Pri akej špecifickej kombinácii pH a indexu nasýtenia vytvára plášť ohrievača z nehrdzavejúcej ocele 316 vodný kameň uhličitanu vápenatého, ktorý spôsobuje-koróziu pri 90 stupňoch

Prah tvorby vodného kameňa od ochranných po korozívne

For 316 stainless steel encased electric heating tubes immersed in hard water at 90°C, the precipitation of calcium carbonate scale on the sheath surface is not a simple thermal insulation problem-it can also lead to localised corrosion referred to as under-deposit corrosion (UDC). At high supersaturation (Langelier Saturation Index, LSI, between 0.5 and 1.5), the scale layer is thin (20-100 µm) and porous, so that corrosive species (chlorides, oxygen) can reach the metal surface below the scale, generating a differential aeration cell that speeds up pitting. At high supersaturation (LSI >2.0) scale is thick (>200 µm) a nepretržité úplné zastavenie pohybu kyslíka a vytvorenie vysoko korozívnej stojatej vrstvy. Žiadna stupnica sa nevytvorí pod LSI 0,5 a 316 je pasívna. Kľúčová kombinácia pre UDC je pH 7,5 až 8,5 (kde je bikarbonátová-rovnováha priaznivá na výrobu v mierke) a LSI 0,8 až 1,8. Tento dokument vypočítava prahové hodnoty pH{{10}LSI pre koróziu pod{11}}depozíciou na 316 plášťoch pri 90 stupňoch .

Mechanizmus korózie pod-depozitom

Keď sa na nehrdzavejúcej oceli 316 v horúcej vode vytvorí porézny uhličitan vápenatý, kov pod vodným kameňom stráca kyslík, pretože prechod kyslíka cez vodný kameň a stacionárnu vrstvu je pomalý. Časti bez vodného kameňa (ak existujú) alebo oblasti tesne mimo stupnice sú plne okysličené, čím sa vytvorí diferenciálna prevzdušňovacia bunka, pričom kov bez kyslíka pod stupnicou je anóda a na kyslík bohatý holý kov katóda. Chloridové ióny prúdia do anodickej oblasti, aby sa zachovala neutralita náboja a nízke pH z hydrolýzy kovu pod stupnicou inhibuje repasiváciu. Rýchlosť korózie môže dosiahnuť 0,5-2 mm za rok, čo je porovnateľné s rýchlosťou aktívnej korózie v kyseline. Samotná stupnica môže zostať, ale kov pod ňou sa rozpustí a vytvorí dutinu, ktorá perforuje puzdro.

Kvantifikované prahové hodnoty pre koróziu pod-depozitom pri 90 stupňoch

Kombinácie pH-LSI spôsobujúce koróziu pod nánosom za 1 000 hodín boli stanovené pre 316 plášťov (Ra=0.4 µm) v syntetickej tvrdej vode (300 ppm CaCO3 tvrdosť, 200 ppm alkalita, 200 ppm Cl-, pH 5, tepelný tok 90 cm).

Langelierov index saturácie (LSI) pH pri 90 stupňoch (odhad) Hrúbka šupiny (po 1 000 hodinách) (mikrón) Porozita šupiny (%) pod-Miera korózie nánosu (mm/rok)Čas do perforácie (1,5 mm stena) Odporúča sa<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 rokov Áno 0-0.5 7.0-7.5 0-20 N/A 0.02-0.05 30-75 rokov Áno
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50 % 0.05-0.10 15-30 rokov Prijateľné
0,8 až 1.2 7.8 až 8.1 20 až 50 20 až 30 % 0,10 až 0.25 6 až 15 rokov Marginálne 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20 % 0.25-0.50 3-6 rokov Neodporúča sa
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10 % 0.50-1.00 1.5-3 rokov Neprijateľné
1.8-2.0 8.7-8.9 80-150 <5% 0.20-0.40 (protective scale) 4-8 years (limited UDC) Transition2.0 >8.9 >150 <3% (dense) <0.05 (sealed, no UDC) >30 rokov (ale riziko prehriatia) riziko prehriatia, nie UDC
Vplyv chloridov na intenzitu pod-korózie

MDT sa podstatne urýchľuje koncentráciou chloridu. Vplyv chloridu na kritický prah LSI pre UDC pri 90 stupňoch je uvedený v tabuľke nižšie.

