Onder welke specifieke combinatie van opgelost zuurstofniveau en stroomsnelheid gaat de 316 roestvrijstalen verwarmingsmantel over van passief naar erosie-Corrosie in water op hoge- temperatuur

Mechanische verwijdering van de passieve film als faalmechanisme

Erosie-corrosie van elektrische verwarmingsbuizen omhuld met 316 roestvrij staal en ondergedompeld in water op hoge temperatuur (80-100 graden) dat zwevende vaste stoffen bevat of die werken met hoge stroomsnelheden. De passieve film is intact of mechanisch verwijderd door erosie-corrosie, afhankelijk van de combinatie van het opgeloste zuurstofniveau en de vloeistofsnelheid. De passieve laag hervormt zich net zo snel als deze wordt verwijderd en de corrosiesnelheid ligt onder de 0,05 mm per jaar onder de kritische drempelwaarden. Boven de kritische snelheid overtreft de mechanische verwijderingssnelheid de repassiveringssnelheid en wordt het metaalverlies versneld tot 1 tot 5 mm/jaar, genoeg om een ​​muur van 1,5 mm dik in 3 tot 18 maanden te perforeren. Dit artikel schat de snelheidsdrempels voor opgeloste zuurstof- voor het initiëren van erosie-corrosie op 316 omhulsels en presenteert vloeistofdynamica-ontwerpadvies voor betrouwbare service.

Mechanisme van elektrochemische-mechanische koppeling

Voor de erosiecorrosie van 316 roestvrij staal in water zijn drie dingen nodig: een vloeistof die over het metalen oppervlak stroomt om schuifspanning te veroorzaken, voldoende opgeloste zuurstof om de kathodische activiteit in stand te houden, en zwevende schurende deeltjes of bellen met hoge- snelheid die de passieve film mechanisch kunnen verstoren. In schoon water, met hoge snelheid en zonder deeltjes, kan de passieve film intact blijven, omdat de schuifkracht alleen (tot 10-20 Pa) de hechtsterkte van de film niet overschrijdt. Bij ongeveer 2 ppm opgeloste zuurstof daalt de repassiveringssnelheid echter en zelfs milde schuifspanning kan stabiele filmvorming uitsluiten. Aan de andere kant is bij hoge gehalten aan opgeloste zuurstof (meer dan 5 ppm) de repassivering snel en kan de film grotere snelheden weerstaan. De slechtste omstandigheden zijn bij gemiddelde zuurstofniveaus (0,5-2 ppm), waarbij de repassivering geleidelijk verloopt, maar er voldoende kathodische stroom is om anodische oplossing op elke kale metaallocatie te bevorderen.

Gekwantificeerde erosie-Corrosiedrempels 316 bij 90 °C

Stromingslus- en roterende cilinderelektrodetests met 316 roestvrijstalen exemplaren in water van 90 graden (pH 7,5, 100 ppm chloride) hebben systematisch de stroomsnelheid en opgeloste zuurstofcombinaties bepaald die resulteren in erosie-corrosiesnelheden van meer dan 0,1 mm per jaar.

Opgeloste zuurstof (ppm) Stroomsnelheid (m/s) Zwevende vaste stoffen (ppm, 50 µm silica) Erosie-Corrosiesnelheid (mm/jaar) |Tijd tot perforatie (1,5 mm wand) Mechanisme aanbevolen<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 jaar Erosie-corrosieNiet aan te raden
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 jaar Erosie-BijtendNiet aanbevolen voor lange termijn
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 jaarGemengde controle Niet aanbevolen
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 jaar Erosiecorrosie Onaanvaardbaar<0.5 Any 0 >0.50 <3 years Active corrosion (deaerated) Unacceptable >5 2-3 100 0.15-0.30 5-10 jaar Deeltjeserosie Aanvaardbaar bij lage snelheid5 3-5 100 0.30-0.70 2-5 jaar Extreme erosie Niet aanbevolen5 5-8 100 0.70-2.00 1-2 jaar Onaanvaardbaar Nee
Bellenbotsing en zwevende deeltjeseffecten

