Při jaké konkrétní kombinaci pH a indexu nasycení vytváří plášť ohřívače z nerezové oceli 316 vápenný uhličitan vápenatý, který způsobuje pod-korozi usazenin při 90 stupních

Prahová hodnota vodního kamene od ochranného po korozivní

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) a kontinuální úplné zastavení pohybu kyslíku a vytvoření vysoce korozivní stagnující vrstvy. Žádné měřítko se nevytváří pod LSI 0,5 a 316 je pasivní. Klíčová kombinace pro UDC je pH 7,5 až 8,5 (kde je bikarbonát-uhličitanová rovnováha příznivá pro výrobu v měřítku) a LSI 0,8 až 1,8. Tento dokument vypočítává prahové hodnoty pH-LSI pro korozi pod-depozitem na 316 pláštích při 90 stupních.

Mechanismus pod-depozitní koroze

Když se na nerezové oceli 316 v horké vodě vytvoří porézní okují uhličitanu vápenatého, kov pod okují ztrácí kyslík, protože průchod kyslíku okují a stacionární vrstvou je pomalý. Části bez kotelního kamene (jsou-li nějaké) nebo oblasti těsně vně stupnice jsou plně okysličovány a tvoří diferenciální provzdušňovací buňku, přičemž kov zbavený kyslíku pod stupnicí je anoda a holý kov bohatý na kyslík katoda. Chloridové ionty proudí do anodické oblasti, aby byla zachována neutralita náboje a nízké pH z hydrolýzy kovu pod stupnicí inhibuje repasivaci. Rychlost koroze může dosáhnout 0,5-2 mm za rok, což je srovnatelné s rychlostí aktivní koroze v kyselině. Samotná stupnice může být ponechána, ale kov pod ní se rozpustí a vytvoří dutinu, která perforuje pouzdro.

Kvantifikované prahové hodnoty pro korozi pod-depozitem při 90 stupních

Kombinace pH-LSI způsobující koroze pod nánosem za 1000 hodin byly stanoveny pro 316 plášťů (Ra=0.4 µm) v syntetické tvrdé vodě (300 ppm CaCO3 tvrdost, 200 ppm alkalita, 200 ppm Cl-, pH 5, tepelný tok 90 cm).

Langelierův index saturace (LSI) pH při 90 stupních (odhad) Tloušťka stupnice (po 1 000 hodinách) (mikrometry) Pórovitost stupnice (%) pod-rychlost nánosu (mm/rok)Doba do perforace (1,5 mm stěna) Doporučeno<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 let Ano 0-0.5 7.0-7.5 0-20 N/A 0.02-0.05 30-75 let Ano
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50 % 0.05-0.10 15-30 let Přijatelné
0,8 až 1.2 7.8 až 8.1 20 až 50 20 až 30 % 0,10 až 0.25 6 až 15 let Marginální 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20 % 0.25-0.50 3-6 let Nedoporučuje se
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10 % 0.50-1.00 1.5-3 let Nepřijatelné
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 let (ale riziko přehřátí) riziko přehřátí, ne UDC
Vliv chloridů na intenzitu pod-depozitní koroze

UDC je podstatně urychlen koncentrací chloridů. Vliv chloridů na kritický práh LSI pro UDC při 90 stupních je vidět v tabulce níže.

Koncentrace chloridu (ppm) LSI Prahová hodnota pro zahájení UDC (5letá životnost) preferováno Maximální LSI pro 5letou životnost Doporučená akce<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Je vyžadováno změkčení nebo inhibitor
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Vyžadováno změkčení; úvaha o upgradu
Praktické specifikace prevence MDT vody

Aby se zabránilo pod-korozi usazenin, doporučují se následující kritéria chemického složení vody pro ohřívače 316 s pláštěm při 90 stupních:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; udržovat pod 1,2, pokud je chlorid 100-200 ppm; pokud je to chlorid, udržujte pod 1,5<100 ppm

pH @ 90C: Udržujte 7.0 - 7.8 (nižší pH=méně vodního kamene, větší nebezpečí obecné koroze Vyšší pH=více vodního kamene, větší riziko UDC)

Alkalita: Méně než 200 ppm jako CaCO3 pro snížení potenciálu pro tvorbu vodního kamene

Inhibitor vodního kamene – přidejte 2–5 ppm fosfonátu nebo polyakrylátu, pokud LSI > 1,0

V části -Diagnostika pole koroze usazenin

UDC pod stupnicí uhličitanu vápenatého vede k typickým polokulovitým dutinám na povrchu pochvy, obvykle o průměru 2–10 mm, se stupnicí stále připojenou nebo částečně odstraněnou. Odstraněním stupnice se odkryjí světlé, lesklé povrchy kovu s důlky, spíše než matný, šupinatý povrch. Jámy mají často podříznuté okraje, kde se koroze posunula bočně pod váhu. V případě nahromadění vodního kamene-se selhávajícími ohřívači, ale bez známek důlkové tvorby-částí bez vodního kamene, je třeba zvážit UDC. Analýza stupnice pomocí rentgenové difrakce obvykle zobrazuje kalcit nebo aragonit (CaCO₃), někdy v kombinaci s korozními produkty (Fe₂O₃, Fe₃O₄). Řešením je minimalizovat LSI (snížením pH nebo změkčením vody) nebo přidat inhibitor vodního kamene, který změní tvar krystalu na nepřilnavý vodní kámen.

Závěr: Správa LSI a pH tak, aby nedocházelo ke korozi pod-depozitem

316 zapouzdřených ohřívačů z nerezové oceli v 90stupňové tvrdé vodě. K tvorbě porézního uhličitanu vápenatého, který vytváří diferenciální provzdušňovací články, dochází, když je Langelierův index saturace (LSI) mezi 0,8 a 1,8 a pH mezi 7,5 a 8.5 . Nad LSI 1,8 je vodní kámen hustý a chrání před UDC (ačkoli přehřátí může být problém). Při LSI < 0,8 není UDC spouštěn vytvořením měřítka. LSI se musí vypočítat při provozní teplotě. Inženýři služeb pro tvrdou vodu, kteří specifikují 316 plášťů, musí udržovat LSI pod 1,0, když chlorid překročí 200 ppm, nebo obsahovat inhibitory vodního kamene, které ovlivňují morfologii vodního kamene. Zde uvedená metodika poskytuje spojení mezi pH, LSI a měřitelnými rychlostmi UDC, což zákazníkům umožňuje zvolit chemii vody, která zabrání{16}}lokální korozi způsobené vodním kamenem.