Sub ce combinație specifică de pH și indice de saturație, mantaua de încălzire din oțel inoxidabil 316 dezvoltă scară de carbonat de calciu care provoacă coroziune sub-depozit la 90 de grade

Pragul de scalare de la protectiv la corosiv

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) și oprește complet mișcarea oxigenului și formează un strat stagnant foarte coroziv. Nicio scară nu se formează sub LSI 0,5, iar 316 este pasiv. Combinația cheie pentru UDC este pH 7,5 până la 8,5 (unde echilibrul bicarbonat-carbonatului este favorabil pentru producția la scară) și LSI 0,8 până la 1,8. Această lucrare calculează pragurile pH-LSI pentru coroziunea sub-depozitului pe 316 teci la 90 de grade .

Mecanism de sub-coroziune a depozitului

Când se formează un sol poros de carbonat de calciu pe oțel inoxidabil 316 în apă fierbinte, metalul de sub cântare devine lipsit de oxigen, deoarece trecerea oxigenului prin cântare și stratul staționar este lentă. Părțile fără calcar (dacă există) sau zonele din afara scalei sunt complet oxigenate formând o celulă de aerare diferențială, metalul lipsit de oxigen de sub scară fiind anodul, iar metalul gol bogat în oxigen catodul. Ionii de clorură curg în zona anodică pentru a păstra neutralitatea încărcăturii și pH-ul scăzut de la hidroliza metalului sub scară inhibă repasivarea. Rata de coroziune poate ajunge la 0,5-2 mm pe an, ceea ce este comparabil cu rata de coroziune activă în acid. Scala în sine poate fi lăsată, dar metalul de sub ea se dizolvă, formând o cavitate care perforează teaca.

Praguri cuantificate pentru coroziune sub-depozit la 90 de grade

Combinațiile de pH-LSI care provoacă coroziune subdepunere în 1.000 de ore au fost determinate pentru 316 învelișuri (Ra=0.4 µm) în apă dură sintetică (duritate CaCO3 300 ppm, alcalinitate 200 ppm, Cl 200 ppm, gradul de căldură ajustat 200 ppm, flux de 90 ppm W/cm2).

Indicele de saturație Langelier (LSI) pH la 90 de grade (estimat) Grosimea scării (după 1.000 de ore) (microni) Porozitatea scării (%) Sub-Rata de coroziune a depozitului (mm/an) Timpul până la perforare (perete de 1,5 mm) Recomandat<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 de ani Da 0-0.5 7.0-7.5 0-20 N/A 0.02-0.05 30-75 ani Da
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 ani Acceptabil
0,8 până la 1.2 7.8 până la 8.1 20 până la 50 20 până la 30% 0,10 până la 0.25 6 până la 15 aniMarginal 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 aniNu este recomandat
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 ani Nu este acceptabil
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 de ani (dar risc de supraîncălzire) risc de supraîncălzire, nu UDC
Influența clorurii asupra intensității coroziunii sub-depuneri

UDC este substanțial accelerat de concentrația de clorură. Influența clorurii asupra pragului critic LSI pentru UDC la 90 de grade este văzută în tabelul de mai jos.

Concentrație de clorură (ppm) Pragul LSI pentru inițierea UDC (durată de viață de 5 ani) LSI maxim preferat pentru durata de viață de 5 ani Acțiune recomandată<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Este necesar un dedurizare sau un inhibitor
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Este necesară înmuierea; luarea în considerare a upgrade-ului
Specificații practice privind chimia apei pentru prevenirea UDC

Pentru a evita coroziunea sub-depozit, se recomandă următoarele criterii de chimie a apei pentru încălzitoarele cu manta 316 la 90 de grade:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; mențineți sub 1,2 dacă clorura este de 100-200 ppm; mențineți sub 1,5 dacă clorura este<100 ppm

pH la 90C: Mențineți 7.0 - 7.8 (pH mai scăzut=mai puțină scală, mai mult pericol de coroziune generală pH mai ridicat=mai multă scară, mai mult risc de UDC)

Alcalinitate: mai puțin de 200 ppm ca CaCO3 pentru a reduce potențialul de dezvoltare la scară

Inhibitor de detartrare – adăugați 2-5 ppm fosfonat sau poliacrilat dacă LSI > 1,0

Sub-Diagnoza câmpului de coroziune a depozitului

UDC sub scara de carbonat de calciu duce la cavități emisferice tipice pe suprafața tecii, de obicei cu diametrul de 2-10 mm, cu scara încă atașată sau parțial îndepărtată. Îndepărtarea scalei expune suprafețele de metal strălucitoare, lucioase, cu sâmburi, mai degrabă decât suprafața plictisitoare, solzită. Gropile au deseori margini decupate unde coroziunea s-a deplasat lateral sub scară. În cazul acumulării de calcar-cu încălzitoare defectuoase, dar fără nicio dovadă de picking în secțiunile libere de calcar-, trebuie luată în considerare UDC. Analiza la scară prin difracția cu raze X afișează de obicei calcit sau aragonit (CaCO₃), uneori combinate cu produse de coroziune (Fe₂O₃, Fe₃O₄). Răspunsul este să minimizezi LSI (prin reducerea pH-ului sau dedurizarea apei) sau să adaugi un inhibitor de calcar care schimbă forma cristalului la scară ne-aderantă.

Concluzie: gestionarea LSI și pH-ul pentru a evita coroziunea sub-depozit

încălzitoare din oțel inoxidabil 316 încapsulate în apă dură la 90 de grade. Formarea unei scale poroase de carbonat de calciu, care stabilește celule de aerare diferențială, are loc atunci când indicele de saturație Langelier (LSI) este între 0,8 și 1,8 și pH-ul este între 7,5 și 8.5 . Peste LSI 1,8 scara este densă și protectoare împotriva UDC (deși supraîncălzirea poate fi o problemă). La LSI < 0,8, UDC nu este declanșat de crearea scalei. LSI trebuie calculat la temperatura de funcționare. În serviciul de apă dura, inginerii care specifică 316 teci trebuie să mențină LSI sub 1,0 atunci când clorura depășește 200 ppm sau să includă inhibitori ai calcarului care afectează morfologia calcarului. Metodologia prezentată aici oferă o legătură între pH, LSI și ratele măsurabile ale UDC, ceea ce le permite clienților să aleagă chimia apei care va preveni coroziunea localizată indusă de calcar-.