În ce combinație specifică de concentrație de clor rezidual și pH, învelișul de încălzire din oțel inoxidabil 316 trece de la pasiv la pitting în apă caldă menajeră la 60 de grade

Perturbarea pasivității în sistemele de apă potabilă indusă de dezinfecție

În sistemele de apă caldă menajeră care utilizează tuburi electrice de încălzire cu manta din oțel inoxidabil 316 (punctul de utilizare încălzitoare, rezervoare de apă caldă, bucle de recirculare etc.), utilizarea clorului rezidual (adăugat sub formă de clor gazos, hipoclorit de sodiu sau cloramină pentru dezinfecție) reprezintă un risc de apariție a apei necorozive. Stabilitatea sau defalcarea locală a filmului pasiv pe 316 depinde de clorul rezidual liber (Cl2, HOCl, OCl-) și pH-ul la 60 de grade (temperatura medie a apei calde rezidențiale). 316 rămâne pasiv sub un prag de concentrație de clor liber de ~2 ppm la pH 7,5. Peste 3-4 ppm la același pH, stropirea începe în săptămâni sau luni. Influenţa pH-ului este importantă: la pH 8,5 concentraţia admisibilă de clor se dublează, iar la pH 6,5 se înjumătăţeşte. Acest articol estimează pragurile clor-pH pentru pitting începând cu 316 teci în apă potabilă la 60 de grade și oferă standarde de tratare a apei pentru longevitatea încălzitorului.

Mecanismul de pitting indus de clor

Clorul rezidual liber din apă este în echilibru între acidul hipocloros (HOCl) și ionul hipoclorit (OCl-), raportul fiind în funcție de pH. HOCl predomină la pH < 7,5; OCl- predomină la pH > 7,5. HOCl este un oxidant mai puternic decât OCl- și mai ostil filmelor pasive din oțel inoxidabil. Speciile de clor de la suprafața metalului pot rupe local formarea peliculei de oxid de crom prin formarea de complexe cloro-solubile de crom sau prin crearea unor condiții puternic oxidante care duc la dizolvarea transpasivă (oxidarea Cr 3+ la Cr 6+ solubil). Potențialul de oxidare puternic al clorului menține o chimie locală viguroasă care duce la formarea stabilă a gropii după ce filmul pasiv este rupt la un punct slab, în ​​mod normal la o incluziune de MnS sau o zgârietură de suprafață. Pitting indus de clor este diferit de pitting indus de clor, unde sunt necesare sute până la mii de ppm Cl-, clorul este un oxidant considerabil mai puternic și pitting se poate dezvolta la niveluri de clor liber de 1-5 ppm.

Praguri cuantificate pentru pitting în apă caldă menajeră la 60 de grade

În urma testării sistematice de imersare a oțelului inoxidabil 316 (finiș lustruit Ra=0.4 µm) în apă caldă menajeră sintetică (100 ppm Cl-, 80 ppm SO4-2, 120 ppm duritate CaCO3) la 60 de grade utilizând clor liber controlat rezidual (măsurat după inițierea pH-ului, următoarele limite au fost identificate și inițiate). 1.000 de ore de expunere.

Clor rezidual liber (ppm ca Cl2) pH Clor dominant Specii Timp de inițiere a gropii (ore) Adâncimea maximă a gropii după 1.000 de ore (µm) Timp până la perforare (perete de 1,5 mm) Recomandat pentru serviciul de apă caldă menajeră<0.5 6.5-8.5 Mixed No pitting <5 >30 de ani Da
0.5-1.0 7.0-8.5 Mixed >5.000 (poate să nu înceapă)<10 >20 de ani Da
7.5-8.5 1.0-1.5 OCl⁻ dominant 2.000-5,000 10-30 10-20 aniAcceptabil cu supraveghere 1.0-1.5 6.5-7.5 HOCl dominant 1.000-2,000 30-60 5-10 ani Marginal
1.5-2.0 7.5-8.5 Fl⁻ dominant 1.000-2,000 40-80 4-8 ani Marginal
1.5-2.0 6.5-7.5 HOCl dominant 500-1,000 80-150 2-5 aniNerecomandat
2.0-3.0 7.5-8.5 OCl⁻ dominant 300-800 100-200 2-4 ani Nu este recomandat
2.0-3.0 6.5-7.5 HOCl dominant 100-300 200-400 1-2 ani Nu este acceptabil
3.0-5.0 7.5-8.5 OCl- dominant 100-300 200-500 1-2 ani Nu este acceptabil
3.0-5.0 6.5-7.5 HOCl dominant 50-100 400-800 6-12 luni Inacceptabil5.0 Orice HOCl sau OCl⁻<50 >500 <6 months Unacceptable
Influența temperaturii asupra agresivității clorului