Koncentrácia chloridu (ppm) LSI Prahová hodnota na spustenie UDC (5-ročná životnosť) preferovaná Maximálna LSI pre 5-ročnú životnosť Odporúčaná akcia<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Vyžaduje sa zmäkčenie alebo inhibítor
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Vyžaduje sa zmäkčenie; úvaha o upgrade
Praktické špecifikácie chémie vody na prevenciu MDT

Aby ste predišli korózii pod-usadzovaním, odporúčajú sa nasledujúce kritériá chémie vody pre ohrievače 316 s plášťom pri 90 stupňoch:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; udržiavať pod 1,2, ak je chlorid 100-200 ppm; udržiavajte pod 1,5, ak je to chlorid<100 ppm

pH @ 90C: Udržujte 7.0 - 7.8 (nižšie pH o=menej vodného kameňa, väčšie nebezpečenstvo všeobecnej korózie vyššie pH=viac vodného kameňa, väčšie riziko UDC)

Alkalita: Menej ako 200 ppm ako CaCO3 na zníženie potenciálu tvorby vodného kameňa

Inhibítor vodného kameňa – pridajte 2-5 ppm fosfonátu alebo polyakrylátu, ak LSI > 1,0

V časti-Diagnostika poľa korózie vkladov

MDT pod stupnicou uhličitanu vápenatého vedie k typickým hemisférickým dutinám na povrchu puzdra, zvyčajne s priemerom 2–10 mm, pričom stupnica je stále pripevnená alebo čiastočne odstránená. Odstránenie stupnice odhalí skôr svetlé, lesklé, jamkovité povrchy kovu než matný, šupinovaný povrch. Jamy majú často podrezané okraje, kde sa korózia posunula bočne pod stupnicu. V prípade nahromadenia vodného kameňa-pri zlyhaných ohrievačoch, ale bez dôkazu vytvárania jamiek v sekciách bez vodného kameňa-, by sa mala zvážiť UDC. Analýza stupnice pomocou röntgenovej difrakcie zvyčajne zobrazuje kalcit alebo aragonit (CaCO₃), niekedy v kombinácii s produktmi korózie (Fe₂O₃, Fe₃O₄). Odpoveďou je minimalizovať LSI (znížením pH alebo zmäkčovaním vody) alebo pridať inhibítor vodného kameňa, ktorý zmení tvar kryštálov na nepriľnavý vodný kameň.

Záver: Spravovanie LSI a pH, aby ste sa vyhli korózii pod-depozitom

316 zapuzdrených ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele v 90 stupňovej tvrdej vode. K tvorbe poréznej stupnice uhličitanu vápenatého, ktorá vytvára diferenciálne prevzdušňovacie články, dochádza, keď je Langelierov index nasýtenia (LSI) medzi 0,8 a 1,8 a pH medzi 7,5 a 8.5 . Nad LSI 1,8 je vodný kameň hustý a chráni pred UDC (hoci prehriatie môže byť problémom). Pri LSI < 0,8 sa UDC nespustí vytvorením stupnice. LSI sa musí vypočítať pri prevádzkovej teplote. Inžinieri v oblasti tvrdej vody, ktorí špecifikujú 316 plášťov, musia udržiavať LSI pod 1,0, keď chlorid prekročí 200 ppm, alebo musia obsahovať inhibítory vodného kameňa, ktoré ovplyvňujú morfológiu vodného kameňa. Tu uvedená metodológia poskytuje prepojenie medzi pH, LSI a merateľnými mierami UDC, čo umožňuje zákazníkom vybrať si takú chémiu vody, ktorá zabráni{16}}lokálnej korózii spôsobenej vodným kameňom.