Onder welke specifieke combinatie van zuurstofvangerconcentratie (sulfiet/hydrazine) en pH gaat de 316 roestvrijstalen verwarmingsmantel over van passieve naar actieve corrosie in ketelvoedingswater bij 150 graden

Reductiemiddel-veroorzaakte afbraak van passiviteit in water met hoge temperatuur

In boiler feedwater service, the addition of oxygen scavengers, such as sodium sulphite (Na2SO3) or hydrazine (N2H4), to 316 stainless steel clad electric heating tubes is utilised for the removal of dissolved oxygen and prevention of corrosion of carbon steel components. But these lowering chemicals can have adverse effects on 316 SS at elevated temperatures. At 150 C (average temperature of deaerated feedwater heaters) sulphite is decomposed to Sulphide (S2-) and Thiosulphate (S2O3 2-). Hydrazine is decomposed to Ammonia (NH3). Both breakdown products can decrease the stability of the passive film on 316. The passive coating becomes active and the corrosion becomes uniform with rates of 0.5-2 mm per year when the concentration of the oxygen scavenger is above a critical value-sulfite >10-20 ppm or hydrazine >5-10 ppm-combined with alkaline pH (>9,5) of zure pH (<6.0). In this work, critical concentration thresholds for sulphite and hydrazine for passivity breakdown at 150°C are quantified.

Mechanisme van zuurstofvanger-geïnduceerd passiviteitsverlies

At high temperature (>100 graden ) natriumsulfiet ontleedt: 4Na₂SO₃ → 3Na₂SO₄ + Na₂S Het geproduceerde sulfide (S2−) is een sterk reductiemiddel en kan reageren met de passieve chroomoxidecoating om niet-beschermend chroomsulfide (CrS, Cr2S3) te produceren. Thiosulfaat (S2O3 2-) wordt ook gevormd en wordt erkend als een specifieke activator voor putcorrosie en SCC in roestvast staal. Ontleding van Hydrazine 3N2H4 → 4NH3 + N2 Ammoniak (NH 3 ) gecombineerd met nikkelionen (Ni 4+ of Ni 2+ ) loogt selectief nikkel uit het passieve film- en legeringsoppervlak, waardoor een nikkel-laag ontstaat die minder corrosiebestendig is. Beide processen vereisen een lage pH (om sulfide in oplossing te houden als H2S) of een hoge pH (om de ammoniakcomplexatie te verhogen). Bij een neutrale pH (6,5-8,0) worden deze nadelige effecten tot een minimum beperkt.

Gekwantificeerde passiviteitsverdeling bij 150 C

Corrosiesnelheden en tijd tot passiviteitsverlies van roestvrij staal 316 in ontlucht water van 150 graden (pH aangepast met NaOH of NH4OH) bij verschillende sulfiet- en hydrazineconcentraties worden bepaald in gecontroleerde tests.

Concentratie zuurstofvanger (ppm) pH van 150 graden Corrosiesnelheid (mm/jr) Belangrijkste ontledingsproduct Tijd tot 0,2 mm Metaalverlies (uren) Stabiliteit van passieve filmservice Aanbevolen 150 graden
Natriumsulfiet<2 7.0-9.0 Low decomposition <0.02 >10.000 Stabiel Ja
Natriumsulfiet 2-5 7.0-9.0 Spoor S²⁻/S₂O₃²⁻ 0.02-0.05 4,000-10.000 Enigszins afgebroken Aanvaardbaar
Natriumsulfiet 5-10 7.0-9.0 10-30 ppm S 2- vergelijkbaar 0.05-0.10 2,000-4,000 Marginale monitor
Natriumsulfiet 10-20 8.0-9.5 30-60 ppm S2-equivalent 0.10-0.30 700-2.000 Afgebroken Niet aanbevolen
Sodium sulfite 10-20 >9,5 of<6.0 Accelerated S2- release 0.30-1.00 200-700 Unstable No
Sodium sulfite >20 Any >60 ppm S2- >1.00 <200 Active corrosion Unacceptable
Hydrazine<1 7.0-9.0 Minimal NH3 <0.02 >10.000 Stabiel Ja
Hydrazine 1-3 7.0-9.0 1-5 ppm "NH₃ 0.02-0.05 4,000-10.000 Enigszins afgebroken Aanvaardbaar
Hydrazine 3-5 7.0-9.0 5 tot 10 ppm NH3 0.05-0.10 2,000-4,000 Marginale monitor
Hydrazine 5-10 8.0-9.5 10-20 ppm NH₃ 0.10-0.25 800-2.000 Afgebroken Niet aanbevolen
Hydrazine 5-10 >9.5 Verbeterde Ni-complexatie 0.25-0.60 300-800 Instabiel Nee
Hydrazine >10 Any >20 ppm NH3 >0.60 <300 Active corrosion Unacceptable
Kritische pH-C van de interactie met de concentratie van zuurstofvanger

De aanvaardbare concentratie van zuurstofvangers is aanzienlijk afhankelijk van de pH bij 150 graden. Hieronder vindt u een tabel met de maximaal aanbevolen concentraties bij verschillende pH-bereiken.

