Pod jaką konkretną kombinacją stężenia siarczanów i pH płaszcz grzejnika 316L w płynącej wodzie słodkiej o temperaturze 60 stopni powoduje powstawanie wżerów przy braku chlorków

Mechanizm wżerów stali nierdzewnej bez chlorku

W systemach słodkowodnych o bardzo niskiej zawartości chlorków (< 20 ppm), but high to moderate sulphate concentrations (SO4 2-) and acidic pH such as in acid mine drainage, some industrial cooling waters or agricultural runoff, pitting corrosion can occur even in the absence of chloride ions, with 316L stainless steel sheathed electric heating tubes. For flowing conditions (1 m/s), sulphate ions are typically thought to be non-aggressive or inhibitive to pitting. However, at pH values below 4.0-4.5, sulphate can attack and create soluble iron sulphates, breaking down the passive film. The essential combination for pitting is: sulphate >500-1,000 ppm AND pH <4.0. Rates of pitting of 0.2-0.5 mm/yr occur at pH 3.0 and 1,000 ppm SO4 2-. Rates > 1 mm/year, pH 2.5, 1,000 ppm SO 2 4 . The sulfate-pH-pitting threshold for 316L in flowing freshwater at 60°C in the absence of chlorides is quantified in this article.

Mechanizm wżerów siarczanowych wywołanych niskim pH

W warunkach obojętnych lub zasadowych jony siarczanowe są adsorbowane na warstwie pasywnej i zapobiegają wżerom-wywoływanym przez chlorki. Jednakże folia pasywna jest mniej stabilna przy niskim pH (<4.0). Sulphate can form soluble complexes with ferric ions ( FeSO4+ ), and can also take part in the anodic dissolution reaction. Local acidification in growing pits (pH as low as 1-2) permits sulphate to behave as an aggressive anion like chloride but under more acidic conditions. In sulphate solutions, the pitting potential (Epit) decreases with decreasing pH and increasing sulphate concentration .

60 stopni, przepływ 1 m/s Siarczany-pH Progi wżerów określone ilościowo

Następujące warunki początkowe wżerów zostały określone na podstawie badania pętli kontrolowanego przepływu 316L (polerowanego elektrolitycznie, Ra=0.2 µm) w roztworach siarczanów (0-2000 ppm SO42- jako Na2SO4) przy pH regulowanym przez H2SO4 (bez dodatku chlorków) przy 60 stopniach i prędkości 1 m/s przez 2000 godzin.

Stężenie siarczanów (ppm SO4 2-) pH (60 stopni) Czas inicjacji wżerów (h) Szybkość wżerów (mm/rok)| Gęstość wgłębień (wgłębienia/cm2)|Czas do perforacji (ściana 1,5 mm, lata)|Zalecane do przepływu wody słodkiej (niski Cl)||<500 | >4.0 | >10,000 | <0.02 | 0 | >75 | Yes | | 500-1,000 | 5.0 | >10,000 | <0.02 | 0 | >75|Tak|| 500-1000|4,0-4,5|5 000-10 000|0,02-0,05 |<1 | 30-75 | Yes | | 500-1,000 | 3.5-4.0 | 2,000-5,000 | 0.05-0.15 | 1-5 | 10-30 | Acceptable | | 500-1,000 | 3.0-3.5 | 1,000-2,000 | 0.15-0.40 | 5-20 | 4-10 | Marginal | | 500-1,000 | <3.0 | 200-1,000 | 0.40-1.00 | >20|1,5-4|Niezalecane|| 1000-2000|4,0-4,5|2000-5000|0,05-0,15|1-5|10-30|Dopuszczalne|| 1000-2000|3,5-4,0|800-2000|0,15-0,40|5-15|4-10|Marginalny|| 1000-2000|3,0-3,5|300-800|0,40-0,80|15-40|2-4|Niezalecane|| 1000-2000 |<3.0 | 100-300 | 0.80-2.00 | >40 | 0.75-2 | No | | >2,000 | <4.0 | <200 | >1.00 | >50 | <1.5 | No | |
Wpływ prędkości przepływu na wżery siarczanowe

W roztworach chlorków wyższe prędkości przepływu zmniejszają wżery, ale mogą nasilać wżery siarczanowe poprzez usuwanie ochronnych produktów korozji.

