Under hvilken specifik kombination af opløst iltniveau og strømningshastighed går 316 rustfrit stålvarmekappe over fra passiv til erosion-korrosion i vand med høj-temperatur

Mekanisk fjernelse af den passive film som en fejlmekanisme

Erosion-korrosion af elektriske varmerør beklædt med 316 rustfrit stål og nedsænket i højtemperaturvand (80-100 grader) indeholdende suspenderede faste stoffer eller drevet ved høje strømningshastigheder. Den passive film er enten intakt eller mekanisk fjernet ved erosion-korrosion afhængigt af kombinationen af ​​opløst oxygenniveau og væskehastighed. Det passive lag gendannes så hurtigt, som det fjernes, og korrosionshastigheden er under 0,05 mm pr. år under de kritiske tærskler. Over den kritiske hastighed overstiger den mekaniske fjernelseshastighed repassiveringshastigheden, og metaltabet accelereres til 1 til 5 mm/år, nok til at perforere en væg med en tykkelse på 1,5 mm på 3 til 18 måneder. Dette papir estimerer opløst oxygen{16}}hastighedstærskler for erosion-korrosionsinitiering på 316 hylstre og præsenterer råd om væskedynamik for pålidelig service.

Mekanisme for elektrokemisk-mekanisk kobling

Erosionskorrosion af 316 rustfrit stål i vand kræver tre ting: en væske, der flyder over metaloverfladen for at producere forskydningsspænding, nok opløst oxygen til at opretholde katodisk aktivitet og enten suspenderede slibende partikler eller højhastighedsbobler, der mekanisk kan forstyrre den passive film. I rent vand, med høj hastighed og ingen partikler, kan den passive film forblive intakt, da forskydningskraften alene (op til 10-20 Pa) ikke overstiger filmens adhæsionsstyrke. Ved ca. 2 ppm opløst oxygen falder repassiveringshastigheden, og selv mild forskydningsspænding kan udelukke stabil filmdannelse. På den anden side, med højt opløst oxygenindhold (over 5 ppm) er repassivering hurtig, og filmen kan modstå større hastigheder. De værste forhold er ved mellemliggende iltniveauer (0,5-2 ppm), hvor repassivering er gradvis, men der er nok katodisk strøm til at fremme anodisk opløsning på ethvert sted med blottet metal.

Kvantificeret erosion-Korrosionstærskler 316 ved 90C

Flowloop- og roterende cylinderelektrodetest med 316 rustfrit stålprøver i 90 graders vand (pH 7,5, 100 ppm chlorid) har systematisk bestemt strømningshastigheden og kombinationer af opløst ilt, hvilket resulterer i erosions-korrosionshastigheder på over 0,1 mm pr. år.

Opløst ilt (ppm) Flowhastighed (m/s) Suspenderede faste stoffer (ppm, 50 µm silica) Erosion-Korrosionshastighed (mm/år) |Tid til perforering (1,5 mm væg) Mekanisme anbefales<0.05 >30 years Passive Yes >5 3-5 0 0.05-0.10 15-30 years Marginal Acceptable >5 5-8 0 0.10-0.25 6-15 years Transition Monitor >5 >8 0.25-0.50 3-6 år Erosion-korrosion Ikke tilrådeligt
2-5 <2 0.05-0.10 15-30 yearsAcceptable Yes 2-5 2-4 0 0.10-0.20 7-15 years MarginalAcceptable on inspection
2-5 4-6 0.20-.40 4-7 år Erosion-ÆtsendeAnbefales ikke på længere sigt
1-2 <1 0 0.10-0.20 7-15 yr.Instability of passive filmAcceptable with low chloride
1-2 1-2 0 0.20-0.50 3-7 årBlandet kontrol Ikke anbefalet
0.5-1 <0.5 0 0.15-0.30 5-10 yearsLow oxygen corrosion Marginal 0.5-1 >0.5 0 0.30-1.00 1.5-5 år Erosionskorrosion Uacceptabelt<0.5 Any 0 >0.50 <3 years Active corrosion (deaerated) Unacceptable >5 2-3 100 0.15-0.30 5-10 år Partikelerosion Acceptabel ved lav hastighed5 3-5 100 0.30-0.70 2-5 år Ekstrem erosion Anbefales ikke5 5-8 100 0.70-2.00 1-2 år Uacceptabelt Nej
Bubble Impingement og Suspended Solids Effects

