Sub ce combinație specifică de concentrație a absorbantului de oxigen (sulfit/hidrazină) și pH-ul învelișului de încălzire din oțel inoxidabil 316 trece de la coroziunea pasivă la coroziunea activă în apa de alimentare a cazanului la 150 de grade

Agentul reducător-a indus defalcarea pasivității în apa la temperatură ridicată

In boiler feedwater service, the addition of oxygen scavengers, such as sodium sulphite (Na2SO3) or hydrazine (N2H4), to 316 stainless steel clad electric heating tubes is utilised for the removal of dissolved oxygen and prevention of corrosion of carbon steel components. But these lowering chemicals can have adverse effects on 316 SS at elevated temperatures. At 150 C (average temperature of deaerated feedwater heaters) sulphite is decomposed to Sulphide (S2-) and Thiosulphate (S2O3 2-). Hydrazine is decomposed to Ammonia (NH3). Both breakdown products can decrease the stability of the passive film on 316. The passive coating becomes active and the corrosion becomes uniform with rates of 0.5-2 mm per year when the concentration of the oxygen scavenger is above a critical value-sulfite >10-20 ppm or hydrazine >5-10 ppm-combined with alkaline pH (>9,5) sau pH acid (<6.0). In this work, critical concentration thresholds for sulphite and hydrazine for passivity breakdown at 150°C are quantified.

Mecanismul de eliminare a oxigenului-a indus pierderea pasivității

At high temperature (>Sulfitul de sodiu la 100 de grade) se descompune: 4Na₂SO₃ → 3Na₂SO₄ + Na₂S Sulfura (S2−) produsă este un agent reducător puternic și poate reacționa cu învelișul pasiv de oxid de crom pentru a produce sulfură de crom (Cr2-S, Cr2) neprotectoare. De asemenea, se formează tiosulfatul (S2O3 2-) și este recunoscut a fi un activator specific pentru pitting și SCC în oțelurile inoxidabile. Descompunerea hidrazinei 3N2H4 → 4NH3 + N2 Amoniacul (NH 3 ) se combină cu ionii de nichel (Ni 4+ sau Ni 2+ ) levigă selectiv nichelul de pe pelicula pasivă și de pe suprafața aliajului, producând astfel un strat de nichel-rezistent la coroziune. Ambele procese necesită fie pH scăzut (pentru a reține sulfura în soluție ca H2S), fie pH ridicat (pentru a crește complexarea amoniacului). La pH neutru (6,5-8,0) aceste efecte adverse sunt minimizate.

Defalcare cuantificată a pasivității la 150 C

Ratele de coroziune și timpul până la pierderea de pasivitate a oțelului inoxidabil 316 în apă dezaerată la 150 de grade (pH ajustat cu NaOH sau NH4OH) la diferite concentrații de sulfit și hidrazină sunt determinate în teste controlate.

Concentrația absorbantului de oxigen (ppm) pH de 150 de grade Rata de coroziune (mm/an) Produs de descompunere principal Timp până la 0,2 mm Pierdere de metal (ore) Stabilitatea filmului pasiv Serviciu recomandat 150 de grade
sulfit de sodiu<2 7.0-9.0 Low decomposition <0.02 >10.000 stabil Da
Sulfit de sodiu 2-5 7.0-9.0 Urmă S²⁻/S₂O₃²⁻ 0.02-0.05 4,000-10.000 Ușor degradat Acceptabil
Sulfit de sodiu 5-10 7.0-9.0 10-30 ppm S 2- comparabil 0.05-0.10 2, 000-4.000 Monitor marginal
Sulfit de sodiu 10-20 8.0-9.5 30-60 ppm S2-echivalent 0.10-0.30 700-2,000 Degradat Nerecomandat
Sodium sulfite 10-20 >9,5 sau<6.0 Accelerated S2- release 0.30-1.00 200-700 Unstable No
Sodium sulfite >20 Any >60 ppm S2- >1.00 <200 Active corrosion Unacceptable
Hidrazina<1 7.0-9.0 Minimal NH3 <0.02 >10.000 stabil Da
Hidrazină 1-3 7.0-9.0 1-5 ppm „NH₃ 0.02-0.05 4,000-10.000 Ușor degradat Acceptabil
Hidrazină 3-5 7.0-9.0 5 până la 10 ppm NH3 0.05-0.10 2, 000-4.000 Monitor marginal
Hidrazină 5-10 8.0-9.5 10-20 ppm NH₃ 0.10-0.25 800-2,000 Degradat Nerecomandat
Hydrazine 5-10 >9.5 Complexare de Ni îmbunătățită 0.25-0.60 300-800 Instabil Nr
Hydrazine >10 Any >20 ppm NH3 >0.60 <300 Active corrosion Unacceptable
pH critic-C al interacțiunii cu concentrația absorbantului de oxigen

Concentrația acceptabilă a absorbantului de oxigen depinde în mod semnificativ de pH-ul la 150 de grade. Mai jos este un tabel cu concentrațiile maxime sugerate la diferite intervale de pH.

