Esant kokiam specifiniam pašarinio vandens ištirpusio deguonies koncentracijos ir pH deriniui, 316 nerūdijančio plieno šildytuvo apvalkalas kenčia nuo -pagreitinės korozijos (FAC) 200 laipsnių kampu didelio-greičio katilo tiekimo vandenyje

Pasyviosios plėvelės ištirpimas didelio grynumo aukštos temperatūros vandenyje

The high velocity boiler feedwater systems operating at 200°C (typical for high-pressure boiler economisers or feedwater heaters) can be a problem for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes due to flow-accelerated corrosion (FAC), which is thought to be immune to this phenomenon (which occurs mainly in carbon and low-alloy steels). The FAC of 316 is different from the traditional FAC of magnetite (Fe3O4) layers on carbon steel where it is a direct dissolution of passive film by the combined impacts of high flow velocity, high temperature and unique water chemistry. The passive film on 316 dissolves at 200°C, when the dissolved oxygen is less than 5 ppb (deaerated) and the pH is greater than 9.5 or less than 6.5. Under such conditions wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year have been seen in high velocity zones (>5 m/s). Šiame darbe įvertinamos ištirpusio deguonies ir pH slenksčiai FAC inicijavimui ant 316 apvalkalų 200 laipsnių temperatūroje.

Pasyviųjų plėvelių tirpumo aukštoje temperatūroje mechanizmas

Aukštos -temperatūros vandenyje (200 laipsnių) pasyvioji plėvelė ant 316 yra dvigubas chromo oksido (Cr₂O3) ir geležies chromo špinelio (FeCr₂O4) sluoksnis. Šie oksidai yra labai jautrūs pH ir ištirpusiam deguoniui dėl jų tirpumo. Kai oras pašalinamas (DO<5 ppb) the corrosion potential is in the active or passive-transition area where the passive film is less stable . At high pH (>9.5) chromo oksidas ištirpinamas kaip chromitas (CrO 2-) arba chromatas (CrO 4 2-). Esant žemam pH (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) nuolat pašalina ištirpusias medžiagas ir apsaugo nuo repasyvacijos bei palaiko didelį tirpimo greitį. FAC 316 aktyvinimo energija yra apie 40-60 kJ/mol, ty korozijos greitis padvigubėja kas 15-25 laipsniais virš 150 laipsnių.

Kiekybiniai FAC slenksčiai 316 esant 200 laipsnių dideliam{2}}greičiui vandenyje

Žemiau parodytas 316 nerūdijančio plieno korozijos greitis ir sienelių plonėjimo elgsena kontroliuojamo ciklo bandyme 200 laipsnių kampu, kintant ištirpusiam deguoniui, pH ir srauto greičiui.

Ištirpusio deguonies (ppb) pH esant 200 laipsnių Srauto greitis (m/s) Dominuojantis oksidas Tirpumas FAC greitis (mm/m.) Laikas iki 0,5 mm Sienos praradimas (valandos) Rekomenduojama 200 laipsnių eksploatacijai<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25 000 Taip<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25 000 Taip<5 7.5-8.5 3-5 Slight 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable <5 8.5-9.5 3-5 Cr(OH)3 solubility 0.05-0.15 3,500-10,000 Not recommended <5 9.5-10.5 >3 Chromito tirpimas 0.15-0.40 1, 250–3 500 Nepriimtinas<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Cr3+ tirpumas 0.10-0.30 1,700-5000 Nepriimtinas<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Sumažėjęs tirpumas 0.03-0.08 6, 000–17 000 Ribinė vertė
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Pasyvioji plėvelė stabilizuota<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100 Bet koks Visiškai pasyvus<0.02 >25 000 Taip
316 FAC labai priklauso nuo srauto greičio.

Srauto greitis yra mastelio koeficientas, kuris pasyvųjį plėvelės tirpumą paverčia išmatuotu sienelės retėjimu. Žemiau esančioje lentelėje parodyta greičio priklausomybė esant 200 laipsnių C, oro sąlygomis, pH 9,2 (ribinė zona).

