תחת איזה שילוב ספציפי של שאריות ריכוז כלורמין ו-pH האם נדן מחמם נירוסטה 316 מפתחת פיתולים במים חמים עירוניים ב-55 מעלות

Mechanism of pitting corrosion of disinfectant in potable water systems Monochloramine (NH2Cl) is being increasingly used as a secondary disinfectant in municipal hot water systems (domestic hot water tanks, recirculation loops in hotels and hospitals, point of use heaters in commercial buildings) to replace free chlorine and minimise trihalomethane formation for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes. Chloramine is less aggressive to stainless steel than free chlorine but can produce pitting at higher temperatures especially when the pH is not in the proper range for chloramine stability. 316 stainless steel is passive at chloramine levels below 2-3 ppm at a common residential hot water temperature of 55 °C and a pH of 7.5-8.5. However, below pH 7.0 chloramine breaks down into free chlorine and ammonia which leads to a more aggressive oxidising environment. Chloramine is unstable at pH > 9.0, and decomposes to dichloramine and nitrogen trichloride. Pitting begins at chloramine levels >4-5 ppm ב-pH 7.0-8.0, או תחת סטיות pH. מחקר זה חוזה את ספי ה-pH וריכוזי הכלורמין שמתחילים פיתול על 316 מעטפות ב-55 ⁰C. כלורמין-מנגנון פיתול ותלות ב-pH מונוכלורמין (NH2Cl) הוא חומר מחמצן חלש יותר מכלור חופשי (HOCl/OCl-), לעומת זאת, כלורמין מתפרק בדרכים רבות בטמפרטורות מעל 50 מעלות. ב-pH נייטרלי עד מעט אלקליני (7.0-8.5) פירוק נותן אמוניה וחנקן כשרק כמויות קטנות של כלור חופשי משתחררות. ב-pH < 7.0, הפירוק עובר לכלור חופשי (HOCl) ודיכלורמין (NHCl 2), שניהם חמצונים חזקים יותר שיכולים לפרק את הסרט הפסיבי על 316. ב-pH > 9.0 הכלורמין מתפרק במהירות לטריכלוריד חנקן (NCl3), שהוא מין נדיף ומחמצן מאוד. מנגנון הפירוק הוא זה של גלעיני כלור חופשי. פירוק מקומי של הסרט הפסיבי Cr 2 O 3 ולאחר מכן התפשטות בור המושרה על ידי כלוריד. אבל כלורמין צריך ריכוז חזק יותר (בערך פי 2-5 מזה של כלור חופשי) כדי לגרום לבור באותה טמפרטורה. גבולות מכמתים של בור ב-55 מעלות בדיקות טבילה מבוקרות של פלדת אל-חלד 316 (גימור מלוטש אלקטרו, Ra=0.2 מיקרומטר) במים עירוניים סינתטיים (100 ppm Cl−, 80 ppm SO42−, 120 ppm CaCO3) בריכוזי מונוכלורמין שונים עבור דרגות boundad של 3500 ו-pH עבור דרגות piundad של 3500 הבאות. חניכה. pH (55 מעלות) מונוכלורמין (עמודים לדקה כשווה ערך ל-Cl2) זמן התחלת פיתול עבור נתיב פירוק כלוראמין (שעות) עומק בור מקסימלי לאחר 3000 שעות (מיקרון) זמן עד לנקב (קיר 1.5 מ"מ) 55 מעלות שירות מומלץ<1.0 7.0-8.5 Stable >10,000 <10 >30 שנים כן 1.0-2.0 7.5-8.5 יציב 5,000-10,000 10-20 15-30 שנים כן 2.0-3.0 7.5-8.5 יציב 20-40 שנים לרוב 8-15 שנים 3,000-5,000 מקובל 3.0-4.0 7.5-8.5 בסביבות 1,500-3,000 40-80 4-8 שנים דעיכה שולית מתונה}} 800-1,500 80-120 2 עד 4 שנים לא מומלץ 5.0-7.0 7.5-8.5 התפוררות משמעותית 400-800 120-200 1-2 שנים אין 7.0 7.5-8.5 דעיכה מהירה<400 >200 <1 year Unacceptable 2.0-3.0 6.5-7.0 (pH excursion)Free chlorine release 1,000-2,000 60-100 3-5 years Not recommended 2.0-3.0 <6.5 Free chlorine + dichloramine 300-800 100-180 1.5-2.5 years Not acceptable NCl3 formation 2.0-3.0 >9.0 500-1,200 80-150 2 - 3 yeras Unacceptable 3.0 < 7.0 Severe degradation < 500 > 150 < 1.5 years Temperature effect on chloramine aggressiveness Not acceptable The rate of decomposition of monochloramine rises with