תחת איזה שילוב ספציפי של ריכוז חמצן מומס של מי הזנה ו-pH האם נדן מחמם נירוסטה 316 סובל מזרימה-קורוזיה מואצת (FAC) ב-200 מעלות במי הזנת דוודים-במהירות גבוהה

פירוק הסרט הפסיבי במים בטמפרטורה גבוהה בטוהר גבוה

The high velocity boiler feedwater systems operating at 200°C (typical for high-pressure boiler economisers or feedwater heaters) can be a problem for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes due to flow-accelerated corrosion (FAC), which is thought to be immune to this phenomenon (which occurs mainly in carbon and low-alloy steels). The FAC of 316 is different from the traditional FAC of magnetite (Fe3O4) layers on carbon steel where it is a direct dissolution of passive film by the combined impacts of high flow velocity, high temperature and unique water chemistry. The passive film on 316 dissolves at 200°C, when the dissolved oxygen is less than 5 ppb (deaerated) and the pH is greater than 9.5 or less than 6.5. Under such conditions wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year have been seen in high velocity zones (>5 מ"ש). מאמר זה מעריך את ספי החמצן המומס וה-pH עבור התחלת FAC ב-316 מעטפות ב-200 מעלות.

מנגנון של מסיסות בטמפרטורה גבוהה של סרטים פסיביים

במים בטמפרטורה- גבוהה (200 מעלות) הסרט הפסיבי על 316 הוא דו-שכבה של תחמוצת כרום (Cr₂O₃) וברזל כרום ספינל (FeCr₂O₄). תחמוצות אלו רגישות מאוד ל-pH וחמצן מומס למסיסותן. כאשר מאוורר (DO<5 ppb) the corrosion potential is in the active or passive-transition area where the passive film is less stable . At high pH (>9.5) תחמוצת כרום מומסת ככרומיט (CrO 2-) או ככרומט (CrO 4 2-). ב-pH נמוך (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) מסיר את המינים המומסים כל הזמן ומונעים את ה-repassivation ושומר על קצב המסה גבוה. אנרגיית ההפעלה של FAC של 316 היא בערך 40-60 קילו ג'ל/מול, כלומר קצב הקורוזיה מוכפל כל 15-25 מעלות מעל 150 מעלות.

ספי FAC מכמתים של 316 ב-200 מעלות במים-במהירות גבוהה

להלן מוצגים שיעורי קורוזיה והתנהגות דילול קיר עבור נירוסטה 316 בבדיקת לולאה מבוקרת ב-200 מעלות עם שינויים בחמצן מומס, pH ומהירות זרימה.

חמצן מומס (ppb) pH ב-200 מעלות מהירות זרימה (מ/ש) מסיסות תחמוצת דומיננטית קצב FAC (מ"מ/שנה) זמן עד 0.5 מ"מ אובדן קיר (שעות) מומלץ עבור שירות של 200 מעלות<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25,000 כן<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25,000 כן<5 7.5-8.5 3-5 Slight 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable <5 8.5-9.5 3-5 Cr(OH)3 solubility 0.05-0.15 3,500-10,000 Not recommended <5 9.5-10.5 >3 פירוק כרומיט 0.15-0.40 1,250-3,500 לא מקובל<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >מסיסות 3 Cr3+ 0.10-0.30 1,700-5,000 לא מקובל<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 מסיסות מופחתת 0.03-0.08 6,000-17,000 שולית
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 סרט פסיבי מיוצב<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100כל כל פסיבי לחלוטין<0.02 >25,000 כן
ה-FAC של 316 תלוי מאוד במהירות הזרימה.

מהירות הזרימה היא גורם קנה המידה שהופך את מסיסות הסרט הפסיבי לדילול דופן מדוד. הטבלה שלהלן מציגה את תלות המהירות ב-200 מעלות צלזיוס, תנאי אוויר, pH 9.2 (אזור שולי).

מהירות זרימה (מ/ש) מתח גזירת קיר (Pa, משוער) קצב FAC @ DO<5 ppb, pH 9.2 (mm/yr)Time to 50% of Original 1.5 mm Wall Loss(hours) Recommended Maximum Velocity for 10-Year Life <1 <10 <0.01 >75,000 Safe 1-2 10-20 0.01-0.03 25,000-75,000 Safe 2-3 20-35 0.03-0.06 12,500-25,000 Acceptable 3-5 35-60 0.06-0.12 6,000-12,500 Marginal (monitor) 5-8 60-100 0.12-0.20 3,750-6,000Not recommended 8-12 100-150 0.20-0.35 2,000-3,750 Unacceptable >12 >150 >0.35 <2,000 Not acceptable
מפרט עיצוב וכימיית מים מעשית של מחממי מי הזנה ב-200 מעלות

316 מחממים מוקפים ב-200 מעלות במי הזנת דוודים במהירות גבוהה מוגנים מפני קורוזיה מואצת בזרימה על ידי הדרישות הבאות.

סוג מי הזנה מטרה חמצן מומס (ppb) pH מומלץ, 200 מעלות מהירות זרימה מקסימלית במעטפת (מ/ש) חיי המחמם הצפוי (שנים)
כל טיפול נדיף (AVT) - הפחתה 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
כל-טיפול נדיף (AVT) - מחמצן 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
טיפול בפוספט 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (מוניטור)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
זיהוי שדה של FAC על 316 נדני חימום

The FAC on a 316 heater will produce unique surface features that are different from conventional corrosion mechanisms in high temperature, high velocity feedwater. The surface is smooth, polished or "orange-peel" in appearance with no pitting or scale. The wall thinning is homogeneous at the high velocity zones (e.g. pipe entry, directly facing the flow). The thinning is often a steady drop of outside diameter throughout the heater length. Scanning electron microscopy (SEM) shows a smooth, featureless surface, with no attack at the grain boundaries. Water chemistry log will show pH >9.5 או<6.0 and dissolved oxygen <5-20 ppb for prolonged durations. For such failures the answer is to adjust water chemistry to keep pH in the 8.0-8.5 range, and dissolved oxygen >20-50 ppb (אם זה תואם למערכת הכוללת), או כדי להגביל את מהירות הזרימה על ידי הנחת המחמם במעקף או בבאר. ניתן לבטל את הרגישות ל-FAC על ידי שינוי לטיטניום או סגסוגת 825.

תקציר: כימיה של מי הזנה וניהול מהירות למניעת FAC

קורוזיה מואצת בזרימה של 316 תנורי חימום עטופים מנירוסטה במי הזנת דוודים של 200 מעלות מתרחשת בתנאים מאווררים (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9.5 או pH חומצי<6.0 and flow velocities >3-5 m/sec. Under these conditions, the passive film is dissolved as chromite or chromium ions, resulting in wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year. For high temperature feedwater service with 316 sheaths, engineers should stipulate pH of 8.0-9.0, dissolved oxygen >20 ppb (ideally 50-100 ppb) and a flow velocity below 3-4 m/s at the sheath surface. If high velocity (>5 m/s) cannot be avoided, oxidising water treatment (oxygenated treatment, OT) with DO >100 ppb ייצב את הסרט הפסיבי וימנע FAC. המתודולוגיה שניתנה כאן מקשרת חמצן מומס, pH ומהירות זרימה לשיעורי FAC מדידים ב-200 מעלות, ומאפשרת לקונה להגדיר כימיה של מים ופרמטרים הידראוליים שישמרו על הסרט הפסיבי על 316 מעטפות מחמם בפעולת מי הזנה של הדוד במהירות גבוהה.