Onder welke specifieke combinatie van resterende chloorconcentratie en pH gaat de 316 roestvrijstalen verwarmingsmantel over van passief naar putjes in huishoudelijk warm water van 60 graden

Verstoring van passiviteit in drinkwatersystemen veroorzaakt door desinfectie

In huishoudelijke warmwatersystemen die gebruik maken van elektrische verwarmingsbuizen met roestvrijstalen mantel 316 (gebruiksverwarmers--, warmwatertanks, recirculatielussen, enz.) vormt het gebruik van achtergebleven chloor (toegevoegd als chloorgas, natriumhypochloriet of chlooramine voor desinfectie) een risico op putcorrosie, wat niet voorkomt bij onbehandeld water. De stabiliteit of lokale afbraak van de passieve film op 316 hangt af van het vrije resterende chloor (Cl2, HOCl, OCl-) en de pH bij 60 graden (gemiddelde warmwatertemperatuur in woningen). 316 blijft passief onder een drempelwaarde voor vrije chloorconcentratie van ~2 ppm bij pH 7,5. Boven 3-4 ppm bij dezelfde pH begint het ontstaan ​​van putjes binnen weken tot maanden. De invloed van de pH is belangrijk: bij pH 8,5 verdubbelt de toegestane concentratie chloor en bij pH 6,5 halveert deze. Dit artikel schat de chloor-pH-drempels voor putvorming, beginnend op 316 omhulsels in drinkwater van 60 graden, en geeft waterbehandelingsnormen voor de levensduur van de verwarming.

Het mechanisme van door chloor geïnduceerde putjes

Vrij restchloor in water is in evenwicht tussen hypochloorzuur (HOCl) en hypochlorietion (OCl-), waarbij de verhouding afhankelijk is van de pH. HOCl overheerst bij pH <7,5; OCl- overheerst bij pH > 7,5. HOCl is een sterker oxidatiemiddel dan OCl- en vijandiger tegenover passieve films van roestvrij staal. Chloordeeltjes op het metaaloppervlak kunnen de vorming van een chroomoxidefilm plaatselijk verbreken door de vorming van oplosbare chroomchloor-complexen of door het creëren van sterk oxiderende omstandigheden die leiden tot transpassieve oplossing (oxidatie van Cr 3+ tot oplosbaar Cr 6+). Het sterke oxiderende vermogen van het chloor handhaaft een krachtige lokale chemie die leidt tot stabiele putvorming nadat de passieve film op een zwakke plek is gescheurd, normaal gesproken bij een MnS-insluiting of een oppervlaktekras. Door chloor geïnduceerde putjes verschillen van door chloride geïnduceerde putjes, waarbij honderden tot duizenden ppm Cl- nodig zijn, chloor een aanzienlijk sterker oxidatiemiddel is en putjes kunnen ontstaan ​​bij vrije chloorniveaus van 1-5 ppm.

Gekwantificeerde drempelwaarden voor putcorrosie in huishoudelijk warm water van 60 graden

Na systematische onderdompelingstesten van roestvrij staal 316 (Ra=0.4 µm gepolijste afwerking) in synthetisch warm water voor huishoudelijk gebruik (100 ppm Cl-, 80 ppm SO4-2, 120 ppm CaCO3 hardheid) bij 60 graden met behulp van gecontroleerd vrij chloorresidu (gemeten als Cl2) en pH, zijn de volgende grenzen voor het ontstaan ​​van putjes vastgesteld na 1000 uur blootstelling.

Vrij achtergebleven chloor (ppm als Cl2) pH Dominante chloorsoort Initiatietijd van putvorming (uren) Maximale putdiepte na 1.000 uur (μm) Tijd tot perforatie (1,5 mm wand) Aanbevolen voor warmwatervoorziening voor huishoudelijk gebruik<0.5 6.5-8.5 Mixed No pitting <5 >30 jaar Ja
0.5-1.0 7.0-8.5 Mixed >5.000 (mag niet starten)<10 >20 jaar Ja
7.5-8.5 1.0-1.5 OCl⁻ dominant 2.000-5,000 10-30 10-20 jaarAcceptabel met supervisie 1.0-1.5 6.5-7.5 HOCl dominant 1.000-2,000 30-60 5-10 jaar Marginaal
1.5-2.0 7.5-8.5 Fl⁻ dominant 1.000-2,000 40-80 4-8 jaar Marginaal
1.5-2.0 6.5-7.5 HOCl dominant 500-1,000 80-150 2-5 jaarNiet aanbevolen
2.0-3.0 7.5-8.5 OCl⁻ dominant 300-800 100-200 2-4 jaar Niet aangeraden
2.0-3.0 6.5-7.5 HOCl dominant 100-300 200-400 1-2 jaar Niet acceptabel
3.0-5.0 7.5-8.5 OCl- domineert 100-300 200-500 1-2 jaar Niet acceptabel
3.0-5.0 6.5-7.5 HOCl dominant 50-100 400-800 6-12 maanden Niet acceptabel5,0 Elke HOCl of OCl⁻<50 >500 <6 months Unacceptable
Invloed van temperatuur op chlooragressiviteit

