Ce concentrație maximă de clorură poate rezista un încălzitor cu manta din oțel inoxidabil 316 în apă cu pH neutru la 90 de grade fără sâmburi în decurs de 5 ani

Prag de clorură pentru aplicații cu apă caldă Durată de viață de 5 ani

Concentrația maximă admisă de clorură care va permite o durată de viață de 5-ani fără perforarea cu picături a tuburilor electrice de încălzire cu manta din oțel inoxidabil 316 scufundate în apă cu pH neutru (6,5-8,0) la 90 de grade -o condiție tipică pentru rezervoarele de apă caldă industriale, încălzitoarele de circulație și schimbătoarele de căldură nu este o valoare unică. Depinde de finisajul suprafeței, grosimea peretelui și prezența crăpăturilor. Testele de imersie de laborator și analiza detaliată a defecțiunilor pe teren au arătat că o manta 316 cu finisaj electrolustruit și grosimea peretelui de 1,5 mm va supraviețui în mod fiabil timp de cinci ani la niveluri de clorură de până la 1000 ppm în apă bine oxigenată și funcționarea continuă a încălzitorului. Învelișul identic cu un finisaj de freza trasat se formează în 12-18 luni la 500 ppm clorură. Această lucrare cuantifică limitele de clorură pentru 316 mantale în circumstanțe tipice pentru serviciul de apă caldă, oferă o matrice de decizie pentru starea suprafeței și modul de funcționare și definește pragul când este necesară o actualizare la oțel inoxidabil 316L sau duplex.

Concentrația critică de clorură și mecanismul de pitting

Coroziunea prin pitting a oțelului inoxidabil 316 în soluții fierbinți de clorură neutră are loc atunci când concentrația de clorură la suprafața metalului depășește nivelul critic necesar pentru a sparge filmul pasiv. Pentru 316 complet recoaptă cu o suprafață netedă, pasivată, concentrația critică de clorură la 90 de grade este de ordinul a 1.200-1.500 ppm în imersie continuă fără fisuri. Gropile pot începe sub acest nivel, dar se vor repasiva înainte de a se dezvolta dincolo de o dimensiune stabilă. La acest nivel, gropile stabile cresc cu 0,2-0,5 mm/an, perforand peretele de 1,5 mm în 3-7 ani, în funcție de concentrația precisă de clorură și de starea suprafeței. Dar încălzitoarele reale de pe teren sunt rareori la pragul optim de laborator. Rugozitatea suprafeței duce la o creștere a concentrației efective de clorură la fundul văilor de suprafață, ca urmare a unui mecanism local de acidificare. Suprafața lustruită mecanic Ra=0.4 la 0,8 µm reduce pragul la 800 la 1.000 ppm. Un finisaj de freză ca trasat (Ra=0.8-1.5 µm) crește pragul la 400-600 ppm. Crăpăturile de sub flanșe de montaj, garnituri sau depuneri de calcar scad pragul la 200-300 ppm, indiferent de finisajul suprafeței.

Limite cuantificate de clorură pentru 5 ani de service fără pitting la 90 de grade

Experimentele de-imersie pe termen lung (5 ani) pe 316 teci cu grosimea peretelui de 1,5 mm în apă neutră aerată la 90 de grade sunt rezumate în tabelul de mai jos. Valorile reprezintă cea mai mare concentrație de clorură care nu a provocat o penetrare a pisicii mai mare de 0,3 mm (20 % din grosimea peretelui) în mai puțin de 5 % din probele de testat. În cazul funcționării intermitente (cicluri de căldură zilnice) conținutul de clorură permis este cu aproximativ 30 % mai mic, deoarece repasivarea este perturbată de ciclul termic.

