Jakie maksymalne stężenie chlorków może wytrzymać grzejnik płaszczowy ze stali nierdzewnej 316 w wodzie o neutralnym pH w temperaturze 90 stopni bez wżerów w ciągu 5 lat

Próg chlorku do zastosowań w gorącej wodzie. Okres użytkowania 5 lat

Maksymalne dopuszczalne stężenie chlorku, które umożliwi 5-letni okres użytkowania bez perforacji wżerowej elektrycznych rur grzewczych ze stali nierdzewnej 316 zanurzonych w wodzie o neutralnym pH (6,5-8,0) i temperaturze 90 stopni -, co jest typowym stanem dla przemysłowych zbiorników ciepłej wody, podgrzewaczy obiegowych i wymienników ciepła, nie jest pojedynczą wartością. Zależy to od wykończenia powierzchni, grubości ścian i obecności szczelin. Laboratoryjne testy zanurzeniowe i szczegółowa analiza uszkodzeń w terenie wykazały, że osłona 316 z wykończeniem elektropolerowanym i grubością ścianki 1,5 mm wytrzyma niezawodnie przez pięć lat przy zawartości chlorków do 1000 ppm w dobrze natlenionej wodzie i ciągłej pracy grzejnika. Identyczna osłona z wgłębieniami po walcowaniu w stanie surowym w ciągu 12-18 miesięcy przy stężeniu chlorku 500 ppm. W artykule określono ilościowo limity chlorków dla osłon 316 w typowych warunkach pracy z gorącą wodą, przedstawiono matrycę decyzyjną dotyczącą stanu powierzchni i trybu pracy oraz zdefiniowano próg, gdy wymagana jest modernizacja do stali nierdzewnej 316L lub stali duplex.

Krytyczne stężenie chlorków i mechanizm wżerowy

Korozja wżerowa stali nierdzewnej 316 w gorących, obojętnych roztworach chlorków ma miejsce, gdy stężenie chlorku na powierzchni metalu przekracza poziom krytyczny wymagany do rozbicia warstwy pasywnej. W przypadku całkowicie wyżarzonego stali 316 o gładkiej, pasywowanej powierzchni krytyczne stężenie chlorków przy 90 stopniach jest rzędu 1200-1500 ppm przy ciągłym zanurzeniu bez szczelin. Poniżej tego poziomu mogą zaczynać się zagłębienia, które jednak ulegną ponownej pasywacji, zanim osiągną stabilny rozmiar. Na tym poziomie stabilne wżery rosną z szybkością 0,2–0,5 mm/rok, przebijając się przez ścianę o grubości 1,5 mm w ciągu 3–7 lat, w zależności od dokładnego stężenia chlorków i stanu powierzchni. Jednak rzeczywiste grzejniki w terenie rzadko osiągają optymalny próg laboratoryjny. Chropowatość powierzchni powoduje wzrost efektywnego stężenia chlorków na dnie dolin powierzchniowych, w wyniku lokalnego mechanizmu zakwaszenia. Mechanicznie polerowana powierzchnia Ra=0.4 do 0,8 µm zmniejsza próg do 800 do 1000 ppm. Wykończenie po walcowaniu (Ra=0.8-1.5 µm) zwiększa próg do 400-600 ppm. Szczeliny pod kołnierzami montażowymi, uszczelkami lub osadami kamienia obniżają próg do 200-300 ppm, niezależnie od wykończenia powierzchni.

Ilościowe limity chlorków dla 5-letniej pracy bez wżerów w temperaturze 90 stopni

Długoterminowe-doświadczenia z zanurzeniem (5 lat) na 316 osłonach o grubości ścianki 1,5 mm w napowietrzonej wodzie neutralnej pod kątem 90 stopni podsumowano w poniższej tabeli. Wartości reprezentują najwyższe stężenie chlorków, które nie spowodowało penetracji wżerów większej niż 0,3 mm (20% grubości ścianki) w mniej niż 5% badanych próbek. W przypadku pracy przerywanej (codzienne cykle cieplne) dopuszczalna zawartość chlorków jest o około 30% niższa, ponieważ repasywacja jest zakłócana przez cykle termiczne.