Srauto greitis (m/s) Sienelės šlyties įtempis (Pa, apskaičiuotas) FAC greitis @ DO<5 ppb, pH 9.2 (mm/yr)Time to 50% of Original 1.5 mm Wall Loss(hours) Recommended Maximum Velocity for 10-Year Life <1 <10 <0.01 >75,000 Safe 1-2 10-20 0.01-0.03 25,000-75,000 Safe 2-3 20-35 0.03-0.06 12,500-25,000 Acceptable 3-5 35-60 0.06-0.12 6,000-12,500 Marginal (monitor) 5-8 60-100 0.12-0.20 3,750-6,000Not recommended 8-12 100-150 0.20-0.35 2,000-3,750 Unacceptable >12 >150 >0.35 <2,000 Not acceptable
Tiekiamo vandens šildytuvų projektavimo specifikacija ir praktinė vandens chemija 200 laipsnių temperatūroje

316 korpusiniai šildytuvai esant 200 laipsnių didelio greičio katilo tiekimo vandeniui apsaugoti nuo srauto pagreitintos korozijos pagal šiuos reikalavimus.

Tiekiamo vandens tipas Tikslinis ištirpintas deguonis (ppb) Rekomenduojamas pH, 200 laipsnių Maksimalus srauto greitis prie apvalkalo (m/s) Numatomas šildytuvo tarnavimo laikas (metai)
Visa lakioji terapija (AVT) - sumažinimas 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
Visas-lakusis apdorojimas (AVT) - oksiduojantis 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Apdorojimas fosfatais 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (monitorius)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
FAC lauko identifikavimas ant 316 šildytuvo apvalkalų

The FAC on a 316 heater will produce unique surface features that are different from conventional corrosion mechanisms in high temperature, high velocity feedwater. The surface is smooth, polished or "orange-peel" in appearance with no pitting or scale. The wall thinning is homogeneous at the high velocity zones (e.g. pipe entry, directly facing the flow). The thinning is often a steady drop of outside diameter throughout the heater length. Scanning electron microscopy (SEM) shows a smooth, featureless surface, with no attack at the grain boundaries. Water chemistry log will show pH >9.5 arba<6.0 and dissolved oxygen <5-20 ppb for prolonged durations. For such failures the answer is to adjust water chemistry to keep pH in the 8.0-8.5 range, and dissolved oxygen >20–50 ppb (jei suderinama su visa sistema) arba apriboti srauto greitį pastatant šildytuvą į aplinkkelį arba stabdymo šulinį. FAC jautrumą galima pašalinti pakeitus titano arba 825 lydinio.

Santrauka: pašaro vandens chemija ir greičio valdymas siekiant užkirsti kelią FAC

Srauto pagreitinta 316 nerūdijančio plieno korpusų šildytuvų korozija 200 laipsnių katilo tiekimo vandenyje vyksta deaeruotomis sąlygomis (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 arba rūgštinis pH<6.0 and flow velocities >3-5 m/sec. Under these conditions, the passive film is dissolved as chromite or chromium ions, resulting in wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year. For high temperature feedwater service with 316 sheaths, engineers should stipulate pH of 8.0-9.0, dissolved oxygen >20 ppb (ideally 50-100 ppb) and a flow velocity below 3-4 m/s at the sheath surface. If high velocity (>5 m/s) cannot be avoided, oxidising water treatment (oxygenated treatment, OT) with DO >100 ppb stabilizuos pasyviąją plėvelę ir išvengs FAC. Čia pateikta metodika susieja ištirpusį deguonį, pH ir srauto greitį su išmatuojamais FAC greičiais esant 200 laipsnių ir leidžia pirkėjui apibrėžti vandens chemiją ir hidraulinius parametrus, kurie išlaikys pasyvią plėvelę ant 316 šildytuvo apvalkalų, kai katilas veikia dideliu greičiu.