Při jaké konkrétní kombinaci koncentrace zbytkového chloru a pH přechází plášť ohřívače z nerezové oceli 316 z pasivního na pitting v teplé užitkové vodě při 60 stupních

Narušení pasivity v systémech pitné vody vyvolané dezinfekcí

V systémech teplé užitkové vody, které používají elektrické topné trubky 316 s pláštěm z nerezové oceli (místo-použití-ohřívačů, zásobníků na horkou vodu, recirkulačních smyček atd.) představuje použití zbytkového chlóru (přidávaného jako plynný chlór, chlornan sodný nebo chloramin k dezinfekci) riziko důlkové koroze, které se u neupravené vody nevyskytuje. Stabilita nebo lokální rozpad pasivního filmu na 316 závisí na volném zbytkovém chlóru (Cl2, HOCl, OCl-) a pH při 60 stupních (průměrná teplota teplé vody v domácnosti). 316 zůstává pasivní pod prahovou koncentrací volného chlóru ~2 ppm při pH 7,5. Nad 3-4 ppm při stejném pH začíná pitting za týdny až měsíce. Důležitý je vliv pH: při pH 8,5 se přípustná koncentrace chloru zdvojnásobí a při pH 6,5 se sníží na polovinu. Tento článek odhaduje prahové hodnoty pH chloru pro důlkovou korozi začínající na 316 pláštích v 60stupňové pitné vodě a uvádí standardy pro úpravu vody pro životnost ohřívače.

Mechanismus chlorem indukovaného pittingu

Volný zbytkový chlor ve vodě je v rovnováze mezi kyselinou chlornou (HOCl) a chlornanovým iontem (OCl-), poměr závisí na pH. HOCl převládá při pH < 7,5; OCl- převládá při pH > 7,5. HOCl je silnější oxidační činidlo než OCl- a je více nepřátelské vůči pasivním filmům z nerezové oceli. Chlorové částice na kovovém povrchu mohou lokálně narušovat tvorbu filmu oxidu chrómu tvorbou rozpustných chlor-komplexů chrómu nebo vytvářením vysoce oxidačních podmínek, které vedou k transpasivnímu rozpouštění (oxidace Cr 3+ na rozpustný Cr 6+). Silný oxidační potenciál chloru udržuje silnou lokální chemii, která vede ke stabilní tvorbě důlků poté, co se pasivní film protrhne na slabém místě, obvykle na vměstku MnS nebo povrchovém poškrábání. Důlková koroze vyvolaná chlorem se liší od důlkové koroze vyvolané chloridy, kde jsou vyžadovány stovky až tisíce ppm Cl-, chlor je podstatně silnější oxidační činidlo a důlková koroze se může vyvinout při hladinách volného chlóru 1–5 ppm.

Kvantifikované prahové hodnoty pro pitting v 60stupňové teplé užitkové vodě

Po systematickém testování ponořením nerezové oceli 316 (Ra=0.4 µm leštěný povrch) do syntetické horké užitkové vody (100 ppm Cl-, 80 ppm SO4-2, 120 ppm tvrdost CaCO3) při 60 stupních s použitím řízeného zbytkového volného chlóru (měřeno jako Cl1 po pitingu 0 po hodinách po pittingu 0) a hranice pH Cl1 0 expozice.

Volný zbytkový chlor (ppm jako Cl2) pH Dominantní druhy chloru Doba iniciace důlků (hodiny) Maximální hloubka důlku po 1 000 hodinách (µm) Čas do perforace (1,5 mm stěna) Doporučeno pro teplou užitkovou vodu<0.5 6.5-8.5 Mixed No pitting <5 >30 let Ano
0.5-1.0 7.0-8.5 Mixed >5 000 (nemusí se spustit)<10 >20 let Ano
7.5-8.5 1.0-1.5 OCl⁻ dominantní 2 000-5,000 10-30 10-20 let Přijatelné s dohledem 1.0-1.5 6.5-7.5 HOCl dominantní 1 000-2,000 30-60 5-10 let Marginální
1.5-2.0 7.5-8.5 Fl⁻ dominantní 1 000–2,000 40-80 4-8 let Okrajová
1.5-2.0 6.5-7.5 HOCl dominantní 500-1,000 80-150 2-5 let Nedoporučuje se
2.0-3.0 7.5-8.5 OCl⁻ dominantní 300-800 100-200 2-4 let Nedoporučuje se
2.0-3.0 6.5-7.5 HOCl dominantní 100-300 200-400 1-2 let Nepřijatelné
3.0-5.0 7.5-8.5 OCl- dominantní 100-300 200-500 1-2 let Nepřijatelné
3.0-5.0 6.5-7.5 Dominantní HOCl 50-100 400-800 6-12 měsíců Nepřijatelné5,0 Jakákoli HOCl nebo OCl⁻<50 >500 <6 months Unacceptable
Vliv teploty na agresivitu chlóru

