Pod jaką konkretną kombinacją pH i wskaźnika nasycenia w płaszczu grzejnika ze stali nierdzewnej 316 tworzy się osad węglanu wapnia, który powoduje pod-korozję osadów w temperaturze 90 stopni

Próg skalowania od ochronnego do żrącego

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) i ciągłe całkowite zatrzymanie ruchu tlenu i utworzenie wysoce korozyjnej warstwy zastoju. Żadna skala nie tworzy się poniżej LSI 0,5, a 316 jest pasywne. Kluczową kombinacją UDC jest pH od 7,5 do 8,5 (gdzie równowaga wodorowęglanów-węglanów jest korzystna dla tworzenia się kamienia) i LSI od 0,8 do 1,8. W tym artykule obliczono progi pH-LSI dla korozji pod-osadami na powłokach 316 pod kątem 90 stopni.

Mechanizm-korozji osadów

Kiedy w gorącej wodzie na stali nierdzewnej 316 tworzy się porowata zgorzelina z węglanu wapnia, metal pod zgorzeliną staje się pozbawiony tlenu, ponieważ tlen przepływa przez kamień i warstwę stacjonarną jest powolny. Części pozbawione kamienia (jeśli występują) lub obszary tuż poza zgorzeliną są całkowicie natlenione, tworząc komorę napowietrzania różnicowego, przy czym pozbawiony tlenu metal pod zgorzeliną stanowi anodę, a goły metal bogaty w tlen – katodę. Jony chlorkowe przepływają do obszaru anodowego, aby zachować neutralność ładunku, a niskie pH powstałe w wyniku hydrolizy metalu pod kamieniem hamuje repasywację. Szybkość korozji może osiągnąć 0,5-2 mm rocznie, co jest porównywalne z szybkością aktywnej korozji w kwasie. Można pozostawić samą łuskę, ale znajdujący się pod nią metal rozpuści się, tworząc wnękę, która przebije osłonę.

Ilościowe progi korozji pod-osadami przy 90 stopniach

Kombinacje pH-LSI powodujące korozję podosadową w ciągu 1000 godzin zostały określone dla 316 powłok (Ra=0.4 µm) w syntetycznej twardej wodzie (twardość 300 ppm CaCO3, zasadowość 200 ppm, 200 ppm Cl-, dostosowane pH, 90 stopni, strumień ciepła 5 W/cm2).

Wskaźnik nasycenia Langeliera (LSI) pH przy 90 stopniach (oszacowany) Grubość zgorzeliny (po 1000 godzin) (mikrony) Porowatość zgorzeliny (%) Poniżej-Szybkość korozji osadu (mm/rok)Czas do perforacji (ściana 1,5 mm) Zalecane<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 lat Tak 0-0.5 7.0-7.5 0-20 nie dotyczy 0.02-0.05 30-75 lat Tak
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 lat Dopuszczalne
0,8 do 1.2 7.8 do 8.1 20 do 50 20 do 30% 0,10 do 0.25 6 do 15 lat Krańcowe 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 lat Niezalecane
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 lat Niedopuszczalne
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 lat (ale ryzyko przegrzania) ryzyko przegrzania, a nie UDC
Wpływ chlorków na intensywność korozji podosadowej

UDC jest znacznie przyspieszane przez stężenie chlorków. Wpływ chlorku na krytyczny próg LSI dla UDC przy 90 stopniach przedstawiono w poniższej tabeli.

Stężenie chlorków (ppm) Próg LSI do rozpoczęcia UDC (preferowany 5-letni okres użytkowania) Maksymalny LSI przez 5 lat Zalecane działanie<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Wymagane zmiękczanie lub inhibitor
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Wymagane zmiękczanie; rozważenie aktualizacji
Praktyczne specyfikacje chemii wody w zapobieganiu UDC

Aby uniknąć korozji pod-osadami, zalecane są następujące kryteria składu chemicznego wody dla grzejników płaszczowych 316 w temperaturze 90 stopni:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; utrzymywać poniżej 1,2, jeśli chlorek wynosi 100-200 ppm; utrzymuj poniżej 1,5, jeśli jest to chlorek<100 ppm

pH @ 90C: Utrzymuj 7.0 - 7.8 (niższe pH=mniej kamienia, większe niebezpieczeństwo ogólnej korozji. Wyższe pH=więcej kamienia, większe ryzyko UDC)

Zasadowość: Mniej niż 200 ppm w przeliczeniu na CaCO3, aby zmniejszyć ryzyko tworzenia się kamienia

Inhibitor kamienia – dodać 2-5 ppm fosfonianu lub poliakrylanu, jeśli LSI > 1,0

W sekcji-Diagnostyka pola korozji osadów

UDC poniżej skali węglanu wapnia prowadzi do typowych półkulistych wgłębień na powierzchni osłony, zwykle o średnicy 2–10 mm, z nadal przyczepioną lub częściowo usuniętą łuską. Usunięcie kamienia odsłania jasne, błyszczące, wżerane powierzchnie metalu, a nie matową, złuszczającą się powierzchnię. Wżery często mają podcięte krawędzie, w których korozja przesunęła się na boki pod zgorzeliną. W przypadku osadzania się kamienia-w wyniku awarii grzejników, ale bez śladów wżerów w-odcinkach wolnych od kamienia, należy rozważyć UDC. Analiza skali za pomocą-dyfrakcji promieni X zazwyczaj wykazuje kalcyt lub aragonit (CaCO₃), czasami w połączeniu z produktami korozji (Fe₂O₃, Fe₃O₄). Odpowiedzią jest zminimalizowanie LSI (poprzez obniżenie pH lub zmiękczanie wody) lub dodanie inhibitora kamienia, który zmienia kształt kryształu na-nieprzylegającą łuskę.

Wniosek: zarządzanie LSI i pH w celu uniknięcia-korozji osadów

Grzejniki ze stali nierdzewnej 316 w twardej wodzie o temperaturze 90 stopni. Tworzenie się porowatej warstwy węglanu wapnia, która tworzy komórki zróżnicowanego napowietrzenia, ma miejsce, gdy wskaźnik nasycenia Langeliera (LSI) wynosi od 0,8 do 1,8, a pH wynosi od 7,5 do 8.5 . Powyżej LSI 1,8 kamień jest gęsty i chroni przed UDC (chociaż przegrzanie może stanowić problem). Przy LSI < 0,8 UDC nie jest wyzwalane przez tworzenie skali. LSI należy obliczyć w temperaturze roboczej. W przypadku twardej wody inżynierowie, którzy określają osłony 316, muszą utrzymywać LSI poniżej 1,0, gdy chlorek przekracza 200 ppm, lub uwzględnić inhibitory kamienia, które wpływają na morfologię kamienia. Podana tutaj metodologia zapewnia powiązanie między pH, LSI i mierzalnymi wartościami UDC, co pozwala klientom wybrać taki skład wody, który zapobiegnie miejscowej korozji wywołanej kamieniem.