Ar kādu specifisku skābekļa savācēja koncentrācijas (sulfīta/hidrazīna) un pH kombināciju 316 nerūsējošā tērauda sildītāja apvalks pāriet no pasīvās uz aktīvo koroziju katla padeves ūdenī 150 grādu temperatūrā

Reducējošs līdzeklis{0}}izraisa pasivitātes samazināšanos augstas temperatūras ūdenī

In boiler feedwater service, the addition of oxygen scavengers, such as sodium sulphite (Na2SO3) or hydrazine (N2H4), to 316 stainless steel clad electric heating tubes is utilised for the removal of dissolved oxygen and prevention of corrosion of carbon steel components. But these lowering chemicals can have adverse effects on 316 SS at elevated temperatures. At 150 C (average temperature of deaerated feedwater heaters) sulphite is decomposed to Sulphide (S2-) and Thiosulphate (S2O3 2-). Hydrazine is decomposed to Ammonia (NH3). Both breakdown products can decrease the stability of the passive film on 316. The passive coating becomes active and the corrosion becomes uniform with rates of 0.5-2 mm per year when the concentration of the oxygen scavenger is above a critical value-sulfite >10-20 ppm or hydrazine >5-10 ppm-combined with alkaline pH (>9,5) vai skābs pH (<6.0). In this work, critical concentration thresholds for sulphite and hydrazine for passivity breakdown at 150°C are quantified.

Skābekļa uztvērēja{0}}izraisītā pasivitātes zuduma mehānisms

At high temperature (>100 grādi) nātrija sulfīts sadalās: 4Na₂SO₃ → 3Na₂SO₄ + Na₂S Izgatavotais sulfīds (S2−) ir spēcīgs reducētājs un var reaģēt ar pasīvo hroma oksīda pārklājumu, veidojot neaizsargājošu hroma sulfīdu (CrS, Cr2S3). Veidojas arī tiosulfāts (S2O3 2-), un ir atzīts, ka tas ir īpašs nerūsējošā tērauda punktveida un SCC aktivators. Hidrazīna 3N2H4 → 4NH3 + N2 sadalīšanās Amonjaks (NH 3 ) apvienojas ar niķeļa joniem (Ni 4+ vai Ni 2+ ) selektīvi izskalo niķeli no pasīvās plēves un sakausējuma virsmas, tādējādi veidojot niķeļa - korozijas izturīgāku slāni. Abiem procesiem ir nepieciešams vai nu zems pH līmenis (lai saglabātu sulfīdu šķīdumā kā H2S), vai augsts pH (lai palielinātu amonjaka kompleksu veidošanos). Pie neitrāla pH (6,5-8,0) šīs nelabvēlīgās ietekmes tiek samazinātas līdz minimumam.

Kvantificēts pasivitātes sadalījums 150 C temperatūrā

Korozijas ātrums un laiks līdz pasivitātes zudumam 316 nerūsējošajam tēraudam atgaisotā ūdenī 150 grādu temperatūrā (pH regulēts ar NaOH vai NH4OH) dažādās sulfītu un hidrazīna koncentrācijās tiek noteikts kontrolētos testos.

Skābekļa savācēja koncentrācija (ppm) pH 150 grādi Korozijas ātrums (mm/gadā) Galvenais sadalīšanās produktsLaiks līdz 0,2 mm Metāla zudumi (stundas) Pasīvās plēves stabilitātePakalpojums Ieteicamais 150 grādi
Nātrija sulfīts<2 7.0-9.0 Low decomposition <0.02 >10 000 Stabils Jā
Nātrija sulfīts 2-5 7.0-9.0 Trace S²⁻/S₂O₃²⁻ 0.02-0.05 4 000–10 000 Nedaudz degradēts Pieņemams
Nātrija sulfīts 5-10 7.0-9.0 10-30 ppm S 2- salīdzināms 0.05-0.10 2, 000-4 000 robežkontroles
Nātrija sulfīts 10-20 8.0-9.5 30-60 ppm S2- ekvivalents 0.10-0.30 700-2 000 Degradēts Nav ieteicams
Sodium sulfite 10-20 >9.5 vai<6.0 Accelerated S2- release 0.30-1.00 200-700 Unstable No
Sodium sulfite >20 Any >60 ppm S2- >1.00 <200 Active corrosion Unacceptable
Hidrazīns<1 7.0-9.0 Minimal NH3 <0.02 >10 000 Stabils Jā
Hidrazīns 1-3 7.0-9.0 1-5 ppm "NH₃ 0.02-0.05 4, 000-10 000 Nedaudz degradēts Pieņemams
Hidrazīna 3-5 7.0-9.0 5 līdz 10 ppm NH3 0.05-0.10 2, 000-4000 robežkontrole
Hidrazīns 5-10 8.0-9.5 10-20 ppm NH₃ 0.10-0.25 800-2,000 Degradēts Nav ieteicams
Hydrazine 5-10 >9.5. Pastiprināta Ni kompleksēšana 0.25-0.60 300-800 Nestabils Nr
Hydrazine >10 Any >20 ppm NH3 >0.60 <300 Active corrosion Unacceptable
Mijiedarbības ar skābekļa uztvērēja koncentrāciju kritiskais pH{0}}C

Pieļaujamā skābekļa savācēja koncentrācija ir būtiski atkarīga no pH pie 150 grādiem. Zemāk ir tabula ar maksimālo ieteicamo koncentrāciju dažādos pH diapazonos.

