Κάτω από ποιος ειδικός συνδυασμός τροφοδοσίας συγκέντρωσης διαλυμένου οξυγόνου και pH 316 θερμαντήρα από ανοξείδωτο χάλυβα υφίσταται ροή-Επιταχυνόμενη διάβρωση (FAC) στους 200 βαθμούς σε νερό τροφοδοσίας λέβητα υψηλής-ταχύτητας

Διάλυση της παθητικής μεμβράνης σε νερό υψηλής καθαρότητας υψηλής θερμοκρασίας

The high velocity boiler feedwater systems operating at 200°C (typical for high-pressure boiler economisers or feedwater heaters) can be a problem for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes due to flow-accelerated corrosion (FAC), which is thought to be immune to this phenomenon (which occurs mainly in carbon and low-alloy steels). The FAC of 316 is different from the traditional FAC of magnetite (Fe3O4) layers on carbon steel where it is a direct dissolution of passive film by the combined impacts of high flow velocity, high temperature and unique water chemistry. The passive film on 316 dissolves at 200°C, when the dissolved oxygen is less than 5 ppb (deaerated) and the pH is greater than 9.5 or less than 6.5. Under such conditions wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year have been seen in high velocity zones (>5 m/s). Αυτό το έγγραφο αξιολογεί τα κατώφλια διαλυμένου οξυγόνου και pH για την έναρξη FAC σε 316 περιβλήματα στους 200 βαθμούς.

Μηχανισμός διαλυτότητας παθητικών μεμβρανών σε υψηλή θερμοκρασία

Σε νερό υψηλής θερμοκρασίας (200 βαθμοί ) το παθητικό φιλμ στο 316 είναι μια διπλή στιβάδα οξειδίου του χρωμίου (Cr2O3) και σπινελίου χρωμίου σιδήρου (FeCr2O4). Αυτά τα οξείδια είναι πολύ ευαίσθητα στο pH και στο διαλυμένο οξυγόνο για τη διαλυτότητά τους. Όταν εξαερωθεί (DO<5 ppb) the corrosion potential is in the active or passive-transition area where the passive film is less stable . At high pH (>9.5) το οξείδιο του χρωμίου διαλύεται ως χρωμίτης (CrO 2-) ή χρωμικό (CrO 4 2-). Σε χαμηλό pH (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) αφαιρεί συνεχώς τα διαλυμένα είδη και αποτρέπει την επαναπαθητοποίηση και διατηρεί υψηλό ρυθμό διάλυσης. Η ενέργεια ενεργοποίησης για το FAC του 316 είναι περίπου 40-60 kJ/mol, δηλαδή ο ρυθμός διάβρωσης διπλασιάζεται κάθε 15-25 μοίρες πάνω από 150 μοίρες.

Ποσοτικοποιημένα κατώφλια FAC 316 στις 200 μοίρες σε νερό υψηλής-ταχύτητας

Παρακάτω παρουσιάζονται οι ρυθμοί διάβρωσης και η συμπεριφορά λέπτυνσης του τοίχου για τον ανοξείδωτο χάλυβα 316 σε δοκιμή ελεγχόμενου βρόχου στις 200 μοίρες με διακυμάνσεις στο διαλυμένο οξυγόνο, το pH και την ταχύτητα ροής.

Διαλυμένο οξυγόνο (ppb) pH σε 200 μοίρες Ταχύτητα ροής (m/s) Κυρίαρχη διαλυτότητα οξειδίου Ταχύτητα FAC (mm/έτος) Χρόνος έως 0,5 mm Απώλεια τοιχώματος (ώρες) Συνιστάται για σέρβις 200 μοιρών<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25.000 Ναι<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25.000 Ναι<5 7.5-8.5 3-5 Slight 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable <5 8.5-9.5 3-5 Cr(OH)3 solubility 0.05-0.15 3,500-10,000 Not recommended <5 9.5-10.5 >3 Διάλυση χρωμίτη 0.15-0.40 1,250-3.500 Απαράδεκτη<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Cr3+ διαλυτότητα 0.10-0.30 1,700-5.000 Μη αποδεκτό<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Μειωμένη διαλυτότητα 0.03-0.08 6,000-17,000 Οριακή
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Το παθητικό φιλμ σταθεροποιήθηκε<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100 Οποιοδήποτε Οποιοδήποτε Πλήρως παθητικό<0.02 >25.000 Ναι
Το FAC του 316 εξαρτάται πολύ από την ταχύτητα ροής.

Η ταχύτητα ροής είναι ο παράγοντας κλιμάκωσης που μετατρέπει την παθητική διαλυτότητα του φιλμ σε μετρημένη αραίωση τοιχώματος. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει την εξάρτηση της ταχύτητας στους 200 βαθμούς C, συνθήκες απαέρωσης, pH 9,2 (οριακή ζώνη).

