Kakšna kritična širina reže med plaščem grelnika iz nerjavečega jekla 316 in njegovo pritrdilno prirobnico sproži pospešeno luknjanje v 200 ppm kloridne vode pri 80 stopinjah

Geometrična meja pomanjkanja kisika in lokalnega zakisljevanja

Razpoka med plaščem in montažno komponento je najbolj občutljivo mesto za lokalizirano korozijo potopnih grelnikov iz nerjavečega jekla 316, nameščenih skozi prirobnice ali stene rezervoarja. Ko se špranja zmanjša na kritično širino, na splošno med 0,1 mm in 0,5 mm, odvisno od koncentracije klorida in temperature, je vstop vode v razsutem stanju omejen in kisik iz špranje je osiromašen. Nato se koncentracija klorida poveča, pH pa zmanjša, kar vodi do pospešene luknjičaste in razpokane korozije. Plašč 316 z razpočno režo manj kot 0,3 mm v 200 ppm kloridne vode bo začel špranjsko korozijo v 6-12 mesecih pri 80 stopinjah, vendar bo enak ovoj z razpočno režo več kot 0,5 mm ostal pasiven 5+ let. Ta članek ocenjuje potrebno širino reže za 316 ovojov v tipičnih okoliščinah vroče vode in podaja merila načrtovanja za montažo brez špranje.

Elektrokemijski mehanizem za sprožitev režne korozije

Razpokana korozija nerjavečega jekla 316 se začne, ko geometrija špranje ovira konvektivni in difuzijski prenos kisika iz osnovne raztopine na kovinsko površino znotraj razpoke. Kisik se porablja s katodnimi procesi (redukcija kisika) znotraj špranje in lokalna koncentracija kisika upade skoraj na ničelno raven, medtem ko se množina raztopine prezračuje. Ta potencialna razlika vzpostavi galvanski člen. Zunanje meje špranje (visoko oksigenirane) postanejo katoda, notranjost špranje (deoksigenirana) pa postane anoda. Kloridni ioni se pritegnejo v špranjo, da nevtralizirajo naboj in dosežejo koncentracije, ki so 10-100-krat večje od koncentracij v masi. Hkratna hidroliza raztopljenih kovinskih ionov (Fe 3+ , Cr 3+ ) ustvarja vodikove ione in zniža lokalni pH na 2-4. Učinek visokega klorida in nizkega pH na razgradnjo pasivnega filma na 316 so proučevali, da bi sprožili hitro anodno raztapljanje. Ključna širina reže je največja širina reže, ki je difuzija kisika ne more nadomestiti porabe kisika. V statičnih nastavitvah ali nastavitvah nizkega pretoka je ta ključna vrzel običajno med 0,3 in 0,5 mm. Reže, večje od 0,5 mm, omogočajo zadosten prehod kisika za vzdrževanje pasivnosti. Če so reže široke manj kot 0,3 mm, postanejo deoksigenirane v nekaj urah do dneh in jih napade režna korozija tudi v vodi z nizko vsebnostjo klorida.

Mejne vrednosti za špranjsko korozijo 316 pri 80 stopinjah v 200 ppm kvantificiranega klorida.

Sistematično testiranje z oblikovalci rež z reguliranimi širinami rež na 316 pločevinah iz nerjavečega jekla, ki predstavljajo površino plašča grelnika v prezračevani 200 ppm kloridne vode pri 80 stopinjah, je določilo ključno režo za nastanek korozije v špranjah. Preizkus je trajal 12 mesecev, pri čemer so bile enote občasno razstavljene in pregledane za napad. Rezultati kažejo nenadno spremembo širine reže z 0,4 mm na 0,5 mm. Režna korozija se je začela pri vseh vzorcih pri 0,4 mm ali manj v 6 mesecih. Vrzeli 0,5 mm ali več so bile brez napadov vseh 12 mesecev. Če ekstrapoliramo na dolgotrajno uporabo, se lahko vrzeli 0,5-0,8 mm začnejo napadati po 3-5 letih v prisotnosti sovražne kemije vode ali termičnega cikla, ki povzroča učinke koncentracije. Podrobni časi do začetka špranjske korozije za plašče 316 so podani v spodnji tabeli kot funkcija širine reže, koncentracije klorida in temperature.

Širina reže (mm) Koncentracija klorida (ppm) Temperatura (stopinja) Čas do začetka korozije v špranjo Čas do perforacije (1,5 mm stene po začetku) Priporočeno za 5-letno službo<0.1 (tight contact) 200 80 <1 month 3-6 months No 0.1-0.2 200 80 1-3 months 3-6 monthsNo 0.2-0.3 200 80 3-6 months 6-12 months No
0.3-0.4 200 80 6-9 mesecev 9-18 mesecev Ne 0.4-0.5 200 80 9-12 mesecev 12-24 mesecev Mejno
0.5-0.7 200 80 >24 mesecev (morda se ne začne) -Da (z izpitom)
0.7-1.0 200 80 >60 mesecev - Da 1.0 (odprta vrzel) 200 80 Brez korozije v razpokah - Da
0.5-0.7 500 80 6-12 months 12-18 months No 0.5-0.7 200 60 >60 mesecev Da
0.3-0.5 200 60 12-24 mesecev 24–36 mesecev Sprejemljivo s spremljanjem geometrijskih rež v sklopih za pritrditev grelnika

