Pod kojom specifičnom kombinacijom nivoa rastvorenog kiseonika i brzine protoka 316 grejalica od nerđajućeg čelika prelazi iz pasivne u erozijsku-Koroziju u vodi na visokim temperaturama-

Mehaničko uklanjanje pasivnog filma kao mehanizam kvara

Erozija-korozija električnih grijaćih cijevi obloženih nehrđajućim čelikom 316 i uronjenih u vodu visoke temperature (80-100 stepeni) koja sadrži suspendirane čvrste tvari ili rade pri velikim brzinama protoka. Pasivni film je ili netaknut ili je mehanički uklonjen erozijskom-korozijom u zavisnosti od kombinacije nivoa rastvorenog kiseonika i brzine fluida. Pasivni sloj se re-formira čim se ukloni, a stope korozije su ispod 0,05 mm godišnje ispod kritičnih pragova. Iznad kritične brzine, brzina mehaničkog uklanjanja nadmašuje stopu repasivacije i gubitak metala se ubrzava na 1 do 5 mm/god, što je dovoljno za perforaciju zida debljine 1,5 mm za 3 do 18 mjeseci. Ovaj rad procjenjuje pragove brzine otopljenog kisika{16}}za iniciranje erozije-korozije na 316 omotača i predstavlja savjete za dizajn dinamike fluida za pouzdan servis.

Mehanizam elektrohemijskog{0}}mehaničkog spajanja

Erozijska korozija nehrđajućeg čelika 316 u vodi zahtijeva tri stvari: tekućina koja teče preko metalne površine kako bi proizvela posmično naprezanje, dovoljno otopljenog kisika da održi katodnu aktivnost i suspendirane abrazivne čestice ili mjehuriće velike brzine{1}}koji mogu mehanički poremetiti pasivni film. U čistoj vodi, sa velikom brzinom i bez čestica, pasivni film može ostati netaknut jer sama sila smicanja (do 10-20 Pa) ne prelazi snagu adhezije filma. Međutim, na oko 2 ppm otopljenog kisika stopa repasivacije opada, a čak i blagi smični napon može spriječiti stabilno formiranje filma. S druge strane, s visokim sadržajem otopljenog kisika (preko 5 ppm) repasivacija je brza i film može izdržati veće brzine. Najgori uslovi su na srednjim nivoima kiseonika (0,5-2 ppm) gde je repasivacija postepena, ali postoji dovoljno katodne struje da podstakne anodno otapanje na bilo kom mestu golog metala.

Kvantificirana erozija-Pragovi korozije 316 na 90C

Testovi protočne petlje i rotirajućih cilindarskih elektroda sa 316 uzoraka od nerđajućeg čelika u vodi od 90 stepeni (pH 7,5, 100 ppm hlorida) sistematski su određivali brzinu protoka i otopljene kombinacije kiseonika koje rezultiraju stopama erozije{4}}korozije koje prelaze 0,1 mm godišnje preko 0,1 mm godišnje.

Otopljeni kiseonik (ppm) Brzina protoka (m/s) Suspendovane čvrste materije (ppm, 50 µm silicijum dioksida) Erozija-Stopa korozije (mm/godišnje) |Vreme do perforacije (1,5 mm zid) Preporučeni mehanizam<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 god. Erozija-korozija Nije preporučljiva
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 godina Erozija-KorozivnoNe preporučuje se dugoročno
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 godina Mješovita kontrola Ne preporučuje se
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 godina Korozija erozije Neprihvatljivo<0.5 Any 0 >0.50 <3 years Active corrosion (deaerated) Unacceptable >5 2-3 100 0.15-0.30 5-10 godina Erozija čestica Prihvatljivo pri maloj brzini5 3-5 100 0.30-0.70 2-5 godina Ekstremna erozija Ne preporučuje se5 5-8 100 0.70-2.00 1-2 godina Neprihvatljivo Ne
Udar mjehura i efekti suspendiranih čvrstih tvari

Suspendirane čvrste tvari značajno smanjuju prag brzine erozije{0}}korozije. Pri brzinama protoka od samo 2-3 m/s, voda sa 100 ppm tvrdih, kutnih čestica (npr. pijeska ili silicijum dioksida) može erodirati pasivni film na 316, što rezultira stopama gubitka metala 3-5 puta većim od onih sa čistom vodom pri istoj brzini. Najštetnija situacija za omote grijača nije ravnomjeran tok, već lokalizirani udar na zavojima, koljenima ili uzvodno od zaštitnih kanala gdje se protok ubrzava i čestice udaraju o površinu. Mjehurići plina (od kavitacije ili bljeskanja) na sličan način uzrokuju oštećenja od erozije. Ako aplikacija sadrži poznate suspendovane čestice, maksimalna preporučena brzina protoka za 316 omotača pada na 1,5-2,0 m/sec, bez obzira na nivo rastvorenog kiseonika.

Praktične preporuke za dizajn za uslugu visokog protoka

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) i malo rastvorenog kiseonika (< 2 ppm) are unavoidable in the system, then duplex 2205 stainless steel or Alloy 625 should be considered for upgrade.

Terensko prepoznavanje oštećenja od erozije – korozije

Karakteristike površine karakteristične za erozijsku-koroziju grijača u visokoj-službi se razlikuju od onih kod korozije udubljenja ili pukotine. Oštećena površina je obično glatka, polirana ili 'vodena-izrezana, često sa usmjerenim žljebovima paralelnim sa smjerom strujanja (rupice u obliku potkovice ili komete). Gubitak metala se širi preko oštećenog područja, umjesto jedne koncentrisane rupe. A pri velikom povećanju, površina pokazuje plastičnu deformaciju i metalno razmazivanje, ni kristalografske fasete SCC-a niti kružne jame hloridnog pitinga. Erozionu-koroziju treba posumnjati ako je grijač bio u upotrebi više od 1-2 godine u vodi sa brzinom većom od 3m/s i otopljenim kisikom manjim od 2 ppm. Za zamjenu, brzina protoka na poziciji grijača mora se izmjeriti i smanjiti kako bi bila unutar sigurne zone u gornjoj tabeli.

Zaključak: kontrola protoka i kiseonika za pouzdanost omotača 316

Erozijska{0}}korozija grijača obloženih nehrđajućim čelikom 316 u visokotemperaturnoj vodi počinje kada brzina protoka i nivo rastvorenog kiseonika nisu dovoljni da omoguće stvaranje stabilnog pasivnog sloja. U čistoj vodi sa rastvorenim kiseonikom većim od 5 ppm, dozvoljene su brzine protoka do 5 m/s. Maksimalna brzina kod rastvorenog kiseonika 2-5 ppm pada na 3-4 m/sec. Gubitak metala se javlja ubrzanim brzinama pri brzinama iznad 1 m/sec pri otopljenom kiseoniku ispod 2 ppm. Suspendirane čestice smanjuju dozvoljene brzine za faktor od 2 do 3. 316 Za brzinu protoka, očitavanja rastvorenog kiseonika i u poređenju sa pragovima prikazanim u gornjoj tabeli, omotači namenjeni za pumpne cirkulacijske sisteme moraju se lokalno izmeriti ili izračunati na površini grejanja. Ovdje predloženi pristup omogućava kupcima da dizajniraju uslove protoka koji održavaju pasivni premaz i izbjegavaju prerano stanjivanje stijenke, povezujući otopljeni kisik, brzinu i opterećenje česticama s kvantitativnim stopama erozije-korozije.