Sulfit de sodiu maxim (ppm) pH la 150 de grade Hidrazină maximă (ppm) Mecanism de defecțiune dominantă Acțiune recomandată dacă este depășită Diluare indusă de 6.0-6.5 3 2 acid-Reduceți scavengerul sau ajustați pH-ul
5 3 6.5-7.5 Mixt acceptabil
7.5-8.5 8 4 Minim acceptabil
8.5-9.0 5 3 Complexarea amoniacului acordați atenție
9.0-9.5 3 2 Complexarea de amoniac Eliminator inferior
9.5-10.0 2 1 Strong Ni leachingUpgrade to 316L or Alloy 825 >10.0 <1 <0.5Rapid active corrosion 316 not suited 
Specificații practice pentru chimia apei în încălzitoarele de apă de alimentare cu cazane

Pentru apa de alimentare dezaerată a cazanului la 150 de grade , sunt necesare următoarele criterii pentru eliminarea oxigenului și pH-ul pentru a asigura stabilitate pasivă pe termen lung-pentru 316 încălzitoare cu manta.

Tip de sistem Oxigen dizolvat țintă (ppb) Eliminator de oxigen recomandat Concentrație maximă (ppm) 150 de grade pH recomandat Durată de viață estimată a încălzitorului (ani)
Cazan de joasa presiune(<15 bar) <100 Sodium sulfite 5-8 8.0-8.5 >10
Cazan de medie presiune (15-30 bar) 50 Sulfit de sodiu 4-6 8.0-8.5 8-12
High pressure boiler (>30 bar)<20 Hydrazine 2-4 8.5-9.0 5-10
Very high pressure (>60 bar) 10 Hidrazină + amoniac 1-2 9.0-9.2 5-8 (upgrade la 316L)
Identificarea în domeniul coroziunii induse de absorbanții de oxigen

Dacă un încălzitor 316 eșuează în funcționarea cazanului cu apă de alimentare cu coroziune uniformă accelerată (spre deosebire de pitting), luați în considerare supraalimentarea absorbantului de oxigen. Suprafața tecii va fi în general risipită, fără gropi sau fisuri identificabile. Produsele de coroziune pot fi negre (Fe 3 O 4 ) cu o nuanță verzuie din cauza compușilor de nichel. Examinați jurnalul chimic al apei pentru sulfit mai mare de 10 ppm sau hidrazină mai mare de 5 ppm. Analiza de difracție cu raze X-a produsului de coroziune poate arăta sulfura de nichel (NiS) dacă descompunerea sulfitului a fost responsabilă. Soluția este să furnizeze captatorul de oxigen la nivelul minim necesar pentru a menține oxigenul dizolvat sub obiectiv și pentru a ajusta pH-ul la intervalul neutru (7,5-8,5). Dacă aveți supraalimentare pe termen lung, treceți la aliajul 825 sau 316L cu mai mult nichel.

Concluzie: îndepărtarea oxigenului sau peliculă pasivă stabilă

Defalcarea pasivă a filmului trebuie evitată pentru încălzitoarele cu carcasă din oțel inoxidabil 316 în apa de alimentare a cazanului la 150 de grade și acest lucru necesită un control atent al concentrațiilor de captare a oxigenului. Sulfitul de sodiu la concentrații de peste 8-10 ppm are ca rezultat conversia indusă de sulfură-a Cr/sub 2/O/sub 3/ în sulfură de crom neprotectivă, cu viteze de coroziune consistente de 0,1-0,3 mm/an. Concentrațiile de hidrazină mai mari de 3-5 ppm duc la leșierea nichelului indusă de amoniac și la deteriorarea peliculei pasive. Inginerii care specifică 316 teci pentru serviciul de alimentare cu apă dezaerată trebuie să reducă la minimum sulfitul pentru<8 ppm (ideally 5 ppm) and hydrazine to <4 ppm (preferably 2 ppm) and maintain pH between 7.5 and 8.5. The framework given here connects oxygen scavenger concentration and pH to measurable corrosion rates at 150°C. This allows the buyer to select water treatment plans that safeguard the carbon steel components (by oxygen removal) and the 316 heater sheaths (by avoiding overfeed of reducing agents).