При каква конкретна комбинация от pH и индекс на насищане обвивката на нагревателя от неръждаема стомана 316 образува котлен камък от калциев карбонат, който причинява корозия под-отлагания при 90 градуса

Прагът на мащабиране от защитно към корозивно

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) и непрекъснато спиране на движението на кислорода напълно и образуване на силно корозивен застоял слой. Не се образува скала под LSI 0,5, а 316 е пасивен. Ключовата комбинация за UDC е pH 7,5 до 8,5 (където бикарбонат-карбонатното равновесие е благоприятно за производство в мащаб) и LSI 0,8 до 1,8. Този документ изчислява праговете на pH-LSI за корозия под-отлагания върху 316 обвивки при 90 градуса.

Механизъм на корозия под{0}}отлагания

Когато порест калциев карбонат се образува върху неръждаема стомана 316 в гореща вода, металът под скалата изпитва кислороден глад, тъй като преминаването на кислород през скалата и неподвижния слой е бавно. Частите без котлен камък (ако има такива) или зоните точно извън мащаба са напълно наситени с кислород, образувайки клетка за диференциална аерация, лишеният от кислород метал под мащаба е анод, а богатият на кислород гол метал е катод. Хлоридните йони текат към анодната зона, за да запазят неутралността на заряда, а ниското рН от хидролизата на метала под котления камък възпрепятства повторното пасивиране. Скоростта на корозия може да достигне 0,5-2 mm на година, което е сравнимо със скоростта на активна корозия в киселина. Самата скала може да остане, но металът под нея се разтваря, образувайки кухина, която перфорира обвивката.

Количествено определени прагове за корозия под{0}}отлагания при 90 градуса

Комбинациите pH-LSI, причиняващи корозия на недостатъчно отлагане за 1000 часа, са определени за 316 обвивки (Ra=0.4 µm) в синтетична твърда вода (300 ppm CaCO3 твърдост, 200 ppm алкалност, 200 ppm Cl-, pH коригирано, 90 градуса, топлинен поток 5 W/cm2).

Индекс на насищане на Langelier (LSI) pH при 90 градуса (приблизително) Дебелина на люспите (след 1000 часа) (микрони) Порьозност на люспите (%) Скорост на корозия под-отлагания (mm/год) Време до перфорация (1,5 mm стена) Препоръчително<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 години Да 0-0.5 7.0-7.5 0-20 N/A 0.02-0.05 30-75 години Да
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 години приемливо
0,8 до 1.2 7.8 до 8.1 20 до 50 20 до 30% 0,10 до 0.25 6 до 15 години Маргинални 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 години Не се препоръчва
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 години Не е приемливо
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 години (но риск от прегряване) риск от прегряване, а не UDC
Влияние на хлорида върху интензивността на корозията под{0}}отлагания

UDC се ускорява значително от концентрацията на хлорид. Влиянието на хлорида върху критичния LSI праг за UDC при 90 градуса се вижда в таблицата по-долу.

Концентрация на хлорид (ppm) Праг на LSI за иницииране на UDC (5-годишен живот) Предпочитан максимален LSI за 5-годишен живот Препоръчително действие<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Необходим е омекотител или инхибитор
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Необходимо е омекотяване; надграждане
Практически спецификации за водна химия за предотвратяване на UDC

За да се избегне под{0}}корозия на отлагания, се препоръчват следните критерии за водна химия за 316 нагреватели с обшивка при 90 градуса:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; дръжте под 1,2, ако хлоридът е 100-200 ppm; поддържайте под 1,5, ако има хлорид<100 ppm

pH @ 90C: Поддържайте 7.0 - 7.8 (По-ниско pH=по-малко котлен камък, по-голяма опасност от обща корозия По-високо pH=повече котлен камък, по-голям риск от UDC)

Алкалност: По-малко от 200 ppm като CaCO3 за намаляване на потенциала за образуване на котлен камък

Инхибитор на котления камък – добавете 2-5 ppm фосфонат или полиакрилат, ако LSI > 1,0

Под-Диагностика на корозионно поле на отлагания

UDC под скалата на калциевия карбонат води до типични полусферични кухини на повърхността на обвивката, обикновено 2–10 mm в диаметър, като скалата все още е прикрепена или частично отстранена. Премахването на котления камък разкрива ярки, лъскави метални повърхности с люспи, а не тъпата повърхност с люспи. Ямите често имат подрязани ръбове, където корозията се е преместила странично под скалата. В случай на натрупване-от котлен камък с неизправни нагреватели, но без доказателства за питинг в секции без-отлагания, трябва да се вземе предвид UDC. Анализът на мащаба чрез дифракция на рентгенови лъчи обикновено показва калцит или арагонит (CaCO₃), понякога в комбинация с продукти на корозия (Fe₂O₃, Fe3O₄). Отговорът е да се сведе до минимум LSI (чрез намаляване на рН или омекотяване на водата) или да се добави инхибитор на котлен камък, който променя формата на кристала до неприлепнал котлен камък.

Заключение: Управление на LSI и pH за избягване на корозия под-отлагания

Нагреватели от неръждаема стомана 316 в 90 градуса твърда вода. Образуването на пореста скала от калциев карбонат, която създава диференциални аерационни клетки, възниква, когато индексът на насищане на Langelier (LSI) е между 0,8 и 1,8 и pH е между 7,5 и 8.5 . Над LSI 1,8 скалата е плътна и предпазва от UDC (въпреки че прегряването може да бъде проблем). При LSI < 0,8 UDC не се задейства от създаване на мащаб. LSI трябва да се изчисли при работна температура. При услуги за твърда вода инженерите, които определят 316 обвивки, трябва да поддържат LSI под 1,0, когато хлоридът надвишава 200 ppm или да включват инхибитори на котления камък, които влияят върху морфологията на котления камък. Методологията, дадена тук, осигурява връзка между pH, LSI и измерими стойности на UDC, което позволява на клиентите да изберат водна химия, която ще предотврати локализирана-корозия, предизвикана от мащаба.