Kakšno največjo koncentracijo klorida lahko zdrži grelnik z oblogo iz nerjavečega jekla 316 v vodi z nevtralnim pH pri 90 stopinjah brez luknjanja v 5 letih

Mejna vrednost klorida za aplikacije s toplo vodo 5 let življenjske dobe

Najvišja dovoljena koncentracija klorida, ki bo omogočila 5-letno življenjsko dobo brez luknjičaste perforacije 316 električnih grelnih cevi, obloženih z nerjavnim jeklom, potopljenih v vodo z nevtralnim pH (6,5-8,0) pri 90 stopinjah -tipični pogoj za industrijske rezervoarje tople vode, obtočne grelnike in toplotne izmenjevalnike, ni ena sama vrednost. Odvisno je od končne obdelave površine, debeline stene in prisotnosti rež. Laboratorijski potopni testi in podrobna analiza napak na terenu so pokazali, da bo plašč 316 z elektropoliranim zaključkom in debelino stene 1,5 mm zanesljivo preživel pet let pri ravneh klorida do 1000 ppm v dobro oksigenirani vodi in neprekinjenem delovanju grelnika. Identični plašč z vlečenim mlinom konča v 12-18 mesecih pri 500 ppm klorida. Ta dokument kvantificira mejne vrednosti kloridov za ovoje 316 v tipičnih okoliščinah za oskrbo s toplo vodo, daje matriko odločitev za stanje površine in način delovanja ter definira prag, ko je potrebna nadgradnja na nerjavno jeklo 316L ali dupleks.

Kritična koncentracija klorida in mehanizem luknjanja

Jamična korozija nerjavečega jekla 316 v vročih nevtralnih raztopinah klorida se zgodi, ko koncentracija klorida na površini kovine preseže kritično raven, potrebno za razgradnjo pasivnega filma. Za popolnoma žarjeno 316 z gladko, pasivirano površino je kritična koncentracija klorida pri 90 stopinjah reda 1200-1500 ppm pri neprekinjeni potopitvi brez razpok. Jamice se lahko začnejo pod to ravnjo, vendar se bodo ponovno pasivizirale, preden se bodo razvile čez stabilno velikost. Na tej ravni stabilne jamice rastejo s hitrostjo 0,2–0,5 mm/leto in prebijejo steno debeline 1,5 mm v 3–7 letih, odvisno od natančne koncentracije klorida in stanja površine. Toda dejanski grelniki na terenu so le redko na optimalnem laboratorijskem pragu. Hrapavost površine povzroči povečanje efektivne koncentracije klorida na dnu površinskih dolin, kar je posledica lokalnega mehanizma zakisljevanja. Mehansko polirana površina Ra=0.4 na 0,8 µm zniža prag na 800 do 1000 ppm. Konec vlečenega mlina (Ra=0.8-1.5 µm) zviša prag na 400–600 ppm. Razpoke pod pritrdilnimi prirobnicami, tesnila ali obloge vodnega kamna znižajo prag na 200–300 ppm, ne glede na površinsko obdelavo.

Kvantificirane mejne vrednosti klorida za 5-letno storitev brez pitinga pri 90 stopinjah

V spodnji tabeli so povzeti-dolgotrajni potopni poskusi (dolžina 5 let) na 316 plaščih z debelino stene 1,5 mm v prezračevani nevtralni vodi pri 90 stopinjah. Vrednosti predstavljajo najvišjo koncentracijo klorida, ki ni povzročila luknjičaste penetracije, večje od 0,3 mm (20 % debeline stene) pri manj kot 5 % preizkušancev. V primeru intermitentnega delovanja (dnevni ogrevalni cikli) je dovoljena vsebnost klorida približno 30 % nižja, ker je repasivacija motena zaradi termičnega cikla.

