באיזה ריכוז כלוריד מרבי יכול לעמוד מחמם נירוסטה 316 במים pH ניטרלי ב-90 מעלות מבלי להתפרץ בתוך 5 שנים

סף כלוריד ליישומי מים חמים 5 שנות חיי שירות

ריכוז הכלוריד המרבי המותר שיאפשר חיי שירות של 5- שנים ללא ניקוב בורות של 316 צינורות חימום חשמליים מצופים מנירוסטה הטבולים במים pH ניטרלי (6.5-8.0) ב-90 מעלות -מצב אופייני למיכלי מים חמים תעשייתיים, מחממי מחזור ולא מחליפי חום אחד. זה תלוי בגימור פני השטח, עובי הקיר ובנוכחות של חריצים. בדיקות טבילה במעבדה וניתוח כשל שדה מפורט הראו כי מעטפת 316 עם גימור מלוטש אלקטרו-פוליש ועובי דופן של 1.5 מ"מ תשרוד באופן אמין במשך חמש שנים ברמות כלוריד של עד 1000 ppm במים מחומצנים היטב ובפעולה רציפה של המחמם. המעטפת זהה עם גמר טחנת כפי שנמשך בורות בתוך 12-18 חודשים ב-500 ppm כלוריד. מאמר זה מכמת את מגבלות הכלוריד עבור 316 מעטפות בנסיבות טיפוסיות של שירות מים חמים, נותן מטריצת החלטה עבור מצב פני השטח ומצב הפעלה, ומגדיר את הסף כאשר נדרש שדרוג ל-316L או נירוסטה דופלקס.

ריכוז הכלוריד הקריטי ומנגנון הפיטינג

קורוזיה בבור של נירוסטה 316 בתמיסות כלוריד ניטרליות חמות מתרחשת כאשר ריכוז הכלוריד על פני המתכת עולה על הרמה הקריטית הנדרשת לפירוק הסרט הפסיבי. עבור 316 חישול מלא עם משטח חלק ופסיבי, ריכוז הכלוריד הקריטי ב-90 מעלות הוא בסדר גודל של 1,200-1,500 ppm בטבילה רציפה ללא סדקים. בורות עשויים להתחיל מתחת לרמה זו אך ישתחררו לפני התפתחות מעבר לגודל יציב. ברמה זו, בורות יציבים גדלים בקצב של 0.2-0.5 מ"מ לשנה, תוך 3-7 שנים חורצים דרך דופן של 1.5 מ"מ, תלוי בריכוז הכלוריד המדויק ובמצב פני השטח. אבל תנורי חימום בפועל בשטח נמצאים רק לעתים רחוקות בסף המעבדה האופטימלי. חספוס פני השטח מביא לעלייה בריכוז הכלוריד היעיל בתחתית עמקים פני השטח, כתוצאה ממנגנון החמצה מקומי. המשטח המלוטש מכני Ra=0.4 ל-0.8 מיקרומטר מפחית את הסף ל-800 עד 1,000 עמודים לדקה. גימור טחינה כפי שנמשך (Ra=0.8-1.5 מיקרומטר) מגדיל את הסף ל-400-600 עמודים לדקה. חריצים מתחת לאוגני הרכבה, אטמים או משקעי אבנית מורידים את הסף ל-200-300 עמודים לדקה, ללא קשר לגימור פני השטח.

מגבלות כלוריד מכומתות ל-5 שנים שירות ללא בור ב-90 מעלות

ניסויי טבילה לטווח ארוך-(באורך של 5 שנים) על 316 עטיפות בעובי דופן של 1.5 מ"מ במים ניטרליים מאווררים ב-90 מעלות מסוכמים בטבלה למטה. הערכים מייצגים את ריכוז הכלוריד הגבוה ביותר שלא גרם לחדירת שקעים גדולה מ-0.3 מ"מ (20% מעובי הדופן) בפחות מ-5% מדגימות הבדיקה. במקרה של פעולה לסירוגין (מחזורי חום יומיים) תכולת הכלוריד המותרת נמוכה בסביבות 30% מאחר שהפסיבציה מחדש מופרעת על ידי רכיבה תרמית.

