Pri akej špecifickej kombinácii koncentrácie zvyškového chlóru a pH prechádza plášť ohrievača z nehrdzavejúcej ocele 316 z pasívneho na pitting v teplej úžitkovej vode pri 60 stupňoch

Narušenie pasivity v systémoch pitnej vody vyvolané dezinfekciou

V systémoch teplej vody pre domácnosť, ktoré používajú elektrické vykurovacie rúrky s plášťom z nehrdzavejúcej ocele 316 (miesto--použitia ohrievačov, zásobníkov na teplú vodu, recirkulačných okruhov atď.) predstavuje použitie zvyškového chlóru (pridávaného ako plynný chlór, chlórnan sodný alebo chlóramín na dezinfekciu) riziko bodovej korózie, ktorá sa v neupravenej vode nevyskytuje. Stabilita alebo lokálny rozklad pasívneho filmu na 316 závisí od voľného zvyškového chlóru (Cl2, HOCl, OCl-) a pH pri 60 stupňoch (priemerná teplota teplej vody v domácnostiach). 316 zostáva pasívne pod prahovou koncentráciou voľného chlóru ~2 ppm pri pH 7,5. Nad 3-4 ppm pri rovnakom pH dochádza k tvorbe jamiek v priebehu týždňov až mesiacov. Dôležitý je vplyv pH: pri pH 8,5 sa prípustná koncentrácia chlóru zdvojnásobí a pri pH 6,5 sa zníži na polovicu. Tento článok odhaduje prahové hodnoty pH chlóru pre jamkovú jamku začínajúcu na 316 plášťoch v 60-stupňovej pitnej vode a poskytuje štandardy úpravy vody pre životnosť ohrievača.

Mechanizmus chlórom indukovaného pittingu

Voľný zvyškový chlór vo vode je v rovnováhe medzi kyselinou chlórnou (HOCl) a chlórnanovým iónom (OCl-), pomer závisí od pH. HOCl prevláda pri pH < 7,5; OCl- prevláda pri pH > 7,5. HOCl je silnejšie oxidačné činidlo ako OCl- a je viac nepriateľské voči pasívnym filmom z nehrdzavejúcej ocele. Chlórové častice na kovovom povrchu môžu lokálne narušiť tvorbu filmu oxidu chrómu tvorbou rozpustných chlór-komplexov chrómu alebo vytváraním vysoko oxidačných podmienok, ktoré vedú k transpasívnemu rozpúšťaniu (oxidácia Cr 3+ na rozpustný Cr 6+). Silný oxidačný potenciál chlóru udržuje energickú lokálnu chémiu, ktorá vedie k stabilnej tvorbe jamiek po pretrhnutí pasívneho filmu na slabom mieste, zvyčajne pri inklúzii MnS alebo povrchovom poškriabaní. Chlórom vyvolaná jamkovitosť sa líši od jamkovej jamky vyvolanej chloridom, kde sú potrebné stovky až tisíce ppm Cl-, chlór je podstatne silnejší oxidant a jamkovanie sa môže vyvinúť pri hladinách voľného chlóru 1-5 ppm.

Kvantifikované prahové hodnoty pre pitting v 60-stupňovej domácej horúcej vode

Po systematickom ponornom testovaní nehrdzavejúcej ocele 316 (Ra=0.4 µm leštená povrchová úprava) v syntetickej horúcej vode pre domácnosť (100 ppm Cl-, 80 ppm SO4-2, 120 ppm tvrdosť CaCO3) pri 60 stupňoch s použitím kontrolovaného zvyškového voľného chlóru (merané ako Cl2, hodnoty pH boli identifikované po nasledujúcich hodinách pitnej jamky 0) a hranice pH 0 expozície.

Voľný zvyškový chlór (ppm ako Cl2) pH Dominantný druh chlóru Čas iniciácie jamiek (hodiny) Maximálna hĺbka jamiek po 1 000 hodinách (µm) Čas do perforácie (1,5 mm stena)Odporúčané pre teplú vodu pre domácnosť<0.5 6.5-8.5 Mixed No pitting <5 >30 rokov Áno
0.5-1.0 7.0-8.5 Mixed >5 000 (nemusí sa spustiť)<10 >20 rokov Áno
7.5-8.5 1.0-1.5 OCl⁻ dominantné 2 000 – 5,000 10-30 10-20 r. Prijateľné s dohľadom 1.0-1.5 6.5-7.5 HOCl dominantné 1 000 – 2,000 30-60 5-10 r.
1.5-2.0 7.5-8.5 Fl⁻ dominantné 1 000 – 2,000 40-80 4-8 roky Hraničné
1.5-2.0 6.5-7.5 HOCl dominantná 500-1,000 80-150 2-5 rokov Neodporúča sa
2.0-3.0 7.5-8.5 OCl⁻ dominantné 300-800 100-200 2-4 roky Neodporúča sa
2.0-3.0 6.5-7.5 HOCl dominantné 100-300 200-400 1-2 roky Neprijateľné
3.0-5.0 7.5-8.5 OCl- dominujúce 100-300 200-500 1-2 roky Neprijateľné
3.0-5.0 6.5-7.5 Dominantná HOCl 50-100 400-800 6-12 mesiacov Neprijateľné5,0 Akákoľvek HOCl alebo OCl⁻<50 >500 <6 months Unacceptable
Vplyv teploty na agresivitu chlóru