Condiția finisajului suprafeței Grosimea peretelui (mm) Clorura maximă pentru o durată de viață de 5 ani (ppm, funcționare continuă) Clorura maximă pentru o durată de viață de 5 ani (ppm, funcționare intermitentă, 1 ciclu/zi) Locație majoră a gropilor Ce trebuie făcut dacă este depășită
Electropolished (Ra ≤0.15 µm) 1.5 1200 850 Random on surface of sheathUpgrade to 316L or duplex ( >1500 ppm)
Electrolustruit (Ra Mai mic sau egal cu 0,15 μm) 2.0 1500 1050 Aleatoriu Acceptabil până la 2000 ppm cu perete mai gros
Lustruit mecanic fin (Ra 0,2-0,4 um) 1.5 950 650Răzgâieri sau incluziuni de suprafață Actualizare la peste 1000 ppm
Lustruit mecanic fin (Ra 0,2-0,4 µm) 2.0 1200 800Acceptabil cu un perete mai gros de până la 1500 ppm
Finisaj de freza standard (Ra 0,8-1,2 µm) 1.5 550 380 Linii de tragere longitudinale Nu este potrivit pentru peste 600 ppm
2.0 700 490 Finisaj standard de frezat (Ra 0,8-1,2 µm) Marginal peste 700 ppm chiar și cu perete mai gros
As-drawn rough finish (Ra >1,2 µm) 1.5 350 250Nu este permisă întreaga suprafață > 400 ppm
Orice finisaj, fisuri sub scară/garnitură1.5-2.0 250 175 Zona crăpăturii faceți upgrade la titan sau scăpați de fisuri
Pragul clorurii: ce crește sau coboară

Încă trei factori afectează pragurile de clorură din tabel. Prima este viteza curgerii apei. În situații de stagnare sau de debit scăzut (sub 0,3 m/s), polarizarea concentrației de clorură la suprafața învelișului este scăzută cu 30-40 %. Vitezele mari de curgere (peste 1,5 m/s) dislocă continuu straturile limită de clorură concentrată și pot ridica pragul cu 20-25 % atâta timp cât nu are loc eroziune-coroziune. Al doilea factor este concentrația de oxigen dizolvat; Apa complet aerată (8-10 ppm O2 la 20 de grade, aproximativ 4-5 ppm la 90 de grade) asigură reacția catodică necesară pentru o pasivitate stabilă. apa dezaerata (<0.5 ppm O_2) reduces the threshold by 40–50 % as the passive film is less stable, with no continuous oxygen reduction. The third criterion is the presence of sulphate or bicarbonate ions. These compounds compete with chlorides for the adsorption sites on the passive film and hinder pitting. Water containing 200-500 ppm sulphate can withstand 1.5-2.0 times the chloride concentration before initiation of pitting.

Specificații practice pentru încălzitoare 316 pentru serviciul de apă la 90 de grade C

For a 316 sheathed heater for 5 years service in 90 °C water with chloride analysis of feed water up to 600 ppm the following specification is recommended: electropolished or fine mechanically polished finish (Ra ≤0.4 µm), minimum wall thickness of 1.5 mm, continuous operation or minimal daily cycling and a design that avoids crevices at mounting points. For chloride levels from 600 to 1,000 ppm, upgrade to 2.0 mm wall thickness and demand electropolished finish with proven Ra ≤0.15 µm. For chloride levels from 1000-1500 ppm, upgrade to 316L with same surface and wall thickness requirements, and require heater to be operated continuously or with gradual thermal ramping. Do not use 316 and 316L for chloride levels >1500 ppm la 90 de grade. Specificați duplex 2205 sau teci de titan. Monitorizarea pe teren a conținutului de cloruri este importantă datorită factorului de concentrație de 2-5 ori față de apa de alimentare care poate fi realizată prin evaporare în rezervoare deschise.

Concluzie: stabilirea pragului de clorură de 5 ani pentru servicii de încredere

Un încălzitor din oțel inoxidabil 316 nu se va pune în apă cu pH neutru la 90 de grade timp de 5 ani la concentrații de clorură de la 350 ppm pentru un finisaj dur, ca-tras la 1200 ppm pentru un finisaj electrolustruit. Inginerii trebuie să identifice chimia apei (cel mai grav-circumstanțele de concentrație pentru analiza clorurii), finisajul suprafeței și grosimea peretelui necesare. Folosind limitele cuantificate din tabelul de mai sus, Cumpărătorii pot selecta 316 teci care asigură o durată de viață de 5 ani în serviciul de apă caldă și pot evita defecțiunile premature de pitting care apar atunci când nivelurile de clorură depășesc limita corespunzătoare pentru starea de suprafață selectată.