מצב גימור פני השטח עובי קיר (מ"מ) כלוריד מקסימלי למשך 5 שנים חיים (דפים לדקה, פעולה רציפה) מקסימום כלוריד למשך 5 שנים חיים (דפים לדקה, פעולה לסירוגין, מחזור 1/יום) מיקום בור מה לעשות אם חריגה
Electropolished (Ra ≤0.15 µm) 1.5 1200 850 Random on surface of sheathUpgrade to 316L or duplex ( >1500 עמודים לדקה)
מלוטש באלקטרו (Ra פחות או שווה ל-0.15 מיקרומטר) 2.0 1500 1050 מקובל אקראי עד 2000 עמודים לדקה עם דופן עבה יותר
מלוטש מכני עדין (Ra 0.2-0.4 אום) 1.5 950 650שריטות משטח או תכלילים שדרוג למעל 1000 עמודים לדקה
מלוטש מכני עדין (Ra 0.2-0.4 מיקרומטר) 2.0 1200 800מתקבל עם דופן עבה יותר עד 1500 עמודים לדקה
גימור טחינה סטנדרטי (Ra 0.8-1.2 מיקרומטר) 1.5 550 380 קווי ציור אורכיים לא מתאים ליותר מ-600 עמודים לדקה
2.0 700 490 גימור טחינה סטנדרטי (Ra 0.8-1.2 מיקרומטר) שולי מעל 700 עמודים לדקה אפילו עם דופן עבה יותר
As-drawn rough finish (Ra >1.2 מיקרומטר) 1.5 350 250משטח שלם אסור > 400 עמודים לדקה
כל גימור, סדקים תחת אבנית/אטם1.5-2.0 250 175 אזור חריץ שדרוג לטיטניום או היפטר מהחריץ
סף הכלוריד: מה מעלה או מוריד

שלושה גורמים נוספים משפיעים על ספי הכלוריד בטבלה. הראשון הוא מהירות זרימת המים. בנסיבות עומדות או זרימה נמוכה (מתחת ל-0.3 מ'/שניה) קיטוב ריכוז הכלוריד על פני המעטפת ירד ב-30-40%. מהירויות זרימה גבוהות (מעל 1.5 מטר לשנייה) מוציאות ללא הרף שכבות גבול כלוריד מרוכזות ויכולות להעלות את הסף ב-20-25% כל עוד לא מתרחשת שחיקה-קורוזיה. הגורם השני הוא ריכוז החמצן המומס; המים מאווררים במלואם (8-10 ppm O 2 ב-20 מעלות, כ-4-5 ppm ב-90 מעלות) מספקים את התגובה הקתודית הדרושה לפסיביות יציבה. מים מנוחררים (<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.

מפרט מעשי עבור מחממי 316 עבור שירות מים 90 מעלות צלזיוס

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 עמודים לדקה ב-90 מעלות. ציין מעטפות דופלקס 2205 או טיטניום. ניטור שדה של תכולת הכלוריד חשוב בגלל מקדם הריכוז של פי 2-5 ביחס למי ההזנה שניתן להשיג על ידי אידוי במיכלים פתוחים.

מסקנה: קביעת סף הכלוריד ל-5 שנים לשירות אמין

מחמם עטוף מנירוסטה 316 לא יתקע במי pH ניטרליים ב-90 מעלות במשך 5 שנים בריכוזי כלוריד מ-350 עמודים לדקה עבור גימור מחוספס, כמו-משורטט עד 1200 עמודים לדקה עבור גימור מלוטש אלקטרו. המהנדסים חייבים לזהות את כימיית המים (במקרה הגרוע ביותר-נסיבות ריכוז עבור ניתוח כלוריד), גימור פני השטח ועובי הדופן הנדרשים. תוך שימוש במגבלות המכומתות בטבלה לעיל, הקונים יכולים לבחור 316 מעטפות המספקות חיי שירות של 5 שנים בשירות מים חמים ולהימנע מכשלים מוקדמים בבור המתרחשים כאשר רמות הכלוריד חורגות מהגבול המקביל למצב פני השטח שנבחר.