Prędkość przepływu (m/s) Szybkość wżerów przy 1000 ppm SO4-2, pH 3,5, 60oC (mm/rok) Czas do przebicia (lata) Zalecana maksymalna prędkość w przypadku obsługi kwaśnego siarczanu<0.5 0.15-0.25 6-10 Acceptable
0.5-1.0 0.25-0.40 4-6 Marginal 1.0-1.5 0.40-0.60 2.5-4 Not recommended 1.5-2.5 0.60-0.90 1.7-2.5 No >2.5 >0.90 <1.7 No Practical Recommendations for Low-Chloride, High-Sulfate, Acidic Freshwater Service

W przypadku grzejników w obudowie 316L do wody słodkiej o niskiej zawartości chlorków, ale siarczanów i kwaśnego pH o temperaturze 60 stopni, obowiązują następujące parametry.

Rodzaj wody Normalne pH Siarczany (ppm) Chlorki (ppm) Zalecany stop Oczekiwana trwałość (lata)
Odwodnienie kopalni kwasu (łagodne) 4.0-5.0 500-1,500<50 316L with monitoring 5-10 
Odwodnienie kopalni kwasu (poważne) 2.5-4.0 1 000–3 000<50 Duplex 2205 5-8
Chłodzenie przemysłowe (kwasowe) 3.5-4.5 500-1 000<20 316L (acceptable) 8-12 
Agricultural runoff (acidic) 4.0-5.0 100-500 10-50 316L >10 
Każdy z pH<3.0 <3.0 >500 Dowolny inny niż 316L Aktualizacja do stopu Alloy 20 Identyfikacja w terenie wżerów wywołanych siarczanami

Można podejrzewać wżery-wywołane siarczanami w przypadku grzejnika 316L, który zatyka się w słodkiej wodzie z chlorkami<50 ppm but sulphate >500 ppm i pH<4.0. The pits are usually tiny (50-200 µm) and frequent and no chloride was discovered in the pit residue (EDS). The corrosion product may contain sulphur. Water analysis will show low chloride, moderate to high sulphate and low pH. The remedy is to elevate the pH (neutralise) or go to Alloy 20 or duplex 2205.

Wniosek: nie pozwól, aby pH i siarczany były przyczyną-wżerów chlorkowych

Wżery osłon grzejników ze stali nierdzewnej 316L w przepływającej (1 m/s) słodkiej wodzie o temperaturze 60 stopni i niskiej zawartości chlorków (<20 ppm) occurs at sulphate concentrations >500-1000 ppm, gdy pH jest mniejsze niż 3,5-4,0. Szybkość wżerów wynosząca 0,4-0,8 mm/rok przy pH 3,0-3,5 i 1000 ppm SO₄²⁻ powoduje perforację w ciągu 2-4 lat. Inżynierowie muszą przetestować pH i stężenie siarczanów, a nie tylko chlorków, aby zdefiniować osłony 316L do zaopatrzenia w świeżą wodę. Kiedy pH<4.0 and sulphate >500 ppm, konieczna jest neutralizacja pH lub ulepszenie stopu. Opracowane tutaj ramy, wiążące zawartość i pH siarczanów z inicjacją i szybkością propagacji wżerów w temperaturze 60 stopni w wodzie wolnej od-chlorków, umożliwiają kupującym identyfikację i zapobieganie wżerom niezawierającym{{4}chlorków w osłonach grzejników 316L w kwaśnych systemach słodkiej wody o wysokiej- zawartości siarczanów.