A tápvíz oldott oxigén koncentrációjának és pH-jának milyen specifikus kombinációja esetén szenved el a 316-os rozsdamentes acél fűtőhüvely áramlását-200 fokos gyorsított korróziót (FAC) a nagy sebességű kazán tápvízében

A passzív film feloldása nagy tisztaságú, magas hőmérsékletű vízben

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 m/s). Ez a cikk az oldott oxigén és a pH küszöbértékét méri fel a FAC iniciálásához 316 hüvelyen 200 fokon.

Passzív filmek magas hőmérsékleten való oldhatóságának mechanizmusa

Magas -hőmérsékletű vízben (200 fok) a 316-on lévő passzív film króm-oxid (Cr₂O3) és vas-króm-spinell (FeCr₂O4) kettős rétege. Ezek az oxidok nagyon érzékenyek a pH-ra és az oldott oxigénre az oldhatóságuk miatt. Légtelenítéskor (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) a króm-oxidot kromit (CrO 2-) vagy kromát (CrO 4 2-) formájában oldják fel. Alacsony pH-n (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) folyamatosan eltávolítja az oldott anyagot és megakadályozza az újrapasszivációt és fenntartja a magas oldódási sebességet. A 316 FAC aktiválási energiája körülbelül 40-60 kJ/mol, azaz a korróziós sebesség 150 fok felett 15-25 fokonként megduplázódik.

Számszerűsített FAC küszöbérték: 316 200 fokban nagy sebességű vízben

Az alábbiakban a 316-os rozsdamentes acél korróziós sebességét és falvékonysági viselkedését mutatjuk be 200 fokos ellenőrzött huroktesztben, az oldott oxigén, a pH és az áramlási sebesség változásaival.

Oldott oxigén (ppb) pH 200 fokon Áramlási sebesség (m/s) Domináns oxid oldhatóság FAC sebesség (mm/év) 0,5 mm-es falveszteségig eltelt idő (óra) 200 fokos szolgáltatáshoz ajánlott<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25.000 Igen<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25.000 Igen<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 Krómoldódás 0.15-0.40 1,250-3500 Elfogadhatatlan<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Cr3+ oldhatóság 0.10-0.30 1,700-5000 Elfogadhatatlan<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Csökkentett oldhatóság 0.03-0.08 6,000-17,000 Marginális
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Passzív film stabilizált<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100 Bármilyen Teljesen passzív<0.02 >25.000 Igen
A 316-os FAC nagymértékben függ az áramlási sebességtől.

Az áramlási sebesség az a léptékező tényező, amely a passzív film oldhatóságát mért falvékonyodássá alakítja. Az alábbi táblázat a sebességfüggést mutatja 200 °C-on, légtelenített körülmények között, pH 9,2 (marginális zóna).

Áramlási sebesség (m/s) Fal nyírófeszültség (Pa, becsült) FAC sebesség @ 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
Tápvízmelegítők tervezési specifikációi és gyakorlati vízkémiája 200 fokon

316 tokozott fűtőtest 200 fokon nagy sebességű kazán tápvízben védve van az áramlásgyorsult korróziótól az alábbi követelmények szerint.

Tápvíz típusa Cél oldott oxigén (ppb) Javasolt pH, 200 fok Maximális áramlási sebesség a burkolatnál (m/s) A fűtőelem várható élettartama (év)
Minden illékony terápia (AVT) - csökkentés 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
Minden -illékony kezelés (AVT) - oxidáló 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Foszfát kezelés 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (monitor)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
FAC mező azonosítása 316 fűtőburkolaton

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 ill<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 (ha kompatibilis a teljes rendszerrel), vagy korlátozza az áramlási sebességet úgy, hogy a fűtőtestet bypass-ba vagy csillapítókútba helyezi. A FAC-érzékenység kiküszöbölhető, ha titánra vagy 825-ös ötvözetre váltunk.

Összefoglalás: A tápvíz kémiája és sebességszabályozása a FAC megelőzésére

A 316 rozsdamentes acél tokozású fűtőtest áramlásgyorsított korróziója 200 fokos kazán tápvízben légtelenített körülmények között megy végbe (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 vagy savas pH<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 stabilizálja a passzív filmet és elkerüli a FAC-t. Az itt megadott módszertan az oldott oxigént, a pH-t és az áramlási sebességet a 200 fokon mérhető FAC-értékekhez kapcsolja, és lehetővé teszi a vevő számára, hogy meghatározza azokat a vízkémiai és hidraulikai paramétereket, amelyek megőrzik a passzív filmet 316 fűtőköpenyen nagy sebességű kazán tápvíz üzemben.