Ταχύτητα ροής (m/s) Διατμητική τάση τοιχώματος (Pa, εκτιμώμενη) Ρυθμός FAC @ DO<5 ppb, pH 9.2 (mm/yr)Time to 50% of Original 1.5 mm Wall Loss(hours) Recommended Maximum Velocity for 10-Year Life <1 <10 <0.01 >75,000 Safe 1-2 10-20 0.01-0.03 25,000-75,000 Safe 2-3 20-35 0.03-0.06 12,500-25,000 Acceptable 3-5 35-60 0.06-0.12 6,000-12,500 Marginal (monitor) 5-8 60-100 0.12-0.20 3,750-6,000Not recommended 8-12 100-150 0.20-0.35 2,000-3,750 Unacceptable >12 >150 >0.35 <2,000 Not acceptable
Προδιαγραφές Σχεδιασμού και Πρακτική Χημεία Νερού Θερμοσίφωνων Τροφοδοσίας Νερού στους 200 βαθμούς

316 κλειστοί θερμαντήρες στους 200 βαθμούς στο νερό τροφοδοσίας του λέβητα υψηλής ταχύτητας προστατεύονται από τη διάβρωση με επιτάχυνση της ροής σύμφωνα με τις ακόλουθες απαιτήσεις.

Τύπος νερού τροφοδοσίας Στόχος διαλυμένο οξυγόνο (ppb) Συνιστώμενο pH, 200 μοίρες Μέγιστη ταχύτητα ροής στο περίβλημα (m/s) Αναμενόμενη διάρκεια ζωής θερμαντήρα (έτη)
Όλη η πτητική θεραπεία (AVT) - μείωση 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
Όλη-πτητική επεξεργασία (AVT) - οξειδωτική 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Επεξεργασία φωσφορικών 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (παρακολούθηση)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
Αναγνώριση πεδίου του FAC σε 316 Θήκες Θερμαντήρα

The FAC on a 316 heater will produce unique surface features that are different from conventional corrosion mechanisms in high temperature, high velocity feedwater. The surface is smooth, polished or "orange-peel" in appearance with no pitting or scale. The wall thinning is homogeneous at the high velocity zones (e.g. pipe entry, directly facing the flow). The thinning is often a steady drop of outside diameter throughout the heater length. Scanning electron microscopy (SEM) shows a smooth, featureless surface, with no attack at the grain boundaries. Water chemistry log will show pH >9,5 ή<6.0 and dissolved oxygen <5-20 ppb for prolonged durations. For such failures the answer is to adjust water chemistry to keep pH in the 8.0-8.5 range, and dissolved oxygen >20-50 ppb (εάν είναι συμβατό με το συνολικό σύστημα), ή για να περιορίσετε την ταχύτητα ροής τοποθετώντας τον θερμαντήρα σε παράκαμψη ή φρεάτιο ακινησίας. Η ευαισθησία FAC μπορεί να εξαλειφθεί με αλλαγή σε τιτάνιο ή κράμα 825.

Περίληψη: Χημεία τροφοδοσίας και διαχείριση ταχύτητας για την πρόληψη FAC

Η διάβρωση επιταχυνόμενης ροής των θερμαντικών σωμάτων 316 από ανοξείδωτο χάλυβα σε νερό τροφοδοσίας λέβητα 200 μοιρών λαμβάνει χώρα σε συνθήκες απαέρωσης (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 ή όξινο pH<6.0 and flow velocities >3-5 m/sec. Under these conditions, the passive film is dissolved as chromite or chromium ions, resulting in wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year. For high temperature feedwater service with 316 sheaths, engineers should stipulate pH of 8.0-9.0, dissolved oxygen >20 ppb (ideally 50-100 ppb) and a flow velocity below 3-4 m/s at the sheath surface. If high velocity (>5 m/s) cannot be avoided, oxidising water treatment (oxygenated treatment, OT) with DO >100 ppb θα σταθεροποιήσει το παθητικό φιλμ και θα αποφύγει το FAC. Η μεθοδολογία που δίνεται εδώ συσχετίζει το διαλυμένο οξυγόνο, το pH και την ταχύτητα ροής με μετρήσιμους ρυθμούς FAC στις 200 μοίρες και επιτρέπει στον αγοραστή να ορίσει τη χημεία του νερού και τις υδραυλικές παραμέτρους που θα διατηρήσουν το παθητικό φιλμ σε 316 θήκες θερμαντήρα σε λειτουργία τροφοδοτικού νερού λέβητα υψηλής ταχύτητας.