De drempels in de tabel gelden voor 60 graden. Naarmate de temperatuur stijgt, wordt chloor agressiever als gevolg van hogere diffusiesnelheden en een minder stabiele passieve film. Beneden 60 graden neemt het toegestane chloorgehalte vrijwel lineair toe met afnemende temperatuur.

Watertemperatuur (graden) Max. vrij chloor gedurende 5 jaar Pittingvrije levensduur bij pH 7,5 (ppm) Aanbevolen actie
40 3.0 Er hoeft geen speciale actie te worden ondernomen
50 2.2 Monitor if >2.0 ppm 60 1.5 Dechlorinate if >1,5 ppm 70 1.0 Dechlorering aanbevolen 80 0.7 Dechlorering vereist 90 0.5 316 niet aanbevolen; upgraden naar titanium
Praktische aanbevelingen voor de behandeling van water in waterverwarmingstoestellen voor huishoudelijk gebruik

316 ingebouwde verwarmingstoestellen in warmwatersystemen voor thuisgebruik op 60 graden voldoen aan de volgende waterbehandelingsnormen voor langdurig putvrij gebruik.

Resterend vrij chloor (ppm) pH Aanbevolen actie<0.5 Any No action required
>7.5 Geen actie; aanvaardbaar 0,5-1,0
0.5-1.0 <7.5 Adjust pH to >7.5 met natriumhydroxide of zorgvuldig observeren
1.0-1.5 >8,0 Aanvaardbaar; elke 2 jaar onderzoeken
1.0-1.5 7.0-8.0 Verminder chloor of upgrade naar 316L met elektrolytisch gepolijste afwerking
1.5-2.0 >8.0 Verlaag het chloorgehalte of update de verwarming
1.5-2.0 <8.0 Dechlorination (injection of activated carbon or sodium sulphite) necessary2.0 Any Dechlorination necessary; upgrade to titanium?
Veldidentificatie van chloor-Veroorzaakte putjes

Residuele putjes met chloor veroorzaken putjes die over het algemeen klein zijn (0,1-0,5 mm diameter), talrijk en gelijkmatig verdeeld over het manteloppervlak (in tegenstelling tot door chloride geïnduceerde putjes die groter en minder talrijk zijn). De putjes worden vaak omringd door een heldere kathodische ring en hebben een donkerbruin of zwart centrum (mangaanoxide door het oplossen van insluitsels). Wanneer zowel hoog chloor als hoog chloride (meer dan 200 ppm) in het water aanwezig zijn, werken de twee effecten synergetisch en wordt de drempel met 30-50% verlaagd. Als een verwarming in een warmwatersysteem thuis binnen 2-3 jaar defect raakt door putvorming, moet het resterende chloor op verschillende plaatsen (inlaat, tank, uitlaat) worden getest om te zien of de pieken de drempelwaarden overschrijden.

Conclusie 316 Levensduur verwarming bij 60 graden Beheersing van resterend chloor

Bij een pH van 7,5 versnellen resterende vrije chloorconcentraties boven 1,5 ppm de putcorrosie van 316 roestvrijstalen verwarmingstoestellen in huishoudelijk warm water van 60 graden binnen 2-5 jaar, waardoor de levensduur van het verwarmingstoestel met een factor 3-10 wordt verkort in vergelijking met gedechloreerd water. Een hogere pH (8,0-8,5) kan een dubbele chloorconcentratie hebben. Een lagere pH (6,5-7,0) halveert de toegestane limiet. Ingenieurs die 316 omhulsels voor drinkwaterverwarming specificeren, moeten gegevens over de waterkwaliteit verzamelen, inclusief vrij chloorresidu en pH bij geschatte bedrijfstemperatuur. Voor systemen met een chloorgehalte van meer dan 1,5 ppm wordt dechlorering (actieve koolfiltratie of injectie van natriumsulfiet) of een upgrade naar 316L met elektrolytisch gepolijste afwerking aanbevolen. Hier bieden we een methodologie waarmee kopers waterbehandelingsprogramma's kunnen selecteren die 316 omhulsels beschermen tegen door ontsmettingsmiddelen veroorzaakte corrosie in warmwatervoorzieningen door de chloorconcentratie en pH te correleren met kwantificeerbare putstartduur.