Pie kādas īpašas barības ūdens izšķīdinātā skābekļa koncentrācijas un pH kombinācijas 316 nerūsējošā tērauda sildītāja apvalks cieš no -paātrinātas korozijas (FAC) 200 grādos liela ātruma katla padeves ūdenī

Pasīvās plēves izšķīdināšana augstas tīrības augstas temperatūras ūdenī

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). Šajā rakstā ir novērtēti izšķīdušā skābekļa un pH sliekšņi FAC ierosināšanai uz 316 apvalkiem 200 grādu temperatūrā.

Pasīvo plēvju šķīdības augstā temperatūrā mehānisms

Augstas -temperatūras ūdenī (200 grādi) pasīvā plēve uz 316 ir hroma oksīda (Cr₂O3) un dzelzs hroma spineļa (FeCr₂O₄) divslānis. Šie oksīdi ir ļoti jutīgi pret pH un izšķīdušo skābekli to šķīdības dēļ. Kad atgaisots (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) hroma oksīds tiek izšķīdināts kā hromīts (CrO 2-) vai hromāts (CrO 4 2-). Pie zema pH (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) pastāvīgi noņem izšķīdušās vielas un novērš repasivāciju un uztur augstu šķīdināšanas ātrumu. FAC 316 aktivizācijas enerģija ir aptuveni 40-60 kJ/mol, ti, korozijas ātrums dubultojas ik pēc 15-25 grādiem virs 150 grādiem.

Kvantitatīvie FAC sliekšņi 316 pie 200 grādiem liela ātruma ūdenī

Zemāk ir parādīti korozijas ātrumi un sienu retināšanas izturēšanās 316 nerūsējošajam tēraudam kontrolētā cilpas testā pie 200 grādiem ar izšķīdušā skābekļa, pH un plūsmas ātruma izmaiņām.

Izšķīdināts skābeklis (ppb) pH pie 200 grādiem Plūsmas ātrums (m/s) Dominējošā oksīda šķīdība FAC ātrums (mm/gadā) Laiks līdz 0,5 mm Sienas zudums (stundas) Ieteicams 200 grādu apkalpošanai<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25 000 Jā<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25 000 Jā<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 Hromīta izšķīšana 0.15-0.40 1,250-3500 Nepieņemami<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Cr3+ šķīdība 0.10-0.30 1,700-5000 Nepieņemama<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Samazināta šķīdība 0.03-0.08 6, 000-17 000 Robeža
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Stabilizēta pasīvā plēve<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100 Jebkurš Jebkurš Pilnībā pasīvs<0.02 >25 000 Jā
316 FAC ir ļoti atkarīgs no plūsmas ātruma.

Plūsmas ātrums ir mērogošanas faktors, kas pārveido pasīvās plēves šķīdību izmērītā sienas retināšanā. Zemāk esošajā tabulā parādīta ātruma atkarība pie 200°C, atgaisotos apstākļos, pH 9,2 (marginālā zona).

Plūsmas ātrums (m/s) Sienas bīdes spriegums (Pa, aprēķinātais) FAC ātrums @ 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
Barošanas ūdens sildītāju konstrukcijas specifikācija un praktiskā ūdens ķīmija 200 grādos

316 apvalkotie sildītāji 200 grādu temperatūrā ātrgaitas katla padeves ūdenī ir aizsargāti no plūsmas paātrinātas korozijas ar šādām prasībām.

Barības ūdens veids Mērķa izšķīdinātais skābeklis (ppb) Ieteicamais pH, 200 grādi Maksimālais plūsmas ātrums apvalkā (m/s) Paredzamais sildītāja kalpošanas laiks (gadi)
Visa gaistošā terapija (AVT) - samazinājums 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
Visa-gaistošā apstrāde (AVT) - oksidējoša 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Fosfātu apstrāde 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (monitors)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
FAC lauka identifikācija uz 316 sildītāju apvalkiem

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 vai<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 (ja tas ir saderīgs ar kopējo sistēmu), vai lai ierobežotu plūsmas ātrumu, ievietojot sildītāju apvadā vai apturēšanas akā. FAC jutību var novērst, mainot titānu vai sakausējumu 825.

Kopsavilkums: Barības ūdens ķīmija un ātruma pārvaldība, lai novērstu FAC

316 nerūsējošā tērauda apvalku sildītāju plūsmas paātrinātā korozija 200 grādu katla padeves ūdenī notiek atgaisotos apstākļos (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 vai skābs 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 stabilizēs pasīvo plēvi un izvairīsies no FAC. Šeit sniegtā metodoloģija saista izšķīdušo skābekli, pH un plūsmas ātrumu ar izmērāmiem FAC ātrumiem pie 200 grādiem un ļauj pircējam definēt ūdens ķīmiskos un hidrauliskos parametrus, kas saglabās pasīvo plēvi uz 316 sildītāja apvalkiem liela ātruma katla barošanas ūdens darbībā.