Millä erityisellä liuenneen hapen tason ja virtausnopeuden yhdistelmällä ruostumattomasta teräksestä valmistettu 316-lämmittimen vaippa siirtyy passiivisesta eroosioon-korroosiosta korkean-lämpötilan vedessä

Passiivikalvon mekaaninen poisto vikamekanismina

Ruostumattomalla 316-teräksellä päällystettyjen sähkölämmitysputkien eroosio-korroosio, joka on upotettu korkean lämpötilan veteen (80-100 astetta), joka sisältää suspendoituneita kiintoaineita tai joita käytetään suurilla virtausnopeuksilla. Passiivinen kalvo on joko ehjä tai mekaanisesti poistettu eroosio{6}}korroosiolla riippuen liuenneen hapen tason ja nesteen nopeuden yhdistelmästä. Passiivinen kerros{15}}muodostuu yhtä nopeasti kuin se poistetaan, ja korroosionopeus on alle 0,05 mm vuodessa kriittisten kynnysarvojen alapuolella. Kriittisen nopeuden yläpuolella mekaaninen poistonopeus ylittää uudelleenpassivointinopeuden ja metallihäviö nopeutuu 1-5 mm:iin vuodessa, mikä riittää 1,5 mm paksun seinän rei'ittämiseen 3-18 kuukaudessa. Tässä artikkelissa arvioidaan liuenneen hapen{16}}nopeuskynnykset eroosion ja korroosion alkamiselle 316 vaipan kohdalla ja esitetään nestedynamiikan suunnittelun neuvoja luotettavaa palvelua varten.

Sähkökemiallisen{0}}mekaanisen kytkennän mekanismi

Ruostumattoman 316-teräksen eroosiokorroosio vedessä vaatii kolmea asiaa: nestettä, joka virtaa metallipinnan yli tuottamaan leikkausjännitystä, riittävästi liuennutta happea ylläpitämään katodista aktiivisuutta ja joko suspendoituneita hiomahiukkasia tai korkean nopeuden kuplia, jotka voivat mekaanisesti häiritä passiivikalvoa. Puhtaassa vedessä, jossa on suuri nopeus ja ilman hiukkasia, passiivinen kalvo voi pysyä ehjänä, koska leikkausvoima (jopa 10-20 Pa) ei yksin ylitä kalvon adheesiolujuutta. Kuitenkin noin 2 ppm:ssä liuennutta happea uudelleenpassivointinopeus laskee ja jopa lievä leikkausjännitys voi estää stabiilin kalvon muodostumisen. Toisaalta korkealla liuenneen happipitoisuudella (yli 5 ppm) uudelleenpassivointi on nopeaa ja kalvo kestää suurempia nopeuksia. Pahimmat olosuhteet ovat keskimääräisillä happitasoilla (0,5-2 ppm), joissa uudelleenpassivaatio on asteittaista, mutta katodista virtaa on riittävästi edistämään anodista liukenemista missä tahansa paljasmetallikohdassa.

Quantified Erosion-Corrosion Thresholds 316 at 90C

Virtaussilmukka- ja pyörivä sylinterielektroditestit 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetulla näytteellä 90-asteisessa vedessä (pH 7,5, 100 ppm kloridia) ovat systemaattisesti määrittäneet virtausnopeuden ja liuenneen hapen yhdistelmiä, jotka johtavat yli 0,1 mm:n vuosittaiseen eroosio-korroosionopeuteen.

Liuennut happi (ppm) Virtausnopeus (m/s) Suspendoituneet kiinteät aineet (ppm, 50 µm piidioksidi) Eroosio-Korroosionopeus (mm/vuosi)|Rei'itysaika (1,5 mm seinä) Suositeltu mekanismi<0.05 >30 years Passive Yes >5 3-5 0 0.05-0.10 15-30 years Marginal Acceptable >5 5-8 0 0.10-0.25 6-15 years Transition Monitor >5 >8 0.25-0.50 3-6 vuotta Eroosio-korroosioEi suositeltavaa
2-5 <2 0.05-0.10 15-30 yearsAcceptable Yes 2-5 2-4 0 0.10-0.20 7-15 years MarginalAcceptable on inspection
2-5 4-6 0.20-.40 4-7 vuotta Eroosio-SyövyttäväEi suositella pitkällä aikavälillä
1-2 <1 0 0.10-0.20 7-15 yr.Instability of passive filmAcceptable with low chloride
1-2 1-2 0 0.20-0.50 3-7 vuotta Sekoitettu kontrolli Ei suositella
0.5-1 <0.5 0 0.15-0.30 5-10 yearsLow oxygen corrosion Marginal 0.5-1 >0.5 0 0.30-1.00 1.5-5 vuotta Eroosiokorroosio Ei hyväksyttävää<0.5 Any 0 >0.50 <3 years Active corrosion (deaerated) Unacceptable >5 2-3 100 0.15-0.30 5-10 vuotta Hiukkasten eroosio Hyväksyttävä alhaisella nopeudella5 3-5 100 0.30-0.70 2-5 vuotta Äärimmäinen eroosio Ei suositella5 5-8 100 0.70-2.00 1-2 vuotta Ei hyväksyttävää Ei
Bubble Impingement ja Suspended Solids Effects