temperature, hence chloramine is more aggressive at higher temperatures. Water Temperature (oC) Maximum Monochloramine for 5-Year Life pH 7.5-8.0 (mg/L)Maximum Monochloramine for 10 Year Life at pH 7.5-8.0 (mg/L)Recommended Action 40 5.0 3.0 Standard practice 50 3.5 2.5 OK 55 3.0 2.0 Marginal above 2.5 ppm 60 2.2 1.5 Chloramine reduction if >2 ppm 70 1.5 1.0 316 not recommended, upgrade material 80 1.0 0.5 316 not appropriate Chloramine Treatment Practical Water Chemistry Specifications The following specifications will ensure long term pitting free service for 316 sheathed heaters in municipal hot water systems treated with monochloramine at 55oC. System Type Target Monochloramine (ppm) pH Range Max. Temp. (°C) Heater Life Expectancy (years)Hot water heating ideas for households1.0-2.0 7.5-8.5 55 10-15 Commercial (hotel/hospital) OK 1.5-2.5 7.5-8.5 55 8-12 Test for chloramine regularly. big circulation system 2.0-3.0 7.8-8.2 55 5-8Active pH regulation as required Any with chloramine >3.0 >3.0 7.5-8.5 55 2-4 שדרג ל-316L אלקטרופוליש כל אחד עם סטיות pH<7.0 <3.0 <7.0 56 2-5 pH control necessary Any at temperatures above 60°C 1.5 7.5-8.5 >60 2-5 2205 שדרוג דופלקס זיהוי שדה של בור המיוצר על ידי כלורמין עבור מחמם 316 במים חמים עירוניים עם מעט כלור חופשי אך טיפול בכלורמין ידוע, הבורות הם בדרך כלל קטנים (קוטר 0.1-0.5 מ"מ), תכופים (5-20 בורות/סמ"ר), ומרווחים באופן קבוע. משטח המתכת בבור מעיד על מורפולוגיה מונעת של כלוריד. ההבדל העיקרי הוא שאין כלור חופשי במים בתפזורת (אינדיקטור לכך שהכלורמין מתפרק). ביומן כימיית המים יהיו ערכי כלורמין מעל 3-4 ppm ו-pH מתחת ל-7.0 או מעל 9.0 בזמנים שונים. בדיקת המים בתפזורת עבור כלור וכלורמין חופשיים תאשר את סוג החיטוי. הפתרון לכשלים אלו הוא להוריד את ריכוז הכלוראמין לפחות מ-2.5-3.0 ppm או לשמור על ה-pH מקרוב על 7.5-8.5 או לשדרג ל-duplex 2205 נירוסטה. פתרונות טיפול למערכות כלורמין גבוהות אם לא ניתן להפחית את ריכוז הכלורמין ל-3 עמודים לדקה, ההליכים הבאים יקטין את הסיכון להיווצרות חריצים: ליטוש אלקטרו: משטח מלוטש (Ra).<0.2 µm) increases chloramine threshold by ~1 ppm. pH stability The pH should be maintained in the range 7.8 – 8.2 by adding a pH controller. Decomposes to free chlorine at low pH. Decomposes to NCl3 at high pH. Lower heater setpoint from 55C to 50C (40-50% reduction in chloramine decomposition rate) Alloy upgrade: Duplex stainless steel 2205 (higher pitting resistance equivalent number, PREN >35) או 316L עם בקרת הכללת טיטניום ניטריד (TiN). מסקנה: חיי חימום 316 @ pH 55 מעלות ובקרת כלוראמין 316 מחממי נירוסטה במים חמים עירוניים ב-55 מעלות מראים התחלת פיתול מעל סביב 3-4 עמודים לדקה מונוכלורמין ב-pH 7.5-8.5 ב-1,000-3,000 שעות וניקוב בעוד 2-5 שנים. ברגע שה-ph יורד מתחת ל-7.0 כלורמין מתפרק לכלור חופשי ואפילו 2-3 ppm כלורמין הוא די אגרסיבי ויתקע בתוך 1-2 שנים. 316 מעטפת עם נתונים על כלור ו-pH וטווח pH של 7.5-8.5 ומונוכלורמין<2.5 ppm for 10 year life shall be specified by engineers for chloramine treated water. Electropolished 316L or duplex 2205 is suggested for chloramine levels over 3 ppm or where pH control is not reliable. The present method, connecting chloramine concentration and pH to measured pitting initiation times at 55°C, allows users to define water treatment programmes which prevent disinfectant-driven pitting in municipal hot water systems.