Suspenderede faste stoffer reducerer erosions-korrosionshastighedstærsklen væsentligt. Ved strømningshastigheder helt ned til 2-3 m/s kan vand med 100 ppm hårde, kantede partikler (f.eks. sand eller silica) erodere den passive film på 316, hvilket resulterer i metaltabshastigheder 3-5 gange større end dem med rent vand ved samme hastighed. Den mest skadelige situation for varmehylstre er ikke ensartet strømning, men lokalt stød i bøjninger, albuer eller opstrøms for termobrønde, hvor strømmen accelererer og partikler rammer overfladen. Gasbobler (fra kavitation eller blinkende) forårsager ligeledes erosionsskader. Hvis applikationen har kendte suspenderede partikler, falder den maksimalt anbefalede strømningshastighed for 316 hylstre til 1,5-2,0 m/sek. uanset niveauet af opløst ilt.

Praktiske designanbefalinger for High Flow Service

Three design solutions prevent erosion-corrosion for 316 encased heaters in high-flow water systems (pumped circulation loops, heat exchangers, and cooling towers). The first method is to place the heater in a flow bypass or stilling well to reduce the local velocity at the sheath to less than 1 m/s while maintaining bulk flow in the main pipe. The second is to place the heater parallel to flow (axial alignment) rather than perpendicular, so that the drag force and shear stress are reduced by a ratio of 5-10. The third is to specify a thicker sheath wall (2.0 to 2.5 mm) to offer more corrosion allowance but this does not prevent initiation of erosion corrosion. If high velocity (>3 m/s) og lavt opløst oxygen (< 2 ppm) are unavoidable in the system, then duplex 2205 stainless steel or Alloy 625 should be considered for upgrade.

Feltgenkendelse af erosion-korrosionsskader

Overfladeegenskaber, der er karakteristiske for erosion-korrosion af varmelegemer ved høj-gennemstrømning, er forskellige fra dem, der er ved grubetæring eller sprækkekorrosion. Det beskadigede område er normalt glat, poleret eller 'vand-skåret' udseende, ofte med rettede riller parallelt med strømningsretningen (hestesko- eller kometformede-huller). Metaltab spredes ud over det beskadigede område i stedet for ét koncentreret hul. Og ved høj forstørrelse udviser overfladen plastisk deformation og metaludtværing, hverken de krystallografiske facetter af SCC eller de cirkulære fordybninger af kloridgruber. Erosion-korrosion bør mistænkes, hvis varmeren har været i drift i mere end 1-2 år i vand med en hastighed større end 3m/s og opløst ilt mindre end 2 ppm. For at udskifte skal strømningshastigheden ved varmelegemepositionen måles og sænkes for at være inden for den sikre zone i tabellen ovenfor.

Konklusion: styring af flow og oxygen for 316 sheath pålidelighed

Erosion-korrosion af 316 rustfrit stålindkapslede varmelegemer i højtemperaturvandsdrift starter, når strømningshastigheden og niveauet af opløst ilt ikke er tilstrækkeligt til at tillade skabelsen af ​​et stabilt passivt lag. I rent vand med opløst ilt på over 5 ppm tillades strømningshastigheder op til 5 m/s. Maksimal hastighed ved opløst oxygen 2-5 ppm falder til 3-4 m/sek. Metaltab forekommer ved accelererede hastigheder ved hastigheder over 1 m/sek. ved opløst oxygen under 2 ppm. Suspenderede partikler sænker tilladte hastigheder med en faktor på 2 til 3. 316 For flowhastighed, opløst ilt-aflæsninger og sammenlignet med tærsklerne vist i tabellen ovenfor, skal hylstre, der er beregnet til pumpede cirkulationssystemer, måles lokalt eller beregnes ved varmeoverfladen. Den her foreslåede fremgangsmåde gør det muligt for købere at designe strømningsforhold, der opretholder den passive belægning og undgår for tidlig vægudtynding, ved at relatere opløst oxygen, hastighed og partikelbelastning til kvantitative erosion-korrosionshastigheder.