Millise pH ja küllastusindeksi konkreetse kombinatsiooni korral tekib roostevabast terasest 316 küttekehas kaltsiumkarbonaadist katlakivi, mis põhjustab 90-kraadise{1}}ladestuse korrosiooni

Katlakivi eemaldamise lävi kaitsvast söövitavaks

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) ja pidevalt peatades hapniku liikumise täielikult ja moodustades väga söövitava seisva kihi. Alla LSI 0,5 ei moodusta skaalavorme ja 316 on passiivne. UDC klahvikombinatsioon on pH 7,5–8,5 (kus bikarbonaadi-karbonaadi tasakaal on mastaabis tootmiseks soodne) ja LSI 0,8–1,8. Selles artiklis arvutatakse pH{10}}LSI läved ladestumise ala{11}}korrosiooni korral 316 ümbrisel 90 kraadi juures.

Hoiuse -aluse korrosiooni mehhanism

Kui roostevabast terasest 316 kuumas vees moodustub poorne kaltsiumkarbonaadi katlakivi, muutub katlakivi all olev metall hapnikuvaeseks, kuna hapnik läbib katlakivi ja statsionaarset kihti aeglaselt. Katlakivivabad osad (kui neid on) või skaalat vahetult väljas olevad alad on täielikult hapnikuga küllastunud, moodustades diferentsiaalse aeratsioonielemendi, kus hapnikuvaesest metallist skaala all on anood ja hapnikurikkaks metalliks katood. Kloriidioonid voolavad anoodialale, et säilitada laengu neutraalsus ja madal pH metallide hüdrolüüsist skaala all pärsib taaspassivatsiooni. Korrosioonikiirus võib ulatuda 0,5-2 mm aastas, mis on võrreldav aktiivse korrosiooni kiirusega happes. Katlakivi ise võib jätta, kuid selle all olev metall lahustub, moodustades õõnsuse, mis perforeerib kesta.

Kvantifitseeritud künnised{0}}90-kraadise ladestuse korrosiooni korral

pH-LSI kombinatsioonid, mis põhjustavad ladestuse alakorrosiooni 1000 tunni jooksul, on määratud 316 ümbrisele (Ra=0.4 µm) sünteetilises kõvas vees (300 ppm CaCO3 karedus, 200 ppm aluselisus, 200 ppm W, 200 ppm Cl2 kraadiga, flux 05, reguleeritud soojusega, flux 05).

Langelier Saturation Index (LSI) pH 90 kraadi juures (hinnanguline) Skaala paksus (pärast 1000 tundi) (mikronit) Skaala poorsus (%) Alla-Lademe korrosioonikiirus (mm/a) Perforatsiooni aeg (1,5 mm sein) Soovitatav<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 aastat Jah 0-0.5 7.0-7.5 0-20 N/A 0.02-0.05 30-75 aastat Jah
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 aastat Aktsepteeritav
0,8 kuni 1.2 7.8 kuni 8.1 20 kuni 50 20 kuni 30% 0,10 kuni 0.25 6 kuni 15 aastat Marginaalne 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 aastatPole soovitatav
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 aastat Pole vastuvõetav
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 aastat (kuid ülekuumenemise oht) ülekuumenemise oht, mitte UDC
Kloriidi mõju ladestuse -alakorrosiooni intensiivsusele

UDC kiirendab oluliselt kloriidi kontsentratsioon. Kloriidi mõju UDC kriitilisele LSI lävele 90 kraadi juures on näha allolevas tabelis.

Kloriidikontsentratsiooni (ppm) LSI lävi UDC (5-aastane eluiga) alustamiseks eelistatud maksimaalne LSI 5-aastase eluea jaoks Soovitatav tegevus<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Vajalik on pehmendus või inhibiitor
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Nõutav pehmendamine; uuendamise kaalumine
Praktilised UDC ennetamise veekeemia spetsifikatsioonid

Alam{0}}ladestuse korrosiooni vältimiseks on 316 ümbrisega küttekeha 90 kraadi juures soovitatavad järgmised veekeemilised kriteeriumid:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; hoida alla 1,2, kui kloriid on 100-200 ppm; hoida alla 1,5, kui kloriid on<100 ppm

pH @ 90C: säilitage 7.0 - 7.8 (madalam pH=väiksem skaala, suurem üldise korrosiooni oht Kõrgem pH=suurem skaala, suurem UDC oht)

Aluselisus: CaCO3-na alla 200 ppm, et vähendada mastaabiarengu võimalust

Katlakivi inhibiitor – lisage 2-5 ppm fosfonaati või polüakrülaati, kui LSI > 1,0

Jaotises Hoiuse korrosioonivälja diagnostika

UDC kaltsiumkarbonaadi skaala all põhjustab tüüpilisi poolkerakujulisi õõnsusi ümbrise pinnal, tavaliselt läbimõõduga 2–10 mm, kusjuures skaala on endiselt kinnitatud või osaliselt eemaldatud. Katlakivi eemaldamine paljastab pigem heledad, läikivad, täppidega metallpinnad, mitte tuhm, katlakivi pind. Kaevudel on sageli allalõigatud servad, kus korrosioon on liikunud külgsuunas skaala alla. Katlakivi-kuhjumise korral, kui küttekehad on rikkis, kuid puuduvad tõendid katlakivi-vabade lõikude kahjustuste kohta, tuleks kaaluda UDC-d. Skaala analüüs röntgendifraktsiooniga näitab tavaliselt kaltsiiti või aragoniiti (CaCO₃), mõnikord kombineerituna korrosiooniproduktidega (Fe₂O3, Fe₃O4). Vastus on LSI minimeerimine (pH alandamise või vee pehmendamise teel) või katlakivi inhibiitori lisamine, mis muudab kristallide kuju mittekleepuvaks{10}}skaalaks.

Järeldus: LSI ja pH haldamine, et vältida{0}}ladestuste korrosiooni

316 roostevabast terasest korpusega küttekeha 90 kraadises karedas vees. Poorse kaltsiumkarbonaadi skaala moodustumine, mis loob diferentsiaalse õhustamise rakud, tekib siis, kui Langelier' küllastusindeks (LSI) on vahemikus 0,8–1,8 ja pH on vahemikus 7,5 kuni 8.5 .. Üle LSI 1,8 on skaala tihe ja kaitseb UDC eest (kuigi ülekuumenemine võib olla probleem). Kui LSI < 0,8, UDC-d mastaabi loomine ei käivita. LSI tuleb arvutada töötemperatuuril. Kareda vee puhul peavad insenerid, kes määravad 316 kesta, hoidma LSI alla 1,0, kui kloriidi sisaldus ületab 200 ppm või sisaldama katlakivi inhibiitoreid, mis mõjutavad katlakivi morfoloogiat. Siin esitatud metoodika loob seose pH, LSI ja UDC mõõdetavate määrade vahel, mis võimaldab klientidel valida veekeemia, mis hoiab ära katlakivi{16}}indutseeritud lokaalse korrosiooni.