Pri kateri specifični kombinaciji koncentracije raztopljenega kisika v napajalni vodi in pH je grelni plašč iz nerjavečega jekla 316 izpostavljen pretoku-pospešeni koroziji (FAC) pri 200 stopinjah v napajalni vodi kotla z visoko-hitrostjo

Raztapljanje pasivnega filma v vodi visoke čistosti pri visoki temperaturi

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). Ta dokument ocenjuje pragove raztopljenega kisika in pH za začetek FAC na 316 ovojih pri 200 stopinjah.

Mehanizem visokotemperaturne topnosti pasivnih filmov

V vodi z visoko{0}}temperaturo (200 stopinj) je pasivni film na 316 dvosloj kromovega oksida (Cr₂O₃) in železovega kromovega spinela (FeCr₂O₄). Ti oksidi so za svojo topnost zelo občutljivi na pH in raztopljeni kisik. Pri odzračevanju (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) kromov oksid se raztopi kot kromit (CrO 2-) ali kromat (CrO 4 2-). Pri nizkem pH (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) stalno odstranjuje raztopljene vrste in preprečuje ponovno pasivacijo ter ohranja visoko stopnjo raztapljanja. Aktivacijska energija za FAC 316 je približno 40-60kJ/mol, kar pomeni, da se stopnja korozije podvoji vsakih 15-25 stopinj nad 150 stopinj.

Kvantificirani pragovi FAC 316 pri 200 stopinjah v vodi z visoko-hitrostjo

Spodaj so prikazane stopnje korozije in tanjšanje sten nerjavečega jekla 316 v preskusu z nadzorovano zanko pri 200 stopinjah z variacijami raztopljenega kisika, pH in hitrosti pretoka.

Raztopljeni kisik (ppb) pH pri 200 stopinjah Hitrost pretoka (m/s) Prevladujoča stopnja topnosti oksida FAC (mm/leto) Čas do 0,5 mm izgube stene (ure) Priporočeno za 200 stopinjsko storitev<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25.000 Da<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25.000 Da<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 Raztapljanje kromita 0.15-0.40 1,250-3,500 Nesprejemljivo<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Cr3+ topnost 0.10-0.30 1,700-5000 Nesprejemljivo<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Zmanjšana topnost 0.03-0.08 6,000-17.000 Mejno
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Stabiliziran pasivni film<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100 Vse Popolnoma pasivno<0.02 >25.000 Da
FAC 316 je zelo odvisen od hitrosti pretoka.

Hitrost toka je faktor skaliranja, ki pretvori topnost pasivnega filma v izmerjeno tanjšanje stene. Spodnja tabela prikazuje odvisnost od hitrosti pri 200 stopinjah C, odzračenih pogojih, pH 9,2 (obrobno območje).

Hitrost toka (m/s) Strižna napetost stene (Pa, ocenjena) Stopnja 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
Specifikacija zasnove in praktična vodna kemija grelnikov napajalne vode pri 200 stopinjah

316 zaprti grelniki pri 200 stopinjah v napajalni vodi kotla z visoko hitrostjo so zaščiteni pred korozijo, ki jo pospeši tok, z naslednjimi zahtevami.

Tip napajalne vode Ciljni raztopljeni kisik (ppb) Priporočeni pH, 200 stopinj Največja hitrost pretoka na plašču (m/s) Pričakovana življenjska doba grelnika (leta)
All volatile therapy (AVT) - zmanjšanje 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
Vse-hlapna obdelava (AVT) - oksidacija 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Zdravljenje s fosfati 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)
Terenska identifikacija FAC na 316 grelnih plaščih

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 oz<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 (če je združljivo s celotnim sistemom) ali za omejitev hitrosti pretoka s postavitvijo grelnika v obvod ali umirjevalni vodnjak. Občutljivost za FAC je mogoče odpraviti s prehodom na titan ali zlitino 825.

Povzetek: Kemija napajalne vode in upravljanje hitrosti za preprečevanje FAC

Pospešena korozija grelnikov iz nerjavečega jekla 316 v napajalni vodi kotla pri 200 stopinjah poteka v odzračenih pogojih (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 ali kisel 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 bo stabiliziralo pasivni film in preprečilo FAC. Tukaj podana metodologija povezuje raztopljeni kisik, pH in hitrost pretoka z merljivimi stopnjami FAC pri 200 stopinjah ter omogoča kupcu, da definira kemijo vode in hidravlične parametre, ki bodo ohranili pasivni film na 316 grelnih plaščih pri delovanju napajalne vode kotla z visoko hitrostjo.