Pod jaką konkretną kombinacją stężenia resztkowego chloraminy i pH w osłonie grzejnika ze stali nierdzewnej 316 powstają wżery w gorącej wodzie miejskiej o temperaturze 55 stopni

Mechanism of pitting corrosion of disinfectant in potable water systems Monochloramine (NH2Cl) is being increasingly used as a secondary disinfectant in municipal hot water systems (domestic hot water tanks, recirculation loops in hotels and hospitals, point of use heaters in commercial buildings) to replace free chlorine and minimise trihalomethane formation for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes. Chloramine is less aggressive to stainless steel than free chlorine but can produce pitting at higher temperatures especially when the pH is not in the proper range for chloramine stability. 316 stainless steel is passive at chloramine levels below 2-3 ppm at a common residential hot water temperature of 55 °C and a pH of 7.5-8.5. However, below pH 7.0 chloramine breaks down into free chlorine and ammonia which leads to a more aggressive oxidising environment. Chloramine is unstable at pH > 9.0, and decomposes to dichloramine and nitrogen trichloride. Pitting begins at chloramine levels >4-5 ppm przy pH 7,0-8,0 lub przy wahaniach pH. Badania te przewidują progi pH i stężenia chloraminy, które inicjują wżery na osłonach 316 w temperaturze 55 ⁰C. Mechanizm wżerowy wywołany chloraminą i zależność od pH Monochloramina (NH2Cl) jest słabszym środkiem utleniającym niż wolny chlor (HOCl/OCl-). Chloramina ulega jednak rozkładowi na wiele sposobów w temperaturach powyżej 50 stopni. Przy pH obojętnym do lekko zasadowego (7,0-8,5) rozkład daje amoniak i azot z uwolnieniem jedynie niewielkich ilości wolnego chloru. Przy pH < 7,0 rozkład przebiega do wolnego chloru (HOCl) i dichloraminy (NHCl2), które są silniejszymi utleniaczami, które mogą rozkładać warstwę pasywną na 316. Przy pH > 9,0 chloramina szybko rozkłada się do trójchlorku azotu (NCl3), który jest lotną i silnie utleniającą substancją. Mechanizm wżerowy polega na wżerze wolnego chloru. Miejscowy rozkład warstwy pasywnej Cr 2 O 3 i następująca po niej propagacja wżerów wywołana chlorkami. Ale chloramina wymaga większego stężenia (około 2-5 razy większego niż wolny chlor), aby spowodować wżery w tej samej temperaturze. Ilościowe limity wżerów w temperaturze 55 stopni Kontrolowane testy zanurzeniowe stali nierdzewnej 316 (wykończenie elektropolerowane, Ra=0.2 μm) w syntetycznej wodzie miejskiej (100 ppm Cl−, 80 ppm SO42−, 120 ppm CaCO3) przy różnych stężeniach monochloraminy i pH w temperaturze 55 stopni przez 3000 godzin określiły następujące granice inicjacji wżerów. pH (55 stopni) Monochloramina (ppm jako odpowiednik Cl2) Czas inicjacji wżerów dla ścieżki rozkładu chloraminy (godziny) Maksymalna głębokość wżeru po 3000 godzinach (mikrony) Czas do perforacji (ścianka 1,5 mm) Zalecana temperatura 55 stopni<1.0 7.0-8.5 Stable >10,000 <10 >Tak 4 lata Niezalecane 5.0-7.0 7.5-8.5 Znaczący rozpad 400-800 120-200 1-2 lata nie 7.0 7.5-8.5 Szybki rozkład<400 >200 <1 year Unacceptable 2.0-3.0 6.5-7.0 (pH excursion)Free chlorine release 1,000-2,000 60-100 3-5 years Not recommended 2.0-3.0 <6.5 Free chlorine + dichloramine 300-800 100-180 1.5-2.5 years Not acceptable NCl3 formation 2.0-3.0 >9.0 500-1,200 80-150 2 - 3 yeras Unacceptable 3.0 < 7.0 Severe degradation < 500 > 150 < 1.5 years Temperature effect on chloramine aggressiveness Not acceptable The rate of decomposition of monochloramine rises with temperature, hence chloramine is more aggressive at higher temperatures. Water Temperature (oC) Maximum Monochloramine for 5-Year