Maximale natriumsulfiet (ppm) pH bij 150 graden Maximale hydrazine (ppm) Dominant faalmechanismeAanbevolen actie bij overschrijding 6.0-6.5 3 2 Zuur-geïnduceerde verdunning Verminder de aaseter of pas de pH aan
5 3 6.5-7.5 Gemengd Acceptabel
7.5-8.5 8 4 Minimaal acceptabel
8.5-9.0 5 3 Complexering van ammoniaklet op
9.0-9.5 3 2 Ammoniakcomplexering Lagere aaseter
9.5-10.0 2 1 Strong Ni leachingUpgrade to 316L or Alloy 825 >10.0 <1 <0.5Rapid active corrosion 316 not suited 
Praktische specificaties voor waterchemie in ketelvoedingswaterverwarmers

Voor ontlucht ketelvoedingswater van 150 graden zijn de volgende criteria voor zuurstofvanger en pH vereist om passieve stabiliteit op lange termijn te bieden voor 316 omhulde verwarmingstoestellen.

Systeemtype Doel Opgeloste zuurstof (ppb) Aanbevolen zuurstofvanger Maximale concentratie (ppm) 150 graden Aanbevolen pH Verwachte levensduur van verwarmingselement (jaren)
Lagedrukketel(<15 bar) <100 Sodium sulfite 5-8 8.0-8.5 >10
Middendrukketel (15-30 bar) 50 Natriumsulfiet 4-6 8.0-8.5 8-12
High pressure boiler (>30 bar)<20 Hydrazine 2-4 8.5-9.0 5-10
Very high pressure (>60 bar) 10 Hydrazine + ammoniak 1-2 9.0-9.2 5-8 (upgrade naar 316L)
Identificatie op het gebied van corrosie veroorzaakt door zuurstofvangers

Als een 316-verwarming faalt in het voedingswater van de ketel met versnelde uniforme corrosie (in tegenstelling tot putvorming), overweeg dan een overvoeding van zuurstofvangers. Het omhulseloppervlak zal in het algemeen verspild zijn, zonder identificeerbare putjes of scheuren. Corrosieproducten kunnen zwart zijn (Fe 3 O 4 ) met een groenachtige tint als gevolg van nikkelverbindingen. Controleer het waterchemielogboek voor sulfiet groter dan 10 ppm of hydrazine groter dan 5 ppm. Röntgendiffractieanalyse van het corrosieproduct kan nikkelsulfide (NiS) aantonen als de afbraak van sulfiet verantwoordelijk was. De oplossing is om zuurstofvangers toe te dienen tot het minimum dat nodig is om de opgeloste zuurstof onder het doelniveau te houden, en om de pH aan te passen naar het neutrale bereik (7,5-8,5). Als u langdurig te veel voer van aaseters heeft, schakel dan over op legering 825 of 316L met meer nikkel.

Conclusie: Zuurstofverwijdering of stabiele passieve film

Passieve filmafbraak moet worden vermeden voor verwarmingstoestellen met roestvrij staal 316 in ketelvoedingswater van 150 graden en dit vereist een zorgvuldige controle van de concentraties van zuurstofvangers. Natriumsulfiet bij concentraties hoger dan 8-10 ppm resulteert in door sulfide-geïnduceerde omzetting van Cr/sub 2/O/sub 3/ in niet-beschermend chroomsulfide met consistente corrosiesnelheden van 0,1-0,3 mm/jaar. Concentraties hydrazine hoger dan 3-5 ppm leiden tot door ammoniak geïnduceerde nikkeluitloging en passieve filmverslechtering. Ingenieurs die 316 omhulsels voor ontlucht voedingswater specificeren, moeten het sulfiet tot een minimum beperken<8 ppm (ideally 5 ppm) and hydrazine to <4 ppm (preferably 2 ppm) and maintain pH between 7.5 and 8.5. The framework given here connects oxygen scavenger concentration and pH to measurable corrosion rates at 150°C. This allows the buyer to select water treatment plans that safeguard the carbon steel components (by oxygen removal) and the 316 heater sheaths (by avoiding overfeed of reducing agents).