Pod jaką konkretną kombinacją stężenia resztkowego chloru i pH następuje przejście płaszcza grzejnika ze stali nierdzewnej 316 z stanu pasywnego na wżery w ciepłej wodzie użytkowej o temperaturze 60 stopni

Zakłócenie pasywności w systemach wody pitnej spowodowane dezynfekcją

W instalacjach ciepłej wody użytkowej wykorzystujących elektryczne rury grzejne w osłonie ze stali nierdzewnej 316 (podgrzewacze punktowe--użytkowania, zbiorniki ciepłej wody, pętle recyrkulacyjne itp.) użycie resztkowego chloru (dodawanego w postaci chloru gazowego, podchlorynu sodu lub chloraminy do dezynfekcji) stwarza ryzyko korozji wżerowej niespotykanej w nieuzdatnionej wodzie. Stabilność lub lokalny rozkład warstwy pasywnej na 316 zależy od wolnego resztkowego chloru (Cl2, HOCl, OCl-) i pH przy 60 stopniach (średnia temperatura ciepłej wody w gospodarstwie domowym). 316 pozostaje pasywna poniżej progowego stężenia wolnego chloru wynoszącego ~2 ppm przy pH 7,5. Powyżej 3-4 ppm przy tym samym pH wżery zaczynają się w ciągu tygodni lub miesięcy. Istotny jest wpływ pH: przy pH 8,5 dopuszczalne stężenie chloru podwaja się, a przy pH 6,5 zmniejsza się o połowę. W artykule tym oszacowano progi pH chloru dla wżerów rozpoczynających się na osłonach 316 w wodzie pitnej o temperaturze 60 stopni i podano standardy uzdatniania wody w zakresie trwałości podgrzewacza.

Mechanizm wżerów wywołanych chlorem

Wolny chlor resztkowy w wodzie pozostaje w równowadze pomiędzy kwasem podchlorawym (HOCl) i jonem podchlorynowym (OCl-), a stosunek zależy od pH. HOCl dominuje przy pH <7,5; OCl- dominuje przy pH > 7,5. HOCl jest silniejszym utleniaczem niż OCl- i bardziej wrogim wobec pasywnych folii ze stali nierdzewnej. Chlor na powierzchni metalu może lokalnie zakłócać tworzenie się warstwy tlenku chromu poprzez tworzenie rozpuszczalnych kompleksów chloro-chromu lub tworzenie warunków silnie utleniających, które prowadzą do transpasywnego rozpuszczania (utlenianie Cr 3+ do rozpuszczalnego Cr 6+ ). Silny potencjał utleniający chloru utrzymuje energiczną lokalną chemię, która prowadzi do stabilnego tworzenia się wżerów po pęknięciu warstwy pasywnej w słabym miejscu, zwykle w przypadku wtrącenia MnS lub zarysowania powierzchni. Wżery wywołane chlorem różnią się od wżerów wywołanych chlorkami, gdzie wymagane są setki do tysięcy ppm Cl-, chlor jest znacznie silniejszym utleniaczem i wżery mogą powstawać przy poziomach wolnego chloru wynoszącym 1-5 ppm.

Ilościowe progi wżerów w ciepłej wodzie użytkowej o temperaturze 60 stopni

Po systematycznych testach zanurzeniowych stali nierdzewnej 316 (wykończenie polerowane Ra=0.4 µm) w syntetycznej ciepłej wodzie użytkowej (100 ppm Cl-, 80 ppm SO4-2, 120 ppm CaCO3 o twardości) w temperaturze 60 stopni przy użyciu kontrolowanej pozostałości wolnego chloru (mierzonej jako Cl2) i pH, po 1000 godzinach ekspozycji zidentyfikowano następujące granice inicjacji wżerów.

Wolny chlor resztkowy (ppm jako Cl2) pH Dominujący gatunek chloru Czas inicjacji wżerów (godziny) Maksymalna głębokość wżeru po 1000 godzinach (µm) Czas do perforacji (ścianka 1,5 mm) Zalecane do instalacji ciepłej wody użytkowej<0.5 6.5-8.5 Mixed No pitting <5 >30 lat Tak
0.5-1.0 7.0-8.5 Mixed >5000 (może nie zacząć)<10 >20 lat Tak
7.5-8.5 1.0-1.5 Dominujący OCl⁻ 2000-5,000 10-30 10-20 lat Dopuszczalne pod nadzorem 1.0-1.5 6.5-7.5 Dominujący HOCl 1000-2,000 30-60 5-10 lat Marginalny
1.5-2.0 7.5-8.5 Fl⁻ dominujący 1000-2,000 40-80 4-8 lat Marginalny
1.5-2.0 6.5-7.5 Dominujący HOCl 500-1,000 80-150 2-5 lat Niezalecane
2.0-3.0 7.5-8.5 OCl⁻ dominujący 300-800 100-200 2-4 lat Niezalecane
2.0-3.0 6.5-7.5 Dominujący HOCl 100-300 200-400 1-2 lat Niedopuszczalne
3.0-5.0 7.5-8.5 OCl- dominujący 100-300 200-500 1-2 lat Niedopuszczalne
3.0-5.0 6.5-7.5 Dominujący HOCl 50-100 400-800 6-12 miesięcy Niedopuszczalne5.0 Dowolny HOCl lub OCl⁻<50 >500 <6 months Unacceptable
Wpływ temperatury na agresywność chloru