Prahové hodnoty v tabulce jsou pro 60 stupňů. S rostoucí teplotou se chlór stává agresivnějším v důsledku zvýšené rychlosti difúze a méně stabilního pasivního filmu. Pod 60 stupňů se přípustný obsah chloru zvyšuje téměř lineárně s klesající teplotou.

Teplota vody (stupně) Max. volný chlor po dobu 5 let Životnost bez důlkové koroze při pH 7,5 (ppm) Doporučená akce
40 3.0 Není třeba provádět žádnou zvláštní akci
50 2.2 Monitor if >2.0 ppm 60 1.5 Dechlorinate if >1,5 ppm 70 1.0 Doporučená dechlorace 80 0.7 Požadována dechlorace 90 0.5 316 nedoporučuje se; upgrade na titan
Praktická doporučení pro úpravu vody v ohřívačích teplé užitkové vody

316 zapouzdřených ohřívačů v domácích teplovodních systémech na 60 stupňů má následující standardy pro úpravu vody pro dlouhodobý provoz bez důlků.

Zbytkový volný chlor (ppm) pH Doporučená akce<0.5 Any No action required
>7.5 Žádná akce; snesitelné 0,5-1,0
0.5-1.0 <7.5 Adjust pH to >7.5 hydroxidem sodným nebo pozorně pozorujte
1.0-1.5 >8.0 Přijatelné; kontrolovat každé 2 roky
1.0-1.5 7.0-8.0 Snižte chlór nebo upgradujte na 316 l s elektrolyticky leštěným povrchem
1.5-2.0 >8.0 Snižte chlór nebo aktualizujte ohřívač
1.5-2.0 <8.0 Dechlorination (injection of activated carbon or sodium sulphite) necessary2.0 Any Dechlorination necessary; upgrade to titanium?
Polní identifikace chloru{0}}způsobeného důlkovou korozi

Zbytkový chlór způsobuje důlky, které jsou obecně malé (průměr 0,1-0,5 mm), četné a rovnoměrně rozmístěné po povrchu pláště (na rozdíl od důlků vyvolaných chloridy, které jsou větší a méně četné). Jámy jsou často obklopeny jasným katodovým prstencem a mají tmavě hnědý nebo černý střed (oxid manganu z rozpuštění inkluze). Jsou-li ve vodě přítomny jak vysoký obsah chloru, tak vysoký obsah chloridů (nad 200 ppm), působí oba účinky synergicky a prahová hodnota je snížena o 30-50 %. Pokud ohřívač v domácím teplovodním systému selže do 2-3 let, zbytkový chlór by měl být testován na několika místech (přívod, nádrž, výstup), aby se zjistilo, zda špičky překračují prahové hodnoty.

Závěr Životnost ohřívače 316 @ 60 stupňů Řízení zbytkového chlóru

Při pH 7,5 koncentrace zbytkového volného chlóru nad 1,5 ppm urychlují důlkovou korozi ohřívačů z nerezové oceli 316 v teplé vodě pro domácnost o 60 stupních během 2-5 let, což zkracuje životnost ohřívače faktorem 3–10 ve srovnání s dechlorovanou vodou. Vyšší pH (8,0-8,5) může mít dvojnásobnou koncentraci chloru. Nižší pH (6,5-7,0) snižuje přípustný limit na polovinu. Technici specifikující 316 plášťů pro ohřev pitné vody musí shromažďovat údaje o kvalitě vody včetně zbytkového volného chlóru a pH při odhadované provozní teplotě. Pro systémy s obsahem chlóru vyšším než 1,5 ppm se doporučuje dechlorace (filtrace aktivním uhlím nebo vstřikování siřičitanu sodného) nebo upgrade na 316L s elektrolyticky leštěným povrchem. Zde nabízíme metodiku, která umožňuje kupujícím vybrat si programy úpravy vody, které chrání 316 plášťů před korozí způsobenou dezinfekčním prostředkem v horkovodních službách pro domácnost tím, že koreluje koncentraci chloru a pH s kvantifikovatelným trváním začátku důlkové koroze.