Stanje površinske obdelave Debelina stene (mm) Največja vsebnost klorida za 5-letno življenjsko dobo (ppm, neprekinjeno delovanje) Največja vsebnost klorida za 5-letno življenjsko dobo (ppm, občasno delovanje, 1 cikel/dan) Lokacija večjih lukenj Kaj storiti, če je presežena
Electropolished (Ra ≤0.15 µm) 1.5 1200 850 Random on surface of sheathUpgrade to 316L or duplex ( >1500 ppm)
Elektropolirano (Ra manj kot ali enako 0,15 μm) 2.0 1500 1050 Naključno sprejemljivo do 2000 ppm z debelejšo steno
Fino mehansko polirano (Ra 0,2-0,4 um) 1.5 950 650Površinske praske ali vključki Nadgradite na nad 1000 ppm
Fino mehansko polirano (Ra 0,2–0,4 µm) 2.0 1200 800Sprejemljivo z debelejšo steno do 1500 ppm
Standardna obdelava rezkanja (Ra 0,8-1,2 µm) 1.5 550 380 Vzdolžne vlečne črte Ni primerno za nad 600 ppm
2.0 700 490 Standardna rezkana obdelava (Ra 0,8–1,2 µm) Mejna vrednost nad 700 ppm tudi pri debelejši steni
As-drawn rough finish (Ra >1,2 µm) 1.5 350 250Celotna površina ni dovoljena > 400 ppm
Kakršna koli končna obdelava, razpoke pod lusko/tesnilom1.5-2.0 250 175 Območje rež nadgradite na titan ali se znebite rež
Kloridni prag: Kaj zviša ali zniža

Na mejne vrednosti kloridov v tabeli vplivajo še trije dejavniki. Prva je hitrost toka vode. Pri stagnirajočih ali nizkih pretokih (pod 0,3 m/s) se polarizacija koncentracije klorida na površini plašča zmanjša za 30-40 %. Visoke hitrosti pretoka (nad 1,5 m/s) nenehno odstranjujejo koncentrirane kloridne mejne plasti in lahko dvignejo prag za 20-25 %, dokler ne pride do erozije in korozije. Drugi dejavnik je koncentracija raztopljenega kisika; Popolnoma prezračena voda (8-10 ppm O 2 pri 20 stopinjah, približno 4-5 ppm pri 90 stopinjah) zagotavlja katodno reakcijo, potrebno za stabilno pasivnost. Odzračena voda (<0.5 ppm O_2) reduces the threshold by 40–50 % as the passive film is less stable, with no continuous oxygen reduction. The third criterion is the presence of sulphate or bicarbonate ions. These compounds compete with chlorides for the adsorption sites on the passive film and hinder pitting. Water containing 200-500 ppm sulphate can withstand 1.5-2.0 times the chloride concentration before initiation of pitting.

Praktične specifikacije za grelnike 316 za oskrbo z vodo pri 90 stopinj C

For a 316 sheathed heater for 5 years service in 90 °C water with chloride analysis of feed water up to 600 ppm the following specification is recommended: electropolished or fine mechanically polished finish (Ra ≤0.4 µm), minimum wall thickness of 1.5 mm, continuous operation or minimal daily cycling and a design that avoids crevices at mounting points. For chloride levels from 600 to 1,000 ppm, upgrade to 2.0 mm wall thickness and demand electropolished finish with proven Ra ≤0.15 µm. For chloride levels from 1000-1500 ppm, upgrade to 316L with same surface and wall thickness requirements, and require heater to be operated continuously or with gradual thermal ramping. Do not use 316 and 316L for chloride levels >1500 ppm pri 90 stopinjah. Določite duplex 2205 ali titanove ovoje. Terensko spremljanje vsebnosti kloridov je pomembno zaradi faktorja koncentracije 2-5 krat glede na napajalno vodo, ki ga lahko dosežemo z izparevanjem v odprtih rezervoarjih.

Zaključek: Vzpostavitev 5-letnega praga kloridov za zanesljivo storitev

Grelnik z ohišjem iz nerjavečega jekla 316 ne bo stal v vodi z nevtralnim pH pri 90 stopinjah 5 let pri koncentracijah klorida od 350 ppm za grobo, as-vlečeno končno obdelavo do 1200 ppm za elektropolirano končno obdelavo. Inženirji morajo identificirati kemijo vode (najslabše-možne okoliščine koncentracije za analizo klorida), zahtevano površinsko obdelavo in debelino stene. Z uporabo kvantificiranih omejitev v zgornji tabeli lahko kupci izberejo 316 plaščev, ki zagotavljajo 5-letno življenjsko dobo pri oskrbi s toplo vodo in se izognejo prezgodnjim luknjičastim okvaram, do katerih pride, ko ravni klorida presežejo ustrezno mejo za izbrano stanje površine.