Progi w tabeli dotyczą 60 stopni. Wraz ze wzrostem temperatury chlor staje się bardziej agresywny ze względu na zwiększone szybkości dyfuzji i mniej stabilną warstwę pasywną. Poniżej 60 stopni dopuszczalna zawartość chloru rośnie niemal liniowo wraz ze spadkiem temperatury.

Temperatura wody (stopnie) Maks. zawartość wolnego chloru przez 5 lat Brak wżerów przy pH 7,5 (ppm) Zalecane działanie
40 3.0 Nie trzeba podejmować żadnych specjalnych działań
50 2.2 Monitor if >2.0 ppm 60 1.5 Dechlorinate if >1,5 ppm 70 1.0 Sugerowane odchlorowanie 80 0.7 Wymagane odchlorowanie 90 0.5 316 nie zalecane; zmień na tytan
Praktyczne zalecenia dotyczące uzdatniania wody w podgrzewaczach ciepłej wody użytkowej

Obudowane grzejniki 316 w domowych systemach ciepłej wody o temperaturze 60 stopni spełniają następujące standardy uzdatniania wody w celu zapewnienia długotrwałej pracy bez wżerów.

pH pozostałości wolnego chloru (ppm) Zalecane działanie<0.5 Any No action required
>7.5 Brak działań; tolerowane 0,5-1,0
0.5-1.0 <7.5 Adjust pH to >7,5 z wodorotlenkiem sodu lub uważnie obserwować
1.0-1.5 >8,0 Dopuszczalne; badać co 2 lata
1.0-1.5 7.0-8.0 Zmniejsz ilość chloru lub zamień na 316L z wykończeniem elektropolerowanym
1.5-2.0 >8.0 Obniż chlor lub zaktualizuj grzałkę
1.5-2.0 <8.0 Dechlorination (injection of activated carbon or sodium sulphite) necessary2.0 Any Dechlorination necessary; upgrade to titanium?
Identyfikacja terenowa chloru-spowodowanego wżerami

Wżery resztkowe chloru powodują, że wżery są na ogół małe (średnica 0,1{1}}0,5 mm), liczne i równomiernie rozmieszczone na powierzchni osłony (w przeciwieństwie do wżerów wywołanych chlorkami, które są większe i mniej liczne). Wżery są często otoczone jasnym pierścieniem katodowym i mają ciemnobrązowy lub czarny środek (tlenek manganu powstały w wyniku rozpuszczania wtrąceń). Gdy w wodzie występuje zarówno wysoki poziom chloru, jak i wysoki poziom chlorków (ponad 200 ppm), oba efekty działają synergistycznie, a próg zostaje obniżony o 30-50%. Jeżeli w ciągu 2-3 lat grzejnik w domowej instalacji ciepłej wody ulegnie awarii w wyniku wżerów, należy zbadać resztkowy chlor w kilku miejscach (wlot, zbiornik, wylot), aby sprawdzić, czy skoki temperatury przekraczają wartości progowe.

Wniosek 316 Żywotność grzejnika w temperaturze 60 stopni Zarządzanie resztkowym chlorem

Przy pH 7,5 stężenia resztkowego wolnego chloru powyżej 1,5 ppm przyspieszają korozję wżerową grzejników w obudowie ze stali nierdzewnej 316 w ciepłej wodzie użytkowej o temperaturze 60 stopni w ciągu 2-5 lat, skracając żywotność grzejników 3-10-krotnie w porównaniu z wodą odchlorowaną. Wyższe pH (8,0-8,5) może skutkować dwukrotnie większym stężeniem chloru. Niższe pH (6,5-7,0) obniża dopuszczalny limit o połowę. Inżynierowie wybierający osłony 316 do podgrzewania wody pitnej muszą zebrać dane dotyczące jakości wody, w tym pozostałości wolnego chloru i pH w szacowanej temperaturze roboczej. W przypadku systemów z chlorem większym niż 1,5 ppm sugeruje się odchlorowanie (filtracja na węglu aktywnym lub wtryskiwanie siarczynu sodu) lub ulepszenie do 316L z wykończeniem elektropolerowanym. W tym miejscu oferujemy metodologię, która umożliwia nabywcom wybór programów uzdatniania wody, które chronią osłony 316 przed korozją wywołaną środkami dezynfekcyjnymi w instalacjach ciepłej wody użytkowej poprzez korelację stężenia chloru i pH z wymiernym czasem trwania wżerów.