Stan wykończenia powierzchni Grubość ścianki (mm) Maksymalna zawartość chlorków przez 5 lat (ppm, praca ciągła) Maksymalna ilość chlorków przez 5 lat (ppm, praca przerywana, 1 cykl/dzień) Główne miejsce wżerów Co zrobić w przypadku przekroczenia
Electropolished (Ra ≤0.15 µm) 1.5 1200 850 Random on surface of sheathUpgrade to 316L or duplex ( >1500 ppm)
Elektropolerowany (Ra mniejszy lub równy 0,15 μm) 2.0 1500 1050 Losowo Dopuszczalne do 2000 ppm przy grubszych ściankach
Drobno polerowane mechanicznie (Ra 0,2–0,4 um) 1.5 950 650Zadrapania lub wtrącenia na powierzchni Zwiększ prędkość do powyżej 1000 ppm
Dokładnie polerowany mechanicznie (Ra 0,2-0,4 µm) 2.0 1200 800Dopuszczalne przy grubszych ściankach do 1500 ppm
Standardowe wykończenie po walcowaniu (Ra 0,8-1,2 µm) 1.5 550 380 Wzdłużne linie ciągnienia Nie nadaje się do powyżej 600 ppm
2.0 700 490 Standardowe wykończenie walcowane (Ra 0,8-1,2 µm) Marginalne powyżej 700 ppm nawet przy grubszych ściankach
As-drawn rough finish (Ra >1,2 µm) 1.5 350 250Niedozwolona na całej powierzchni > 400 ppm
Dowolne wykończenie, pęknięcia pod zgorzeliną/uszczelką1.5-2.0 250 175 Obszar szczeliny zamień na tytan lub pozbądź się szczeliny
Próg chlorku: co podnosi lub obniża

Na progi chlorków podane w tabeli wpływają jeszcze trzy czynniki. Pierwszą z nich jest prędkość przepływu wody. W warunkach stagnacji lub niskiego przepływu (poniżej 0,3 m/s) polaryzacja stężenia chlorków na powierzchni osłony zmniejsza się o 30-40%. Wysokie prędkości przepływu (ponad 1,5 m/s) w sposób ciągły usuwają warstwy graniczne stężonych chlorków i mogą podnieść próg o 20-25%, o ile nie zachodzi erozja-korozja. Drugim czynnikiem jest stężenie rozpuszczonego tlenu; Całkowicie napowietrzona woda (8-10 ppm O2 w temperaturze 20 stopni, około 4-5 ppm w temperaturze 90 stopni) zapewnia reakcję katodową niezbędną do uzyskania stabilnej pasywności. Woda odgazowana (<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.

Praktyczna specyfikacja grzejników 316 do instalacji wodnej o temperaturze 90 stopni 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 przy 90 stopniach. Należy wybrać osłony duplex 2205 lub tytanowe. Monitorowanie w terenie zawartości chlorków jest ważne ze względu na współczynnik stężenia 2-5 razy większy w stosunku do wody zasilającej, który można uzyskać poprzez odparowanie w otwartych zbiornikach.

Wniosek: Ustalenie 5-letniego progu chlorku w celu zapewnienia niezawodnej obsługi

Grzejnik w obudowie ze stali nierdzewnej 316 nie będzie zanurzony w wodzie o neutralnym pH i temperaturze 90 stopni przez 5 lat przy stężeniu chlorków od 350 ppm w przypadku wykończenia szorstkiego,-ciągnionego do 1200 ppm w przypadku wykończenia elektropolerowanego. Inżynierowie muszą określić skład chemiczny wody (najgorszy-przypadek stężenia chlorków w analizie chlorków), wykończenie powierzchni i wymaganą grubość ścianek. Korzystając z ilościowych limitów podanych w powyższej tabeli, kupujący mogą wybrać osłony 316, które zapewniają 5-letni okres użytkowania w gorącej wodzie i pozwalają uniknąć przedwczesnych uszkodzeń wżerowych, które występują, gdy poziom chlorków przekracza odpowiedni limit dla wybranego stanu powierzchni.