תחת איזה שילוב ספציפי של ריכוז שואב חמצן (סולפיט/הידרזין) ו-pH האם נדן מחמם נירוסטה 316 עובר מקורוזיה פסיבית לאקטיבית במי הזנה לדוד ב-150 מעלות

חומר הפחתת-גרם לפירוק הפסיביות במים בטמפרטורה גבוהה

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) או pH חומצי (<6.0). In this work, critical concentration thresholds for sulphite and hydrazine for passivity breakdown at 150°C are quantified.

מנגנון של שולל חמצן-גרם לאובדן פסיביות

At high temperature (>100 מעלות ) נתרן גופרתי מתפרק: 4Na₂SO₃ → 3Na₂SO₄ + Na₂S הגופרית (S2−) שנוצרה היא חומר מפחית חזק ויכול להגיב עם ציפוי תחמוצת הכרום הפסיבי כדי לייצר כרום מגן לא-, Cr2deromium (S2C) גם תיוסולפט (S2O3 2-) נוצר והוא מוכר כמפעיל ספציפי ל-pitting ו-SCC בפלדות אל חלד. פירוק של Hydrazine 3N2H4 → 4NH3 + N2 אמוניה (NH 3 ) מתחבר עם יוני ניקל (Ni 4+ או Ni 2+ ) מטיף ניקל באופן סלקטיבי מהסרט הפסיבי ומשטח הסגסוגת, ובכך מייצרת שכבת ניקל- פחות פגומה. שני התהליכים דורשים או pH נמוך (כדי לשמור על גופרית בתמיסה כ-H2S) או pH גבוה (כדי להגביר את קומפלקס האמוניה). ב-pH ניטרלי (6.5-8.0) תופעות לוואי אלו ממוזערות.

התמוטטות פסיביות כמותית ב-150 C

שיעורי קורוזיה וזמן לאובדן פסיביות של נירוסטה 316 במים מנוזלים ב-150 מעלות (pH מותאם עם NaOH או NH4OH) בריכוזי סולפיט והידרזין שונים נקבעים בבדיקות מבוקרות.

ריכוז שואב חמצן (ppm) pH של 150 מעלות קצב קורוזיה (מ"מ/שנה) פירוק עיקרי מוצר זמן עד 0.2 מ"מ איבוד מתכת (שעות) יציבות של סרט פסיבי שירות מומלץ 150 מעלות
נתרן גופרתי<2 7.0-9.0 Low decomposition <0.02 >10,000 יציב כן
נתרן גופרתי 2-5 7.0-9.0 עקבות S²⁻/S₂O₃²⁻ 0.02-0.05 4,000-10,000 פגום קלות מקובל
נתרן סולפיט 5-10 7.0-9.0 10-30 ppm S 2- 0.05-0.10 2,000-4,000 מוניטור שולי בהשוואה
נתרן גופרתי 10-20 8.0-9.5 30-60 ppm S2- שווה ערך 0.10-0.30 700-2,000 מפורק לא מומלץ
Sodium sulfite 10-20 >9.5 או<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
הידרזין<1 7.0-9.0 Minimal NH3 <0.02 >10,000 יציב כן
הידרזין 1-3 7.0-9.0 1-5 ppm "NH₃ 0.02-0.05 4,000-10,000 פגום קלות מקובל
הידרזין 3-5 7.0-9.0 5 עד 10 ppm NH3 0.05-0.10 2,000-4,000 מוניטור שולי
הידרזין 5-10 8.0-9.5 10-20 ppm NH₃ 0.10-0.25 800-2,000 מפורק לא מומלץ
Hydrazine 5-10 >9.5 מורכבות Ni משופרת 0.25-0.60 300-800 לא יציב מס
Hydrazine >10 Any >20 ppm NH3 >0.60 <300 Active corrosion Unacceptable
pH קריטי-C של האינטראקציה עם ריכוז של שולל חמצן

ריכוז שולל חמצן מקובל תלוי באופן משמעותי ב-pH ב-150 מעלות. להלן טבלה של ריכוזים מקסימליים מוצעים בטווחי pH שונים.