Zwevende vaste stoffen verlagen de erosie-corrosiesnelheidsdrempel aanzienlijk. Bij stroomsnelheden van slechts 2-3 m/s kan water met 100 ppm harde, hoekige deeltjes (bijv. zand of silica) de passieve film op 316 eroderen, wat resulteert in metaalverlies dat 3-5 keer groter is dan bij schoon water met dezelfde snelheid. De meest schadelijke situatie voor verwarmingsmantels is niet een uniforme stroming, maar een plaatselijke botsing bij bochten, ellebogen of stroomopwaarts van thermowells, waar de stroming versnelt en deeltjes het oppervlak raken. Gasbellen (door cavitatie of flitsen) veroorzaken op vergelijkbare wijze erosieschade. Als de toepassing zwevende deeltjes kent, daalt de maximale aanbevolen stroomsnelheid voor 316 sheaths naar 1,5-2,0 m/sec, ongeacht het opgeloste zuurstofniveau.

Praktische ontwerpaanbevelingen voor 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) en laag opgeloste zuurstof (< 2 ppm) are unavoidable in the system, then duplex 2205 stainless steel or Alloy 625 should be considered for upgrade.

Veldherkenning van erosie-corrosieschade

Oppervlaktekenmerken die kenmerkend zijn voor erosie-corrosie van verwarmingstoestellen met een hoge- stroom zijn anders dan die van putcorrosie of spleetcorrosie. Het beschadigde gebied is meestal glad, gepolijst of 'water{3}}gesneden', vaak met gerichte groeven evenwijdig aan de stroomrichting (hoefijzer- of komeet-vormige putten). Metaalverlies wordt verspreid over het beschadigde gebied, in plaats van over één geconcentreerd gat. En bij sterke vergroting vertoont het oppervlak plastische vervorming en metaalvlekken, noch de kristallografische facetten van SCC, noch de cirkelvormige putjes van chlorideputjes. Erosie-Er moet aan corrosie worden gedacht als de verwarmer langer dan 1-2 jaar in gebruik is geweest in water met een snelheid groter dan 3 m/s en opgeloste zuurstof van minder dan 2 ppm. Ter vervanging moet de stroomsnelheid op de verwarmingspositie worden gemeten en verlaagd zodat deze binnen de veilige zone in de bovenstaande tabel valt.

Conclusie: controle van de stroom en zuurstof voor 316-mantelbetrouwbaarheid

Erosie-corrosie van 316 roestvrij stalen verwarmingselementen in waterleidingen met hoge temperatuur begint wanneer de stroomsnelheid en het opgeloste zuurstofniveau niet voldoende zijn om de creatie van een stabiele passieve laag mogelijk te maken. In schoon water met meer dan 5 ppm opgeloste zuurstof zijn stroomsnelheden tot 5 m/s toegestaan. Maximale snelheid bij opgeloste zuurstof 2-5 ppm daalt tot 3-4 m/sec. Metaalverlies treedt op bij versnelde snelheden bij snelheden boven 1 m/sec bij opgeloste zuurstof onder 2 ppm. Zwevende deeltjes verlagen de toegestane snelheden met een factor 2 tot 3. 316 Voor stroomsnelheid en metingen van opgeloste zuurstof en vergeleken met de drempelwaarden in de bovenstaande tabel, moeten omhulsels die zijn bedoeld voor gepompte circulatiesystemen lokaal worden gemeten of berekend op het verwarmingsoppervlak. De hier voorgestelde aanpak stelt de kopers in staat stromingsomstandigheden te ontwerpen die de passieve coating in stand houden en voortijdige wandverdunning voorkomen, door opgeloste zuurstof, snelheid en deeltjesbelasting te relateren aan kwantitatieve erosie-corrosiesnelheden.