Prahové hodnoty v tabuľke sú pre 60 stupňov. So zvyšujúcou sa teplotou sa chlór stáva agresívnejším v dôsledku zvýšenej rýchlosti difúzie a menej stabilného pasívneho filmu. Pod 60 stupňov sa prípustný obsah chlóru zvyšuje takmer lineárne s klesajúcou teplotou.

Teplota vody (stupeň) Max. voľný chlór po dobu 5 rokov Životnosť bez jamiek pri pH 7,5 (ppm) Odporúčaná akcia
40 3.0 Nie je potrebné vykonať žiadnu špeciálnu akciu
50 2.2 Monitor if >2.0 ppm 60 1.5 Dechlorinate if >1,5 ppm 70 1.0 Odporúča sa dechlorácia 80 0.7 Vyžaduje sa dechlorácia 90 0.5 316 neodporúča sa; upgrade na titán
Praktické odporúčania na úpravu vody v ohrievačoch teplej úžitkovej vody

316 zapuzdrených ohrievačov v domácich teplovodných systémoch pri 60 stupňoch má nasledujúce štandardy úpravy vody pre dlhodobú bezodpadovú službu.

Voľný zvyškový chlór (ppm) pH Odporúčaná akcia<0.5 Any No action required
>7.5 Žiadna akcia; tolerovateľné 0,5-1,0
0.5-1.0 <7.5 Adjust pH to >7.5 hydroxidom sodným alebo pozorne pozorujte
1.0-1.5 >8.0 Prijateľné; kontrolovať každé 2 roky
1.0-1.5 7.0-8.0 Znížte chlór alebo inovujte na 316 l s elektrolyticky lešteným povrchom
1.5-2.0 >8.0 Znížte chlór alebo aktualizujte ohrievač
1.5-2.0 <8.0 Dechlorination (injection of activated carbon or sodium sulphite) necessary2.0 Any Dechlorination necessary; upgrade to titanium?
Terénna identifikácia chlóru-spôsobeného jamkovitosťou

Zvyškový chlór spôsobuje jamky, ktoré sú vo všeobecnosti malé (priemer 0,1-0,5 mm), početné a rovnomerne rozložené po celom povrchu puzdra (na rozdiel od jamiek vyvolaných chloridmi, ktoré sú väčšie a menej početné). Jamy sú často obklopené jasným katódovým prstencom a majú tmavohnedý alebo čierny stred (oxid mangánu z rozpustenia inklúzií). Keď je vo vode prítomný vysoký obsah chlóru aj chloridov (nad 200 ppm), tieto dva účinky pôsobia synergicky a prahová hodnota sa zníži o 30 – 50 %. Ak ohrievač v domácom systéme teplej vody zlyhá v priebehu 2-3 rokov, zvyškový chlór by sa mal otestovať na niekoľkých miestach (vstup, nádrž, výstup), aby sa zistilo, či špičky prekračujú prahové hodnoty.

Záver Životnosť ohrievača 316 @ 60 stupňov Riadenie zvyškového chlóru

Pri pH 7,5 koncentrácie zvyškového voľného chlóru nad 1,5 ppm urýchľujú jamkovú koróziu ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele 316 v teplej vode pre domácnosť pri 60 stupňoch v priebehu 2-5 rokov, čím sa životnosť ohrievača skracuje o faktor 3 až 10 v porovnaní s dechlorovanou vodou. Vyššie pH (8,0-8,5) môže mať dvojnásobnú koncentráciu chlóru. Nižšie pH (6,5-7,0) znižuje prípustnú hranicu na polovicu. Inžinieri špecifikujúci 316 plášťov na ohrev pitnej vody musia zbierať údaje o kvalite vody vrátane zvyškov voľného chlóru a pH pri odhadovanej prevádzkovej teplote. Pre systémy s obsahom chlóru vyšším ako 1,5 ppm sa odporúča dechlorácia (filtrácia s aktívnym uhlím alebo vstrekovanie siričitanu sodného) alebo modernizácia na 316L s elektrolyticky lešteným povrchom. Tu ponúkame metodiku, ktorá umožňuje nákupcom vybrať si programy na úpravu vody, ktoré chránia 316 plášťov pred koróziou spôsobenou dezinfekčným prostriedkom pri príprave teplej vody pre domácnosť pomocou korelácie koncentrácie chlóru a pH s kvantifikovateľným trvaním začiatku pittingu.