Κάτω από ποιον συγκεκριμένο συνδυασμό pH και δείκτη κορεσμού η θήκη θερμαντήρα από ανοξείδωτο χάλυβα 316 αναπτύσσει κλίμακα ανθρακικού ασβεστίου που προκαλεί διάβρωση κάτω από-απόθεσης στους 90 βαθμούς

Το όριο κλιμάκωσης από προστατευτικό σε διαβρωτικό

For 316 stainless steel encased electric heating tubes immersed in hard water at 90°C, the precipitation of calcium carbonate scale on the sheath surface is not a simple thermal insulation problem-it can also lead to localised corrosion referred to as under-deposit corrosion (UDC). At high supersaturation (Langelier Saturation Index, LSI, between 0.5 and 1.5), the scale layer is thin (20-100 µm) and porous, so that corrosive species (chlorides, oxygen) can reach the metal surface below the scale, generating a differential aeration cell that speeds up pitting. At high supersaturation (LSI >2.0) scale is thick (>200 µm) και συνεχής διακοπή της κίνησης οξυγόνου εντελώς και σχηματισμός εξαιρετικά διαβρωτικού στάσιμου στρώματος. Δεν υπάρχει κλίμακα κάτω από το LSI 0,5 και το 316 είναι παθητικό. Ο συνδυασμός κλειδιών για το UDC είναι pH 7,5 έως 8,5 (όπου η ισορροπία διττανθρακικών-ανθρακικών είναι ευνοϊκή για παραγωγή κλίμακας) και LSI 0,8 έως 1,8. Αυτό το χαρτί υπολογίζει τα όρια pH{10}}LSI για διάβρωση κάτω από{11}}απόθεση σε 316 περιβλήματα στις 90 μοίρες .

Μηχανισμός υπό-απόθεσης διάβρωσης

Όταν σχηματίζεται μια πορώδης κλίμακα ανθρακικού ασβεστίου στον ανοξείδωτο χάλυβα 316 σε ζεστό νερό, το μέταλλο κάτω από την κλίμακα γίνεται οξυγόνο λόγω της διέλευσης του οξυγόνου μέσω της κλίμακας και του σταθερού στρώματος είναι αργή. Τα μέρη χωρίς άλατα (εάν υπάρχουν) ή οι περιοχές ακριβώς έξω από την κλίμακα οξυγονώνονται πλήρως σχηματίζοντας μια κυψέλη διαφορικού αερισμού, το στερημένο οξυγόνο μέταλλο κάτω από την κλίμακα είναι η άνοδος και το πλούσιο σε οξυγόνο γυμνό μέταλλο η κάθοδος. Τα ιόντα χλωρίου ρέουν στην ανοδική περιοχή για να διατηρήσουν την ουδετερότητα του φορτίου και το χαμηλό pH από την υδρόλυση μετάλλων κάτω από την κλίμακα αναστέλλει την επαναπαθητοποίηση. Ο ρυθμός διάβρωσης μπορεί να φτάσει τα 0,5-2 mm ετησίως, που είναι συγκρίσιμος με τον ρυθμό ενεργού διάβρωσης σε οξύ. Η ίδια η ζυγαριά μπορεί να έχει μείνει, αλλά το μέταλλο κάτω από αυτό διαλύεται, σχηματίζοντας μια κοιλότητα που διατρυπά τη θήκη.

Ποσοτικοποιημένα όρια για διάβρωση κάτω από{0}}απόθεσης στους 90 βαθμούς

Οι συνδυασμοί pH-LSI που προκαλούν διάβρωση υποαπόθεσης σε 1.000 ώρες έχουν προσδιοριστεί για 316 περιβλήματα (Ra=0.4 μm) σε συνθετικό σκληρό νερό (300 ppm σκληρότητα CaCO3, 200 ppm αλκαλικότητα, 200 ppm Cl-, ρυθμισμένη θερμοκρασία 2x, 90 μοίρες, pH 90, pH).

Δείκτης κορεσμού Langelier (LSI) pH σε 90 μοίρες (εκτιμώμενο) Πάχος κλίμακας (μετά από 1.000 ώρες) (μικρά) Κλίμακα πορώδους (%) Κάτω από-Ρυθμός διάβρωσης κατάθεσης (mm/έτος) Χρόνος έως τη διάτρηση (τοίχωμα 1,5 mm) Συνιστάται<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 ετών Ναι 0-0.5 7.0-7.5 0-20 Δ/Υ 0.02-0.05 30-75 ετών Ναι
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 έτη Αποδεκτό
0,8 έως 1.2 7.8 έως 8.1 20 έως 50 20 έως 30% 0,10 έως 0.25 6 έως 15 έτη Οριακό 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 έτη Δεν συνιστάται
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 έτη Μη αποδεκτό
1.8-2.0 8.7-8.9 80-150 <5% 0.20-0.40 (protective scale) 4-8 years (limited UDC) Transition2.0 >8.9 >150 <3% (dense) <0.05 (sealed, no UDC) >30 χρόνια (αλλά κίνδυνος υπερθέρμανσης) κίνδυνος υπερθέρμανσης, όχι UDC
Επίδραση του χλωρίου στην ένταση της διάβρωσης υπό-απόθεσης

Το UDC επιταχύνεται σημαντικά από τη συγκέντρωση χλωρίου. Η επίδραση του χλωρίου στο κρίσιμο όριο LSI για το UDC στους 90 βαθμούς φαίνεται στον παρακάτω πίνακα.

