Onder welke specifieke combinatie van pH en verzadigingsindex ontwikkelt de 316 roestvrijstalen verwarmingsmantel calciumcarbonaataanslag die onder-afzettingscorrosie veroorzaakt bij een temperatuur van 90 graden

De schaaldrempel van beschermend naar corrosief

For 316 stainless steel encased electric heating tubes immersed in hard water at 90°C, the precipitation of calcium carbonate scale on the sheath surface is not a simple thermal insulation problem-it can also lead to localised corrosion referred to as under-deposit corrosion (UDC). At high supersaturation (Langelier Saturation Index, LSI, between 0.5 and 1.5), the scale layer is thin (20-100 µm) and porous, so that corrosive species (chlorides, oxygen) can reach the metal surface below the scale, generating a differential aeration cell that speeds up pitting. At high supersaturation (LSI >2.0) scale is thick (>200 µm) en het continu stoppen van de zuurstofbeweging volledig en het vormen van een zeer corrosieve stagnerende laag. Geen schaalvormen onder LSI 0,5 en 316 is passief. De sleutelcombinatie voor UDC is pH 7,5 tot 8,5 (waarbij bicarbonaat-carbonaatevenwicht gunstig is voor schaalproductie) en LSI 0,8 tot 1,8. Dit artikel berekent de pH-LSI-drempels voor onder-afzettingscorrosie op 316 omhulsels bij 90 graden.

Mechanisme van onder-afzettingscorrosie

Wanneer zich in heet water een poreuze calciumcarbonaataanslag vormt op roestvrij staal 316, raakt het metaal onder de aanslag zuurstofarm omdat de zuurstofdoorgang door de aanslag en de stationaire laag langzaam is. De kalkvrije delen (indien aanwezig) of de gebieden net buiten de schaal zijn volledig geoxygeneerd en vormen een differentiële beluchtingscel, waarbij het zuurstofarme metaal onder de schaal de anode is en het zuurstofrijke blanke metaal de kathode. Chloride-ionen stromen naar het anodische gebied om de ladingsneutraliteit en de lage pH als gevolg van metaalhydrolyse onder de schaal te behouden, waardoor de repassivering wordt geremd. De corrosiesnelheid kan 0,5-2 mm per jaar bedragen, wat vergelijkbaar is met de snelheid van actieve corrosie in zuur. De schaal zelf kan achterblijven, maar het metaal eronder lost op en vormt een holte die de omhulling perforeert.

Gekwantificeerde drempelwaarden voor onder-afzettingscorrosie bij 90 graden

De pH-LSI-combinaties die in 1000 uur onderafzettingscorrosie veroorzaken, zijn bepaald voor 316 omhulsels (Ra=0.4 µm) in synthetisch hard water (300 ppm CaCO3-hardheid, 200 ppm alkaliteit, 200 ppm Cl-, pH aangepast, 90 graden, warmteflux 5 W/cm2).

Langelier Verzadigingsindex (LSI) pH bij 90 graden (geschat) Schaaldikte (na 1000 uur) (micron) Schaalporositeit (%)Onder- Corrosiesnelheid van afzetting (mm/jr) Tijd tot perforatie (1,5 mm wand) Aanbevolen<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 jaar Ja 0-0.5 7.0-7.5 0-20 N.v.t. 0.02-0.05 30-75 jaar Ja
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 jaar Acceptabel
0,8 tot 1.2 7.8 tot 8.1 20 tot 50 20 tot 30% 0,10 tot 0.25 6 tot 15 jaarMarginaal 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 jaarNiet aangeraden
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 jaar Niet acceptabel
1.8-2.0 8.7-8.9 80-150 <5% 0.20-0.40 (protective scale) 4-8 years (limited UDC) Transition2.0 >8.9 >150 <3% (dense) <0.05 (sealed, no UDC) >30 jaar (maar risico op oververhitting) risico op oververhitting, niet UDC
Invloed van chloride op de intensiteit van onder-afzettingscorrosie

UDC wordt aanzienlijk versneld door de chlorideconcentratie. De invloed van chloride op de kritische LSI-drempel voor UDC bij 90 graden is te zien in de onderstaande tabel.

Chlorideconcentratie (ppm) LSI-drempelwaarde voor initiëren van UDC (levensduur van 5 jaar) Aanbevolen maximale LSI voor levensduur van 5 jaar Aanbevolen actie<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Verzachter of remmer vereist
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Verzachting vereist; upgrade overweging
Praktische UDC-preventiewaterchemiespecificaties

Om onder{0}}afzettingscorrosie te voorkomen, worden de volgende waterchemiecriteria voor 316 verwarmingstoestellen met mantel bij 90 graden aanbevolen:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; blijf onder de 1,2 als het chloridegehalte 100-200 ppm bedraagt; blijf onder de 1,5 als er chloride is<100 ppm

pH @ 90C: Handhaaf 7.0 - 7.8 (lagere pH=minder kalkaanslag, meer gevaar voor algemene corrosie Hogere pH=meer kalkaanslag, meer risico op UDC)

Alkaliteit: Minder dan 200 ppm als CaCO3 om het potentieel voor schaalontwikkeling te verminderen

Kalkaanslagremmer – voeg 2-5 ppm fosfonaat of polyacrylaat toe als LSI > 1,0

Onder-Stortingscorrosievelddiagnose

UDC onder calciumcarbonaataanslag leidt tot typische halfronde holtes op het omhulseloppervlak, gewoonlijk met een diameter van 2-10 mm, waarbij de schaal nog vastzit of gedeeltelijk is verwijderd. Als u de schaal verwijdert, worden heldere, glanzende metalen oppervlakken met putjes zichtbaar in plaats van het doffe, geschubde oppervlak. De putten hebben vaak ondersneden randen waar de corrosie zijdelings onder de schaal is verplaatst. In het geval van kalkaanslag-met defecte verwarmingen, maar geen tekenen van putvorming in kalk-vrije secties, moet UDC worden overwogen. Schaalanalyse door röntgendiffractie toont meestal calciet of aragoniet (CaCO₃), soms gecombineerd met corrosieproducten (Fe₂O₃, Fe₃O₄). Het antwoord is om LSI te minimaliseren (door pH-verlaging of waterontharding) of om een ​​kalkremmer toe te voegen die de vorm van het kristal verandert in niet-hechtende kalkaanslag.

Conclusie: LSI en pH beheren om onder-afzettingscorrosie te voorkomen

316 roestvrij stalen verwarmingselementen in 90 graden hard water. De vorming van een poreuze calciumcarbonaataanslag, die differentiële beluchtingscellen tot stand brengt, vindt plaats wanneer de Langelier Saturation Index (LSI) tussen 0,8 en 1,8 ligt en de pH tussen 7,5 en 8.5 .. Boven LSI 1,8 is de schaal dicht en beschermend tegen UDC (hoewel oververhitting een probleem kan zijn). Bij LSI < 0,8 wordt UDC niet geactiveerd door het maken van een schaal. De LSI moet worden berekend bij de bedrijfstemperatuur. Bij hardwater moeten servicemonteurs die 316 omhulsels specificeren de LSI onder 1,0 houden wanneer het chloridegehalte hoger is dan 200 ppm of kalkremmers bevatten die de schaalmorfologie beïnvloeden. De hier gegeven methodologie biedt een verband tussen pH, LSI en meetbare UDC-snelheden, waardoor klanten een waterchemie kunnen kiezen die door kalkaanslag-geïnduceerde plaatselijke corrosie voorkomt.