При каква конкретна комбинация от концентрация на остатъчен хлор и рН се извършва преходът на нагревателната обвивка от неръждаема стомана 316 от пасивен към питинг в битова гореща вода при 60 градуса

Нарушаване на пасивността в системите за питейна вода, предизвикано от дезинфекция

В системи за битова гореща вода, използващи електрически нагревателни тръби с обвивка от неръждаема стомана 316 (нагреватели на --точка на използване, резервоари за гореща вода, контури за рециркулация и т.н.), използването на остатъчен хлор (добавен като хлорен газ, натриев хипохлорит или хлорамин за дезинфекция) представлява риск от точкова корозия, която не се наблюдава в необработена вода. Стабилността или локалното разграждане на пасивния филм на 316 зависи от свободния остатъчен хлор (Cl2, HOCl, OCl-) и pH при 60 градуса (средна жилищна температура на гореща вода). 316 остава пасивно под прагова концентрация на свободен хлор от ~2 ppm при pH 7,5. Над 3-4 ppm при същото pH питинг започва след седмици до месеци. Важно е влиянието на pH: при pH 8,5 допустимата концентрация на хлор се удвоява, а при pH 6,5 тя намалява наполовина. Тази статия оценява праговете на хлорно рН за питинг, започвайки от 316 обвивки в питейна вода с температура 60 градуса и дава стандарти за пречистване на водата за дълголетие на нагревателя.

Механизмът на индуцирания от хлор питинг

Свободният остатъчен хлор във водата е в равновесие между хипохлориста киселина (HOCl) и хипохлоритен йон (OCl-), като съотношението зависи от pH. HOCl преобладава при pH < 7,5; OCl- преобладава при pH > 7,5. HOCl е по-силен окислител от OCl- и е по-враждебен към пасивните филми от неръждаема стомана. Хлорните видове на металната повърхност могат локално да нарушат образуването на филм от хромен оксид чрез образуване на разтворими хромни хлоро-комплекси или чрез създаване на силно окислителни условия, които водят до транспасивно разтваряне (окисляване на Cr 3+ до разтворим Cr 6+). Силният окислителен потенциал на хлора поддържа силна локална химия, която води до стабилно образуване на ями, след като пасивният филм се разкъса на слабо място, обикновено при включване на MnS или повърхностна драскотина. Хлорно индуцираният питинг е различен от хлоридно индуцирания питинг, където са необходими стотици до хиляди ppm Cl-, хлорът е значително по-силен окислител и питингът може да се развие при нива на свободен хлор от 1-5 ppm.

Количествени прагове за питинг в 60 градуса битова гореща вода

След систематично изпитване с потапяне на неръждаема стомана 316 (Ra=0.4 µm полирано покритие) в синтетична битова гореща вода (100 ppm Cl-, 80 ppm SO4-2, 120 ppm CaCO3 твърдост) при 60 градуса с използване на контролиран остатъчен свободен хлор (измерен като Cl2) и pH, следното начало на питинг границите са идентифицирани след 1000 часа експозиция.

Свободен остатъчен хлор (ppm като Cl2) pH Доминиращи видове хлор Време за започване на питинг (часове) Максимална дълбочина на вдлъбнатина след 1000 часа (µm) Време до перфорация (1,5 mm стена) Препоръчва се за битова гореща вода<0.5 6.5-8.5 Mixed No pitting <5 >30 години Да
0.5-1.0 7.0-8.5 Mixed >5000 (може да не започне)<10 >20 години Да
7.5-8.5 1.0-1.5 OCl⁻ доминиращ 2000-5,000 10-30 10-20 години Приемливо с надзор 1.0-1.5 6.5-7.5 HOCl доминиращ 1000-2,000 30-60 5-10 години Маргинален
1.5-2.0 7.5-8.5 Fl⁻ доминиращ 1000-2,000 40-80 4-8 години Маргинален
1.5-2.0 6.5-7.5 HOCl доминиращ 500-1,000 80-150 2-5 години Не се препоръчва
2.0-3.0 7.5-8.5 OCl⁻ доминиращ 300-800 100-200 2-4 години Не се препоръчва
2.0-3.0 6.5-7.5 HOCl доминиращ 100-300 200-400 1-2 години Не е приемливо
3.0-5.0 7.5-8.5 OCl- доминиращи 100-300 200-500 1-2 години Не е приемливо
3.0-5.0 6.5-7.5 HOCl доминиращ 50-100 400-800 6-12 месеца Неприемливо5.0 Всеки HOCl или OCl⁻<50 >500 <6 months Unacceptable
Влияние на температурата върху агресивността на хлора