Suspendoituneet kiinteät aineet vähentävät eroosion{0}}korroosion nopeuden kynnystä huomattavasti. Niinkin alhaisilla virtausnopeuksilla kuin 2-3 m/s, vesi, jossa on 100 ppm kovia, kulmikkaita hiukkasia (esim. hiekkaa tai piidioksidia), voi syövyttää 316:n passiivista kalvoa, jolloin metallin hävikkinopeus on 3-5 kertaa suurempi kuin puhtaalla vedellä samalla nopeudella. Kaikkein vahingollisin tilanne ei ole tasainen virtaus, vaan paikallinen törmäys mutkissa, mutkissa tai suojakaivoista vastavirtaan, missä virtaus kiihtyy ja hiukkaset osuvat pintaan. Kaasukuplat (kavitaatiosta tai vilkkumisesta) aiheuttavat samalla tavoin eroosiovaurioita. Jos sovelluksessa tunnetaan suspendoituneita hiukkasia, suurin suositeltu virtausnopeus 316 vaippalle laskee 1,5-2,0 m/s liuenneen hapen määrästä riippumatta.

Käytännön suunnittelusuosituksia suurvirtauspalvelua varten

Three design solutions prevent erosion-corrosion for 316 encased heaters in high-flow water systems (pumped circulation loops, heat exchangers, and cooling towers). The first method is to place the heater in a flow bypass or stilling well to reduce the local velocity at the sheath to less than 1 m/s while maintaining bulk flow in the main pipe. The second is to place the heater parallel to flow (axial alignment) rather than perpendicular, so that the drag force and shear stress are reduced by a ratio of 5-10. The third is to specify a thicker sheath wall (2.0 to 2.5 mm) to offer more corrosion allowance but this does not prevent initiation of erosion corrosion. If high velocity (>3 m/s) ja vähän liuennut happi (< 2 ppm) are unavoidable in the system, then duplex 2205 stainless steel or Alloy 625 should be considered for upgrade.

Eroosio-korroosiovaurioiden kenttätunnistus

Lämmittimien eroosio-korroosiolle ominaiset pintaominaisuudet-korkeavirtauskäytössä eroavat piste- tai rakokorroosiosta. Vaurioitunut alue on yleensä sileä, kiillotettu tai "vesileikatun" näköinen, ja siinä on usein virtaussuunnan suuntaisia ​​uria (hevosenkengän tai komeetan muotoisia kuoppia). Metallihävikki leviää vaurioituneelle alueelle yhden keskittyneen reiän sijaan. Ja suurella suurennuksella pinnassa on plastisia muodonmuutoksia ja metallitahroja, ei SCC:n kristallografisia puolia tai kloridipisteen pyöreitä kuoppia. Eroosio-korroosiota tulee epäillä, jos lämmitin on ollut käytössä yli 1-2 vuotta vedessä, jonka nopeus on yli 3 m/s ja liuennutta happea alle 2 ppm. Vaihtoa varten virtausnopeus lämmittimen asennossa on mitattava ja sitä vähennettävä yllä olevan taulukon turvallisen alueen sisällä.

Johtopäätös: virtauksen ja hapen hallinta 316 vaipan luotettavuuden takaamiseksi

Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen 316 koteloitujen lämmittimien eroosio-korroosio korkean lämpötilan vesikäytössä alkaa, kun virtausnopeus ja liuenneen hapen taso eivät riitä stabiilin passiivikerroksen muodostamiseen. Puhtaassa vedessä, jossa liuennutta happea on yli 5 ppm, sallitaan jopa 5 m/s virtausnopeus. Maksiminopeus liuenneessa hapessa 2-5 ppm putoaa 3-4 m/s. Metallihävikkiä tapahtuu kiihtyvillä nopeuksilla yli 1 m/s nopeuksilla liuenneen hapen ollessa alle 2 ppm. Suspendoituneet hiukkaset alentavat sallittuja nopeuksia kertoimella 2 – 3. 316 Virtausnopeuden, liuenneen hapen lukemien ja yllä olevassa taulukossa esitettyihin kynnysarvoihin verrattuna pumppukiertojärjestelmiin tarkoitetut vaipat on mitattava tai laskettava paikallisesti lämmityspinnalta. Tässä ehdotettu lähestymistapa antaa ostajille mahdollisuuden suunnitella virtausolosuhteet, jotka ylläpitävät passiivista pinnoitetta ja välttävät seinämien ennenaikaista ohenemista yhdistämällä liuenneen hapen, nopeuden ja hiukkaskuormituksen kvantitatiivisiin eroosio-korroosionopeuksiin.