Maksimālais nātrija sulfīts (ppm) pH pie 150 grādiem Maksimālais hidrazīna (ppm) dominējošais atteices mehānismsIeteicamā darbība, ja tiek pārsniegta 6.0-6.5 3 2 skābes- izraisīta atšķaidīšana Samaziniet savācēju vai noregulējiet pH
5 3 6.5-7.5 Jaukts Pieņemams
7.5-8.5 8 4 Minimāli pieņemams
8.5-9.0 5 3 Amonjaka komplekss, pievērsiet uzmanību
9.0-9.5 3 2 Amonjaka komplekss Apakšējais savācējs
9.5-10.0 2 1 Strong Ni leachingUpgrade to 316L or Alloy 825 >10.0 <1 <0.5Rapid active corrosion 316 not suited 
Praktiskās specifikācijas ūdens ķīmijai katlu padeves ūdens sildītājos

Lai nodrošinātu ilgstošu -apvalku sildītāju pasīvo stabilitāti 150 grādu katla padeves ūdenim ar atgaisošanu 150 grādos, ir nepieciešami šādi skābekļa uztvērēja un pH kritēriji.

Sistēmas tips Mērķa izšķīdinātais skābeklis (ppb) Ieteicamā skābekļa uztvērēja maksimālā koncentrācija (ppm) 150 grādi Ieteicamais pH paredzamais sildītāja kalpošanas laiks (gadi)
Zema spiediena katls (<15 bar) <100 Sodium sulfite 5-8 8.0-8.5 >10
Vidēja spiediena katls (15-30 bar) 50 Nātrija sulfīts 4-6 8.0-8.5 8-12
High pressure boiler (>30 bāri)<20 Hydrazine 2-4 8.5-9.0 5-10
Very high pressure (>60 bāri) 10 Hidrazīns + amonjaks 1-2 9.0-9.2 5-8 (jauninājums uz 316L)
Identifikācija skābekļa savācēju izraisītās korozijas laukā

Ja 316 sildītājs nedarbojas katla padeves ūdens režīmā ar paātrinātu vienmērīgu koroziju (pretstatā punktveida izsitumiem), apsveriet skābekļa savācēja pārbarošanu. Apvalka virsma parasti būs nelietderīga, bez identificējamām bedrēm vai plaisām. Korozijas produkti var būt melni (Fe 3 O 4 ) ar zaļganu nokrāsu niķeļa savienojumu dēļ. Pārskatiet ūdens ķīmijas žurnālu, vai sulfīts ir lielāks par 10 ppm vai hidrazīns ir lielāks par 5 ppm. Korozijas produkta rentgenstaru difrakcijas analīze var parādīt niķeļa sulfīdu (NiS), ja iemesls bija sulfīta sadalīšanās. Risinājums ir nodrošināt skābekļa savācēju līdz minimumam, kas nepieciešams, lai izšķīdušā skābekļa koncentrācija būtu zemāka par mērķi, un noregulēt pH neitrālā diapazonā (7,5–8,5). Ja ilgstoši tiek padots pārmērīgs tīrīšanas līdzeklis, pārejiet uz sakausējumu 825 vai 316L ar vairāk niķeļa.

Secinājums: Skābekļa noņemšana vai stabila pasīvā plēve

Jāizvairās no pasīvās plēves sadalīšanās 316 nerūsējošā tērauda sildītājiem katla padeves ūdenī pie 150 grādiem, un tas prasa rūpīgu skābekļa savācēja koncentrācijas kontroli. Nātrija sulfīts koncentrācijā, kas pārsniedz 8-10 ppm, izraisa sulfīda-inducētu Cr/sub 2/O/sub 3/ pārvēršanos par neaizsargājošu hroma sulfīdu ar nemainīgu korozijas ātrumu 0,1–0,3 mm/gadā. Hidrazīna koncentrācija, kas lielāka par 3-5 ppm, izraisa amonjaka izraisītu niķeļa izskalošanos un pasīvo plēves bojāšanos. Inženieriem, kas norādījuši 316 apvalkus atgaisotā padeves ūdens pakalpojumam, jāsamazina sulfīts līdz<8 ppm (ideally 5 ppm) and hydrazine to <4 ppm (preferably 2 ppm) and maintain pH between 7.5 and 8.5. The framework given here connects oxygen scavenger concentration and pH to measurable corrosion rates at 150°C. This allows the buyer to select water treatment plans that safeguard the carbon steel components (by oxygen removal) and the 316 heater sheaths (by avoiding overfeed of reducing agents).