Праговете в таблицата са за 60 градуса. С повишаването на температурата хлорът става по-агресивен поради увеличените скорости на дифузия и по-малко стабилния пасивен филм. Под 60 градуса допустимото съдържание на хлор нараства почти линейно с понижаване на температурата.

Температура на водата (градуси) Максимален свободен хлор за 5 години живот без питинг при pH 7,5 (ppm) Препоръчително действие
40 3.0 Не трябва да се предприемат специални действия
50 2.2 Monitor if >2.0 ppm 60 1.5 Dechlorinate if >1,5 ppm 70 1.0 Препоръчва се дехлориране 80 0.7 Изисква се дехлориране 90 0.5 316 не се препоръчва; ъпгрейд до титан
Практически препоръки за пречистване на водата в бойлери за битова гореща вода

Нагревателите с обвивка 316 в домашни системи за топла вода при 60 градуса имат следните стандарти за пречистване на вода за дългосрочно обслужване без питинг.

Остатъчен свободен хлор (ppm) pH Препоръчително действие<0.5 Any No action required
>7.5 Без действие; поносим 0,5-1,0
0.5-1.0 <7.5 Adjust pH to >7,5 с натриев хидроксид или наблюдавайте внимателно
1.0-1.5 >8.0 Приемливо; преглед на всеки 2 години
1.0-1.5 7.0-8.0 Намалете хлора или надстройте до 316L с електрополирано покритие
1.5-2.0 >8.0 Намалете хлора или актуализирайте нагревателя
1.5-2.0 <8.0 Dechlorination (injection of activated carbon or sodium sulphite) necessary2.0 Any Dechlorination necessary; upgrade to titanium?
Полева идентификация на -причинения питинг

Остатъчният хлор вдлъбнатини причинява вдлъбнатини, които обикновено са малки (0,1-0,5 mm диаметър), многобройни и равномерно разпределени по повърхността на обвивката (за разлика от индуцираната от хлорид вдлъбнатини, които са по-големи и по-малко на брой). Ямките често са заобиколени от ярък катоден пръстен и имат тъмнокафяв или черен център (манганов оксид от разтваряне на включването). Когато във водата има едновременно високо съдържание на хлор и високо съдържание на хлорид (над 200 ppm), двата ефекта действат синергично и прагът се понижава с 30-50%. Ако нагревател в домашна система за топла вода се повреди чрез питинг в рамките на 2-3 години, остатъчният хлор трябва да се тества на няколко места (вход, резервоар, изход), за да се види дали пиковете надвишават праговете.

Заключение 316 Живот на нагревателя при 60 градуса Управление на остатъчния хлор

При pH 7,5 концентрациите на остатъчен свободен хлор над 1,5 ppm ускоряват точковата корозия на нагреватели с корпус от неръждаема стомана 316 в битова гореща вода при 60 градуса в рамките на 2-5 години, намалявайки живота на нагревателя с фактор 3-10 в сравнение с дехлорирана вода. По-високото рН (8,0-8,5) може да има двойна концентрация на хлор. По-ниското pH (6,5-7,0) намалява допустимата граница наполовина. Инженерите, определящи 316 обвивки за отопление на питейна вода, трябва да събират данни за качеството на водата, включително остатъчен свободен хлор и pH при очакваната работна температура. За системи с хлор над 1,5 ppm се препоръчва дехлориране (филтриране с активен въглен или инжектиране на натриев сулфит) или надграждане до 316L с електрополирано покритие. Тук предлагаме методология, която позволява на купувачите да избират програми за пречистване на водата, които предпазват 316 обвивки от индуцирана от дезинфектант корозия в услугите за битова гореща вода чрез корелиране на концентрацията на хлор и рН до количествено измерими начални продължителности на питинг.