Συγκέντρωση χλωρίου (ppm) Όριο LSI για έναρξη UDC (ζωή 5 ετών) Προτιμώμενο Μέγιστο LSI για 5 χρόνια Συνιστώμενη ενέργεια<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Απαιτείται μαλακτικό ή αναστολέας
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Απαιτείται μαλάκωμα. εξέταση αναβάθμισης
Πρακτικές Προδιαγραφές Χημείας Νερού Πρόληψης UDC

Για να αποφευχθεί η διάβρωση υπό{0}}εναπόθεσης, συνιστώνται τα ακόλουθα κριτήρια χημείας νερού για θερμαντήρες 316 με επένδυση στις 90 μοίρες:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; κρατήστε κάτω από 1,2 εάν το χλωρίδιο είναι 100-200 ppm. κρατήστε κάτω από 1,5 εάν είναι χλωριούχο<100 ppm

pH @ 90 C: Διατήρηση 7.0 - 7.8 (χαμηλότερο pH=λιγότερη κλίμακα, μεγαλύτερος κίνδυνος γενικής διάβρωσης Υψηλότερο pH=μεγαλύτερη κλίμακα, μεγαλύτερος κίνδυνος UDC)

Αλκαλικότητα: Λιγότερο από 200 ppm ως CaCO3 για μείωση της πιθανότητας ανάπτυξης κλίμακας

Αναστολέας αλάτων – προσθέστε 2-5 ppm φωσφονικό ή πολυακρυλικό εάν LSI > 1,0

Στην ενότητα-Διάγνωση πεδίου διάβρωσης κατάθεσης

Το UDC κάτω από την κλίμακα ανθρακικού ασβεστίου οδηγεί σε τυπικές ημισφαιρικές κοιλότητες στην επιφάνεια του περιβλήματος, συνήθως διαμέτρου 2–10 mm, με την κλίμακα να είναι ακόμα προσαρτημένη ή μερικώς αφαιρεθεί. Η αφαίρεση της ζυγαριάς εκθέτει φωτεινές, γυαλιστερές, μεταλλικές επιφάνειες με κουκούτσια, αντί για τη θαμπή, λεπτή επιφάνεια. Οι λάκκοι συχνά έχουν χαμηλές άκρες όπου η διάβρωση έχει μετακινηθεί πλευρικά κάτω από την κλίμακα. Στην περίπτωση δημιουργίας αλάτων-με αποτυχημένες συσκευές θέρμανσης, αλλά δεν υπάρχουν ενδείξεις διάτρησης σε τμήματα-ελεύθερα κλίμακας, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το UDC. Η ανάλυση κλίμακας με περίθλαση ακτίνων Χ συνήθως εμφανίζει ασβεστίτη ή αραγωνίτη (CaCO3), μερικές φορές σε συνδυασμό με προϊόντα διάβρωσης (Fe2O3, Fe3O4). Η απάντηση είναι να ελαχιστοποιήσετε το LSI (με μείωση του pH ή αποσκλήρυνση του νερού) ή να προσθέσετε έναν αναστολέα αλάτων που αλλάζει το σχήμα του κρυστάλλου σε μη προσκολλημένη κλίμακα.

Συμπέρασμα: Διαχείριση LSI και pH για την αποφυγή διάβρωσης υπό-απόθεσης

316 θερμάστρες από ανοξείδωτο χάλυβα σε σκληρό νερό 90 μοιρών. Ο σχηματισμός μιας πορώδους κλίμακας ανθρακικού ασβεστίου, η οποία δημιουργεί κύτταρα διαφορικού αερισμού, συμβαίνει όταν ο δείκτης κορεσμού Langelier (LSI) είναι μεταξύ 0,8 και 1,8 και το pH είναι μεταξύ 7,5 και 8.5 . Πάνω από το LSI 1,8 η κλίμακα είναι πυκνή και προστατευτική έναντι υπερθέρμανσης του UDC. Σε LSI < 0,8, το UDC δεν ενεργοποιείται από τη δημιουργία κλίμακας. Το LSI πρέπει να υπολογίζεται στη θερμοκρασία λειτουργίας. Στην υπηρεσία σκληρού νερού, οι μηχανικοί που καθορίζουν 316 περιβλήματα πρέπει να διατηρούν το LSI κάτω από 1,0 όταν το χλώριο υπερβαίνει τα 200 ppm ή να περιλαμβάνουν αναστολείς αλάτων που επηρεάζουν τη μορφολογία αλάτων. Η μεθοδολογία που δίνεται εδώ παρέχει μια σύνδεση μεταξύ του pH, του LSI και των μετρήσιμων ποσοστών UDC, η οποία επιτρέπει στους πελάτες να επιλέξουν τη χημεία του νερού που θα αποτρέψει την τοπική διάβρωση{16}}που προκαλείται από κλίμακα.