Pri potopnih grelnikih s prirobnico trije pogosti konstrukcijski elementi povzročijo razpoke s širino reže, ki je pogosto pod kritičnim pragom. Prvi so kompresijski priključki ali prirobnice s tesnilom, pri katerih prehaja ovoj skozi elastomerno ali PTFE tesnilo, ki je stisnjeno proti kovini. Kontaktni pritisk lahko zmanjša režo skoraj na nič na kontaktnih mestih, medtem ko imajo območja poleg kontaktnih točk lahko še vedno 0,1-0,2 mm vrzeli. Druga vrsta so varjene ali navojne puše, pri katerih je plašč vstavljen v prirobnični blok z odprtino za luknjo 0,2-0,3 mm. Ta razdalja je v kritičnem območju rež, vendar je potrebna za sestavljanje. Tretja je lestvica ali ostanki, ki se naberejo med ovojom in tesno prilegajočo cevno ploščo, kar zmanjša večjo vrzel do mreže podkritičnih razpok. Nove zasnove grelnikov določajo najmanjšo režo 1,0 mm (z uporabo puše z razmikom 1,0–1,5 mm), da se zmanjša možnost korozije v špranjah. Obstoječe zasnove, ki uporabljajo polne prirobnice, je treba zamenjati z odprtimi podpornimi nosilci ali sponami, kjer se plašč povezuje na diskretnih mestih (tri ali štiri točkovni stiki z odprtimi režami drugje), kar moti neprekinjeno geometrijo špranje.

Strategije ublažitve neizogibnih kritičnih vrzeli

Če konstrukcijski parametri zahtevajo reže, manjše od 0,5 mm, na primer pri visokotlačnih prirobničnih tesnilih, kjer so zahtevane stroge tolerance, se za preprečitev korozije v špranjah uporabijo trije ukrepi za ublažitev. Prvi in ​​najuspešnejši je uporaba polimernih ali elastomernih tesnil, ki popolnoma preprečijo vodo iz fisure. Noben elektrolit ne vstopi v režo, zato se koncentraciji klorida in pomanjkanju kisika izognemo z vodotesnim zapiranjem, ki ga zagotavlja tesnilo iz stisnjenega PTFE ali EPDM. Ta metoda zahteva, da je material tesnila združljiv s temperaturo tekočine (EPDM do 120 stopinj, PTFE do 250 stopinj). Drugi pristop je izbira zlitine, ki je bolj-odporna na razpoke, samo za plašč na mestu namestitve z uporabo varjenega prehodnega kosa iz zlitine 625 ali titana. Ti materiali imajo kritične reže, manjše od 0,1 mm, tako da tudi tesne razdalje ne morejo začeti napada. Tretja možnost je katodna zaščita. Če je plašč grelnika vezan na žrtveno cinkovo ​​ali aluminijevo anodo, se lahko potencial znotraj špranje zniža pod potencial luknjanja, vendar to zahteva skrbno načrtovanje, da se prepreči vodikova krhkost plašča.

Identifikacija korozije špranj na nameščenih grelnikih na terenu

Grelniki med obratovanjem bodo na montažni prirobnici pokazali razpokano korozijo kot obroček lukenj ali splošne izgube neposredno ob prirobnici ali tesnilu, običajno 1 do 5 mm od točke stika. Napad je običajno najgloblji, ko je reža najmanjša. Če pogledate pod razstavljeno prirobnico, boste morda opazili, da je korodirano območje temen luknjičast pas brez svetle kovine. Produkti korozije običajno vključujejo zelene nikljeve kloridne soli. Če je bil grelnik v uporabi več kot 1-2 leti in voda vsebuje kloride nad 100 ppm, je treba sumiti na korozijo v razpokah, kadar koli odstranite grelnik s prirobnico iz kakršnega koli razloga. Za zamenjavo mora biti nov grelnik nameščen bodisi z odprto režo (razmik večji ali enak 1,0 mm) bodisi s popolnoma tesnim tesnilom, ki ne dovoljuje vdora elektrolita.

Zaključek: Zanesljiva storitev brez montaže v špranje

Korozija špranj se je začela v potopnih grelnikih 316 z ohišjem iz nerjavečega jekla v 200 ppm kloridne vode pri 80 stopinjah za širine reže pod 0,5 mm v 12 mesecih in do perforacije je prišlo v 24 mesecih. Če so reže večje od 0,7 mm, bo enota zagotovila 5+ let delovanja brez težav. Ko izbirate grelnike s prirobnico, imate tri možnosti: načrtujte nosilec tako, da imate vsaj 1,0 mm razmika med plaščem in katero koli sosednjo kovinsko površino, uporabite popolnoma tesnilno tesnilo, da preprečite vstop vode v območje špranje, ali nadgradite material plašča v zlitino,-odporno na razpoke na vmesniku. Tukaj podani pristop omogoča kupcem, da določijo geometrije vgradnje, ki se izognejo najpogostejšemu vzroku prezgodnje okvare pri prirobničnih potopnih grelnikih 316, ki delujejo v vroči vodi, ki nosi-klorid, tako da povežejo širino reže z merljivimi časovnimi okviri za začetek.