosť prietoku v plášti (m/s) Očakávaná životnosť ohrievača (roky)
Všetka prchavá terapia (AVT) - zníženie 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
Všetko-prchavé spracovanie (AVT) - oxidujúce 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Úprava fosfátom 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (monitor)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
Pole identifikácia FAC na 316 ohrievačoch

The FAC on a 316 heater will produce unique surface features that are different from conventional corrosion mechanisms in high temperature, high velocity feedwater. The surface is smooth, polished or "orange-peel" in appearance with no pitting or scale. The wall thinning is homogeneous at the high velocity zones (e.g. pipe entry, directly facing the flow). The thinning is often a steady drop of outside diameter throughout the heater length. Scanning electron microscopy (SEM) shows a smooth, featureless surface, with no attack at the grain boundaries. Water chemistry log will show pH >9,5 resp<6.0 and dissolved oxygen <5-20 ppb for prolonged durations. For such failures the answer is to adjust water chemistry to keep pH in the 8.0-8.5 range, and dissolved oxygen >20-50 ppb (ak je kompatibilný s celkovým systémom), alebo na obmedzenie rýchlosti prúdenia umiestnením ohrievača do obtoku alebo kľudovej šachty. Citlivosť FAC môže byť eliminovaná prechodom na titán alebo zliatinu 825.

Zhrnutie: Chémia a riadenie rýchlosti napájacej vody na prevenciu FAC

Korózia 316 zapuzdrených ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele 316 v 200-stupňovej napájacej vode kotla prebieha v odvzdušnených podmienkach (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 alebo kyslé pH<6.0 and flow velocities >3-5 m/sec. Under these conditions, the passive film is dissolved as chromite or chromium ions, resulting in wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year. For high temperature feedwater service with 316 sheaths, engineers should stipulate pH of 8.0-9.0, dissolved oxygen >20 ppb (ideally 50-100 ppb) and a flow velocity below 3-4 m/s at the sheath surface. If high velocity (>5 m/s) cannot be avoided, oxidising water treatment (oxygenated treatment, OT) with DO >100 ppb stabilizuje pasívny film a zabráni FAC. Tu uvedená metodika spája rozpustený kyslík, pH a rýchlosť prúdenia s merateľnými hodnotami FAC pri 200 stupňoch a umožňuje kupujúcemu definovať chemické a hydraulické parametre vody, ktoré udržia pasívny film na 316 plášťoch ohrievačov pri vysokorýchlostnej prevádzke napájacej vody kotla.