נתרן סולפיט מקסימלי (ppm) pH @ 150 מעלות מקסימום הידרזין (ppm) מנגנון כשל דומיננטי פעולה מומלצת במקרה של חריגה של 6.0-6.5 3 2 דילול המושרה על ידי חומצה- הפחת את השולל או התאם את ה-pH
5 3 6.5-7.5 מעורב מקובל
7.5-8.5 8 4 מינימום מקובל
8.5-9.0 5 3 מורכבות של תשומת לב Ammoniapay
9.0-9.5 3 2 מורכבות אמוניה שואב תחתון
9.5-10.0 2 1 Strong Ni leachingUpgrade to 316L or Alloy 825 >10.0 <1 <0.5Rapid active corrosion 316 not suited 
מפרטים מעשיים לכימיה של מים במחממי מי הזנה לדוד

עבור מי הזנת דוודים מאווררים ב-150 מעלות, הקריטריונים הבאים עבור שולל חמצן ו-pH נדרשים כדי לספק-יציבות פסיבית לטווח ארוך עבור 316 מחממי חימום.

סוג מערכת יעד חמצן מומס (ppb) שואב חמצן מומלץ ריכוז מקסימלי (ppm)150 מעלות pH מומלץ חיי מחמם צפוי (שנים)
דוד בלחץ נמוך(<15 bar) <100 Sodium sulfite 5-8 8.0-8.5 >10
דוד בלחץ בינוני (15-30 בר) 50 סודיום סולפיט 4-6 8.0-8.5 8-12
High pressure boiler (>30 בר)<20 Hydrazine 2-4 8.5-9.0 5-10
Very high pressure (>60 בר) 10 הידרזין + אמוניה 1-2 9.0-9.2 5-8 (שדרוג ל-316L)
זיהוי בתחום הקורוזיה הנגרמת על ידי שואבי חמצן

אם תנור חימום 316 נכשל בהפעלת מי הזנת הדוד עם קורוזיה אחידה מואצת (בניגוד לבור), שקול הזנת יתר של שולל חמצן. משטח הנדן יהיה בדרך כלל מבוזבז, ללא בורות או סדקים שניתן לזהות. מוצרי קורוזיה עשויים להיות שחורים (Fe 3 O 4 ) עם גוון ירקרק עקב תרכובות ניקל. סקור את יומן הכימיה של המים עבור סולפיט גבוה מ-10 עמודים לדקה או הידרזין גדול מ-5 עמודים לדקה. ניתוח דיפרקציית רנטגן של תוצר הקורוזיה יכול להראות ניקל גופרתי (NiS) אם התמוטטות הסולפיט הייתה אחראית. הפתרון הוא אספקת שולל חמצן למינימום הנדרש כדי לשמור על חמצן מומס מתחת ליעד, ולהתאים את ה-pH לתחום הנייטרלי (7.5-8.5). אם יש לך הזנת יתר של סופח לטווח ארוך, עבור לסגסוגת 825 או 316L עם יותר ניקל.

מסקנה: הסרת חמצן או סרט פסיבי יציב

יש להימנע מהתמוטטות של סרט פסיבי עבור תנורי חימום עטופים מנירוסטה 316 במי הזנה של הדוד ב-150 מעלות וזה מצריך שליטה קפדנית על ריכוזי שולל החמצן. נתרן גופרתי בריכוזים מעבר ל-8-10 ppm מביאים להמרה-מגופית של Cr/sub 2/O/sub 3/ לכרום גופרתי שאינו מגן עם שיעורי קורוזיה עקביים של 0.1-0.3 מ"מ לשנה. ריכוזים של הידרזין גבוהים מ-3-5 ppm מובילים לשטיפה הנגרמת על ידי אמוניה ולהתדרדרות של סרט פסיבי. מהנדסים המציינים 316 נדן עבור שירות מי הזנה מנוזלים חייבים למזער את הסולפיט ל<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).