Life pH 7.5-8.0 (mg/L)Maximum Monochloramine for 10 Year Life at pH 7.5-8.0 (mg/L)Recommended Action 40 5.0 3.0 Standard practice 50 3.5 2.5 OK 55 3.0 2.0 Marginal above 2.5 ppm 60 2.2 1.5 Chloramine reduction if >2 ppm 70 1.5 1.0 316 not recommended, upgrade material 80 1.0 0.5 316 not appropriate Chloramine Treatment Practical Water Chemistry Specifications The following specifications will ensure long term pitting free service for 316 sheathed heaters in municipal hot water systems treated with monochloramine at 55oC. System Type Target Monochloramine (ppm) pH Range Max. Temp. (°C) Heater Life Expectancy (years)Hot water heating ideas for households1.0-2.0 7.5-8.5 55 10-15 Commercial (hotel/hospital) OK 1.5-2.5 7.5-8.5 55 8-12 Test for chloramine regularly. big circulation system 2.0-3.0 7.8-8.2 55 5-8Active pH regulation as required Any with chloramine >3.0 >3.0 7.5-8.5 55 2-4 Przejdź na elektropolerkę 316L. Dowolny z wahaniami pH<7.0 <3.0 <7.0 56 2-5 pH control necessary Any at temperatures above 60°C 1.5 7.5-8.5 >60 2-5 2205 Modernizacja dupleksowa Identyfikacja w terenie wżerów wytwarzanych przez chloraminę W przypadku podgrzewacza 316 do ciepłej wody miejskiej z niewielką ilością wolnego chloru, ale znanym uzdatnianiem chloraminy, wżery są zazwyczaj małe (średnica 0,1-0,5 mm), częste (5–20 wżerów/cm2) i regularnie rozmieszczone. Powierzchnia metalu w jamie wskazuje na morfologię wżerów powodowaną przez chlorki. Kluczowa różnica polega na tym, że w wodzie zbiorczej nie ma wolnego chloru (wskaźnik rozkładu chloraminy). Dziennik składu chemicznego wody będzie miał wartości chloraminy powyżej 3-4 ppm i pH poniżej 7,0 lub powyżej 9,0 w różnych momentach. Badanie wody zbiorczej na obecność wolnego chloru i chloraminy potwierdzi rodzaj dezynfekcji. Rozwiązaniem tych niepowodzeń jest obniżenie stężenia chloraminy do mniej niż 2,5-3,0 ppm lub utrzymanie pH na poziomie 7,5-8,5 lub przejście na stal nierdzewną duplex 2205. Roztwory do uzdatniania systemów o wysokiej zawartości chloraminy Jeśli nie jest możliwe zmniejszenie stężenia chloraminy do 3 ppm, następujące procedury zmniejszą ryzyko wżerów: Elektropolerowanie: Powierzchnia elektropolerowana (Ra<0.2 µm) increases chloramine threshold by ~1 ppm. pH stability The pH should be maintained in the range 7.8 – 8.2 by adding a pH controller. Decomposes to free chlorine at low pH. Decomposes to NCl3 at high pH. Lower heater setpoint from 55C to 50C (40-50% reduction in chloramine decomposition rate) Alloy upgrade: Duplex stainless steel 2205 (higher pitting resistance equivalent number, PREN >35) lub 316L z kontrolą wtrąceń azotku tytanu (TiN). Wniosek: Żywotność grzejnika 316 przy pH 55 stopni i kontroli chloraminy Grzejniki płaszczowe ze stali nierdzewnej 316 w ciepłej wodzie miejskiej o temperaturze 55 stopni wykazują początek wżerów powyżej około 3-4 ppm monochloraminy przy pH 7,5-8,5 w ciągu 1000-3000 godzin i perforację w ciągu 2-5 lat. Gdy tylko pH spadnie poniżej 7,0, chloramina rozkłada się do wolnego chloru, a nawet 2-3 ppm chloraminy jest dość agresywna i za 1-2 lata. 316 będzie wgłębiać się w osłonach z danymi dotyczącymi chloru i pH oraz zakresu pH 7,5-8,5 i monochloraminy<2.5 ppm for 10 year life shall be specified by engineers for chloramine treated water. Electropolished 316L or duplex 2205 is suggested for chloramine levels over 3 ppm or where pH control is not reliable. The present method, connecting chloramine concentration and pH to measured pitting initiation times at 55°C, allows users to define water treatment programmes which prevent disinfectant-driven pitting in municipal hot water systems.