În ce combinație specifică de nivel de oxigen dizolvat și viteză de curgere, mantaua de încălzire din oțel inoxidabil 316 trece de la pasiv la eroziune-coroziune în apa cu temperatură-înaltă

Îndepărtarea mecanică a filmului pasiv ca mecanism de defecțiune

Eroziunea-coroziunea tuburilor electrice de încălzire învelite în oțel inoxidabil 316 și scufundate în apă la temperatură înaltă (80-100 de grade ) care conține solide în suspensie sau care funcționează la viteze mari de curgere. Filmul pasiv este fie intact, fie îndepărtat mecanic prin eroziune-coroziune, în funcție de combinația dintre nivelul oxigenului dizolvat și viteza fluidului. Stratul pasiv se reformează la fel de repede pe măsură ce este îndepărtat, iar ratele de coroziune sunt sub 0,05 mm pe an sub pragurile critice. Peste viteza critică, rata de îndepărtare mecanică depășește rata de repasivare și pierderea metalului este accelerată la 1 până la 5 mm/an, suficient pentru a perfora un perete de 1,5 mm grosime în 3 până la 18 luni. Această lucrare estimează pragurile de viteză-oxigenului dizolvat pentru inițierea eroziunii-coroziunii pe 316 teci și prezintă sfaturi de proiectare pentru dinamica fluidelor pentru un serviciu fiabil.

Mecanismul de cuplare electrochimică-mecanică

Coroziunea prin eroziune a oțelului inoxidabil 316 în apă necesită trei lucruri: un fluid care curge pe suprafața metalului pentru a produce efort de forfecare, suficient oxigen dizolvat pentru a susține activitatea catodă și fie particule abrazive în suspensie, fie bule cu viteză mare-care pot perturba mecanic filmul pasiv. În apă curată, cu viteză mare și fără particule, pelicula pasivă poate rămâne intactă, deoarece forța de forfecare singură (până la 10-20 Pa) nu depășește rezistența de aderență a filmului. Cu toate acestea, la aproximativ 2 ppm de oxigen dizolvat, rata de repasivare scade și chiar o stres de forfecare ușoară poate împiedica formarea unui film stabil. Pe de altă parte, cu conținut ridicat de oxigen dizolvat (peste 5 ppm), repasivarea este rapidă și filmul poate rezista la viteze mai mari. Cele mai proaste condiții sunt la niveluri intermediare de oxigen (0,5-2 ppm) unde repasivarea este treptată, dar există suficient curent catodic pentru a promova dizolvarea anodică în orice loc de metal gol.

Eroziunea cuantificată-Pragurile de coroziune 316 la 90C

Testele cu buclă de curgere și cu electrozi cu cilindru rotativ cu 316 eșantioane din oțel inoxidabil în apă la 90 de grade (pH 7,5, 100 ppm clorură) au determinat sistematic viteza de curgere și combinațiile de oxigen dizolvat care au ca rezultat viteze de eroziune-coroziune care depășesc 0,1 mm pe an.

Oxigen dizolvat (ppm) Viteza curgerii (m/s) Solide în suspensie (ppm, 50 µm silice) Eroziunea-Rata de coroziune (mm/an) |Timp până la perforare (perete de 1,5 mm) Mecanism recomandat<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 ani Eroziunea-coroziuneNu este recomandabil
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 ani Eroziune-CorosivNu este recomandat pe termen lung
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 ani Control mixt Nerecomandat
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 ani Coroziune prin eroziune Inacceptabil<0.5 Any 0 >0.50 <3 years Active corrosion (deaerated) Unacceptable >5 2-3 100 0.15-0.30 5-10 ani Eroziunea particulelor Acceptabil la viteză mică5 3-5 100 0.30-0.70 2-5 ani Eroziunea extremă Nerecomandat5 5-8 100 0.70-2.00 1-2 ani Inacceptabil Nu
Impactul cu bule și efectele solidelor în suspensie

Solidele în suspensie reduc în mod substanțial pragul de viteză de eroziune{0}}coroziune. La viteze de curgere de până la 2-3 m/s, apa cu 100 ppm de particule dure, unghiulare (de exemplu nisip sau silice) poate eroda filmul pasiv pe 316, rezultând rate de pierdere a metalului de 3-5 ori mai mari decât cele cu apă curată la aceeași viteză. Cea mai dăunătoare situație pentru învelișurile de încălzire nu este fluxul uniform, ci impactul localizat la coturi, coturi sau în amonte de puțuri termice, unde curgerea accelerează și particulele lovesc suprafața. Bulele de gaz (din cavitație sau intermitent) provoacă, în mod similar, daune provocate de eroziune. Dacă aplicația are particule în suspensie cunoscute, viteza maximă recomandată de curgere pentru 316 teci scade la 1,5-2,0 m/sec, indiferent de nivelul de oxigen dizolvat.

Recomandări practice de proiectare pentru serviciul de mare debit

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) și oxigen dizolvat scăzut (< 2 ppm) are unavoidable in the system, then duplex 2205 stainless steel or Alloy 625 should be considered for upgrade.

Recunoașterea pe teren a daunelor cauzate de eroziune-coroziune

Caracteristicile suprafeței caracteristice eroziunii-coroziunii încălzitoarelor în serviciu cu debit mare-să fie diferite de cele ale coroziunii prin gropi sau crăpături. Zona deteriorată este de obicei netedă, lustruită sau cu aspect „-decupat de apă”, deseori cu șanțuri direcționate paralele cu direcția curgerii (gropi în formă de potcoavă sau de cometă-). Pierderile de metal sunt răspândite pe regiunea deteriorată, în loc de o gaură concentrată. Și la o mărire ridicată, suprafața prezintă deformare plastică și pată de metal, nici fațetele cristalografice ale SCC sau gropile circulare de pitting clorură. Coroziunea prin eroziune-ar trebui să fie suspectată dacă încălzitorul a fost în funcțiune mai mult de 1-2 ani în apă cu viteză mai mare de 3 m/s și oxigen dizolvat mai mic de 2 ppm. Pentru a înlocui, viteza de curgere la poziția încălzitorului trebuie măsurată și redusă pentru a fi în zona de siguranță din tabelul de mai sus.

Concluzie: controlul fluxului și oxigenului pentru fiabilitatea mantalei 316

Eroziunea-coroziunea încălzitoarelor cu carcasă din oțel inoxidabil 316 în serviciul de apă la temperatură înaltă începe atunci când viteza de curgere și nivelul de oxigen dizolvat nu sunt suficiente pentru a permite crearea unui strat pasiv stabil. În apă curată cu oxigen dizolvat peste 5 ppm, sunt permise viteze de curgere de până la 5 m/s. Viteza maximă la oxigen dizolvat 2-5 ppm scade la 3-4 m/sec. Pierderea metalelor are loc la viteze accelerate la viteze de peste 1 m/sec la oxigen dizolvat sub 2 ppm. Particulele în suspensie scad vitezele permise cu un factor de 2 până la 3. 316 Pentru viteza de curgere, citirile de oxigen dizolvat și, în comparație cu pragurile prezentate în tabelul de mai sus, tecile desemnate pentru sistemele de circulație cu pompare trebuie măsurate sau calculate local la suprafața de încălzire. Abordarea propusă aici permite cumpărătorilor să proiecteze condiții de curgere care să susțină acoperirea pasivă și să evite subțierea prematură a pereților, prin corelarea oxigenului dizolvat, viteza și încărcarea particulelor cu ratele cantitative de eroziune-coroziune.