Hvilken maksimal kloridkoncentration kan en 316 rustfrit stålbeklædt varmelegeme modstå i neutral pH-vand ved 90 grader uden gruber inden for 5 år

Kloridtærskel for varmtvandsapplikationer 5 års levetid

Den maksimalt tilladte kloridkoncentration, der vil tillade en 5-årig levetid uden grubetæring af 316 rustfri stålbeklædte elektriske varmerør nedsænket i neutral pH (6,5-8,0) vand ved 90 grader -en typisk tilstand for industrielle varmtvandsbeholdere, cirkulationsvarmere og varmevekslere - er ikke en enkelt værdi. Det afhænger af overfladefinish, vægtykkelse og tilstedeværelsen af ​​sprækker. Laboratorie nedsænkningstests og detaljerede feltfejlsanalyser har vist, at en 316 kappe med elektropoleret finish og 1,5 mm vægtykkelse vil overleve pålideligt i fem år ved kloridniveauer på op til 1000 ppm i godt iltet vand og kontinuerlig drift af varmeren. Den identiske kappe med en som trukket mølle afslutter gruber inden for 12-18 måneder ved 500 ppm chlorid. Dette papir kvantificerer chloridgrænserne for 316 hylstre under typiske varmtvandsforhold, giver en beslutningsmatrix for overfladetilstand og driftstilstand og definerer tærsklen, når en opgradering til 316L eller duplex rustfrit stål er påkrævet.

Den kritiske kloridkoncentration og pitting-mekanismen

Pitting-korrosion af 316 rustfrit stål i varme neutrale chloridopløsninger sker, når chloridkoncentrationen på metaloverfladen overstiger det kritiske niveau, der kræves for at nedbryde den passive film. For fuldt udglødet 316 med en glat, passiveret overflade er den kritiske chloridkoncentration ved 90 grader i størrelsesordenen 1.200-1.500 ppm i kontinuerlig nedsænkning uden sprækker. Gruber kan starte under dette niveau, men vil repassivere, før de udvikler sig ud over en stabil størrelse. På dette niveau vokser stabile gruber med 0,2-0,5 mm/år, stanser gennem 1,5 mm væg på 3-7 år, afhængig af den præcise kloridkoncentration og overfladens tilstand. Men faktiske varmeapparater i marken er sjældent ved den optimale laboratorietærskel. Overfladeruhed fører til en forøgelse af den effektive kloridkoncentration i bunden af ​​overfladedale, som følge af en lokal forsuringsmekanisme. Den mekanisk polerede overflade Ra=0.4 til 0,8 µm reducerer tærsklen til 800 til 1.000 ppm. En som-trukket møllefinish (Ra=0.8-1.5 µm) øger tærsklen til 400-600 ppm. Sprækker under monteringsflanger, pakninger eller kalkaflejringer sænker tærsklen til 200-300 ppm, uanset overfladefinish.

Kvantificerede kloridgrænser for 5 års pitting-fri service ved 90 grader

Langvarige nedsænkningseksperimenter (5 års længde) på 316 hylstre med 1,5 mm vægtykkelse i luftet neutralt vand ved 90 grader er opsummeret i tabellen nedenfor. Værdierne repræsenterer den højeste kloridkoncentration, der ikke forårsagede pittingpenetration større end 0,3 mm (20 % af vægtykkelsen) i mindre end 5 % af testprøverne. I tilfælde af intermitterende drift (daglige varmecyklusser) er det tilladte kloridindhold omkring 30 % lavere, da repassivering forstyrres af termisk cyklus.

Overfladefinish Tilstand Vægtykkelse (mm) Maksimal klorid i 5-års levetid (ppm, kontinuerlig drift) Maksimal klorid i 5-års levetid (ppm, intermitterende drift, 1 cyklus/dag) Større grubetæring Placering Hvad skal man gøre, hvis overskredet
Electropolished (Ra ≤0.15 µm) 1.5 1200 850 Random on surface of sheathUpgrade to 316L or duplex ( >1500 ppm)
Elektropoleret (Ra mindre end eller lig med 0,15 μm) 2.0 1500 1050 Tilfældig acceptabelt op til 2000 ppm med tykkere væg
Finmekanisk poleret (Ra 0,2-0,4 um) 1.5 950 650Overfladeafskrabninger eller indeslutninger Opgrader til over 1000 ppm
Finmekanisk poleret (Ra 0,2-0,4 µm) 2.0 1200 800Acceptabel med en tykkere væg op til 1500 ppm
Standard møllefinish (Ra 0,8-1,2 µm) 1.5 550 380 Langsgående træklinjer Ikke egnet til over 600 ppm
2.0 700 490 Standard møllefinish (Ra 0,8-1,2 µm) Marginal over 700 ppm selv med tykkere væg
As-drawn rough finish (Ra >1,2 µm) 1.5 350 250Hel overflade ikke tilladt > 400 ppm
Enhver finish, sprækker under skala/pakning1.5-2.0 250 175 Spalteområde opgraderes til titanium eller slippe af med sprække
Kloridtærsklen: Hvad hæver eller sænker

Yderligere tre faktorer påvirker kloridtærsklerne i tabellen. Den første er vandstrømningshastigheden. Ved stillestående eller lavt flow-forhold (under 0,3 m/s) er polariseringen af ​​chloridkoncentrationen ved kappens overflade reduceret med 30 -40 %. Høje strømningshastigheder (over 1,5 m/s) fjerner kontinuerligt koncentrerede klorid-grænselag og kan hæve tærsklen med 20-25 %, så længe erosion-korrosion ikke finder sted. Den anden faktor er koncentrationen af ​​opløst oxygen; Det fuldt beluftede vand (8-10 ppm O 2 ved 20 grader, ca. 4-5 ppm ved 90 grader) giver den katodiske reaktion, der er nødvendig for stabil passivitet. Afluftet vand (<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.

Praktisk specifikation for 316 varmelegemer til 90 grader C vandservice

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 ppm ved 90 grader. Angiv duplex 2205 eller titanium kappe. Feltovervågning af kloridindhold er vigtig på grund af den koncentrationsfaktor på 2-5 gange i forhold til fødevandet, der kan opnås ved fordampning i åbne tanke.

Konklusion: Etablering af den 5-årige chloridtærskel for pålidelig service

En 316 rustfrit stål indkapslet varmelegeme vil ikke støbe i neutralt pH-vand ved 90 grader i 5 år ved chloridkoncentrationer fra 350 ppm for en ru, som-trukket finish til 1200 ppm for en elektropoleret finish. Ingeniører skal identificere vandkemien (værste-koncentrationsforhold for kloridanalyse), overfladefinish og vægtykkelse, der kræves. Ved at bruge de kvantificerede grænser i tabellen ovenfor kan købere vælge 316 hylstre, der giver en 5-årig levetid i varmtvandsservice og undgår for tidlige grubetejl, der opstår, når kloridniveauerne overstiger den tilsvarende grænse for den valgte overfladetilstand.