Pragurile din tabel sunt pentru 60 de grade. Pe măsură ce temperatura crește, clorul devine mai agresiv datorită ratei de difuzie crescute și a unui film pasiv mai puțin stabil. Sub 60 de grade conținutul de clor admis crește aproape liniar odată cu scăderea temperaturii.

Temperatura apei (grade) Clor liber maxim pentru 5 ani de viață fără sâmburi la pH 7,5 (ppm) Acțiune recomandată
40 3.0 Nu trebuie luată nicio măsură specială
50 2.2 Monitor if >2.0 ppm 60 1.5 Dechlorinate if >1,5 ppm 70 1.0 Declorarea sugerată 80 0.7 Declorarea necesară 90 0.5 316 nu este recomandată; upgrade la titan
Recomandări practice pentru tratarea apei în încălzitoarele de apă caldă menajeră

316 încălzitoare încapsulate în sistemele de apă caldă de acasă la 60 de grade au următoarele standarde de tratare a apei pentru un serviciu pe termen lung fără gropi.

Clor liber rezidual (ppm) pH Acțiune recomandată<0.5 Any No action required
>7.5 Nicio acțiune; tolerabil 0,5-1,0
0.5-1.0 <7.5 Adjust pH to >7.5 cu hidroxid de sodiu sau observați cu atenție
1.0-1.5 >8.0 Acceptabil; examina la fiecare 2 ani
1.0-1.5 7.0-8.0 Reduceți clorul sau treceți la 316L cu finisaj electrolustruit
1.5-2.0 >8.0 Reduceți clorul sau actualizați încălzitorul
1.5-2.0 <8.0 Dechlorination (injection of activated carbon or sodium sulphite) necessary2.0 Any Dechlorination necessary; upgrade to titanium?
Identificarea pe teren a clorului-sâmburele cauzate

Sâmburele de clor rezidual provoacă gropi care sunt, în general, mici (0,1-0,5 mm diametru), numeroase și distribuite uniform pe suprafața învelișului (spre deosebire de găuri induse de clorură, care sunt mai mari și mai puțin numeroase). Gropile sunt adesea înconjurate de un inel catodic strălucitor și au un centru maro închis sau negru (oxid de mangan din dizolvarea incluziunii). Atunci când în apă sunt prezente atât clorul ridicat, cât și clorura ridicată (peste 200 ppm), cele două efecte acționează sinergic și pragul este coborât cu 30-50%. Dacă un încălzitor dintr-un sistem de apă caldă de acasă se defectează prin pitting în decurs de 2-3 ani, clorul rezidual trebuie testat în mai multe locuri (admisie, rezervor, ieșire) pentru a vedea dacă vârfurile depășesc pragurile.

Concluzie 316 Durata de viață a încălzitorului la 60 de grade Gestionarea clorului rezidual

La pH 7,5, concentrațiile de clor liber rezidual de peste 1,5 ppm accelerează coroziunea prin pitting a încălzitoarelor din oțel inoxidabil 316 în apă caldă menajeră la 60 de grade în 2-5 ani, scăzând durata de viață a încălzitorului cu un factor de 3-10 în comparație cu apa declorinată. Un pH mai mare (8,0-8,5) poate avea o concentrație de clor dublă. pH-ul mai scăzut (6,5-7,0) reduce limita permisă la jumătate. Inginerii care specifică 316 teci pentru încălzirea apei potabile trebuie să colecteze date despre calitatea apei, inclusiv clorul liber rezidual și pH-ul la temperatura de funcționare estimată. Pentru sistemele cu clor mai mare de 1,5 ppm, se recomandă declorarea (filtrare cu cărbune activ sau injectare de sulfit de sodiu) sau trecerea la 316L cu finisaj electrolustruit. Aici oferim o metodologie care le permite cumpărătorilor să selecteze programe de tratare a apei care protejează 316 teci de coroziunea indusă de dezinfectant în serviciul de apă caldă menajeră prin corelarea concentrației de clor și pH-ului cu duratele cuantificabile de pornire a pittingului.