Onder welke specifieke combinatie van sulfaatconcentratie en pH ontwikkelt de 316L verwarmingsmantel in stromend zoet water bij 60 graden putjes in de afwezigheid van chloriden

Het mechanisme voor putcorrosie van roestvrij staal zonder chloride

In zoetwatersystemen met een zeer laag chloridegehalte (< 20 ppm), but high to moderate sulphate concentrations (SO4 2-) and acidic pH such as in acid mine drainage, some industrial cooling waters or agricultural runoff, pitting corrosion can occur even in the absence of chloride ions, with 316L stainless steel sheathed electric heating tubes. For flowing conditions (1 m/s), sulphate ions are typically thought to be non-aggressive or inhibitive to pitting. However, at pH values below 4.0-4.5, sulphate can attack and create soluble iron sulphates, breaking down the passive film. The essential combination for pitting is: sulphate >500-1.000 ppm EN pH<4.0. Rates of pitting of 0.2-0.5 mm/yr occur at pH 3.0 and 1,000 ppm SO4 2-. Rates > 1 mm/year, pH 2.5, 1,000 ppm SO 2 4 . The sulfate-pH-pitting threshold for 316L in flowing freshwater at 60°C in the absence of chlorides is quantified in this article.

Het mechanisme van door lage pH geïnduceerde sulfaatputvorming

In neutrale of alkalische omstandigheden worden sulfaationen geadsorbeerd op de passieve film en voorkomen ze door chloride-geïnduceerde putjes. De passieve film is echter minder stabiel bij lage pH (<4.0). Sulphate can form soluble complexes with ferric ions ( FeSO4+ ), and can also take part in the anodic dissolution reaction. Local acidification in growing pits (pH as low as 1-2) permits sulphate to behave as an aggressive anion like chloride but under more acidic conditions. In sulphate solutions, the pitting potential (Epit) decreases with decreasing pH and increasing sulphate concentration .

60 graden, 1 m/s stroomsulfaat-pH-pittingdrempels gekwantificeerd

De volgende startomstandigheden voor putjes zijn bepaald uit gecontroleerde stroomlustests van 316L (elektrogepolijst, Ra=0.2 µm) in sulfaatoplossingen (0-2.000 ppm SO42- als Na2SO4) met pH gereguleerd door H2SO4 (geen chloriden toegevoegd) bij een snelheid van 60 graden, 1 m/s gedurende 2000 uur.

Sulfaatconcentratie (ppm SO4 2-) pH (60 graden) Pitting-initiatietijd (u) Pittingsnelheid (mm/j)| Pitdichtheid (pits/cm2)|Tijd tot perforatie (1,5 mm wand, jaren)|Aanbevolen voor stromend zoetwater (lage Cl)||<500 | >4.0 | >10,000 | <0.02 | 0 | >75 | Yes | | 500-1,000 | 5.0 | >10,000 | <0.02 | 0 | >75|Ja|| 500-1.000|4,0-4,5|5.000-10.000|0,02-0,05 |<1 | 30-75 | Yes | | 500-1,000 | 3.5-4.0 | 2,000-5,000 | 0.05-0.15 | 1-5 | 10-30 | Acceptable | | 500-1,000 | 3.0-3.5 | 1,000-2,000 | 0.15-0.40 | 5-20 | 4-10 | Marginal | | 500-1,000 | <3.0 | 200-1,000 | 0.40-1.00 | >20|1,5-4|Niet aanbevolen|| 1.000-2.000|4,0-4,5|2.000-5.000|0,05-0,15|1-5|10-30|Acceptabel|| 1.000-2.000|3,5-4,0|800-2.000|0,15-0,40|5-15|4-10|Marginaal|| 1.000-2.000|3,0-3,5|300-800|0,40-0,80|15-40|2-4|Niet aanbevolen|| 1.000-2.000 |<3.0 | 100-300 | 0.80-2.00 | >40 | 0.75-2 | No | | >2,000 | <4.0 | <200 | >1.00 | >50 | <1.5 | No | |
Invloed van de stroomsnelheid op sulfaatputvorming

In chlorideoplossingen verminderen hogere stroomsnelheden de putvorming, maar kunnen zij de putvorming door sulfaat versterken door het verwijderen van beschermende corrosieproducten.

Stroomsnelheid (m/s) Pittingsnelheid bij 1.000 ppm SO4-2, pH 3,5, 60oC (mm/jaar) Tijd tot doorbraak (jaren) Aanbevolen maximale snelheid voor gebruik met zuur sulfaat<0.5 0.15-0.25 6-10 Acceptable
0.5-1.0 0.25-0.40 4-6 Marginal 1.0-1.5 0.40-0.60 2.5-4 Not recommended 1.5-2.5 0.60-0.90 1.7-2.5 No >2.5 >0.90 <1.7 No Practical Recommendations for Low-Chloride, High-Sulfate, Acidic Freshwater Service

Voor 316L-verwarmers in zoet water met weinig chloriden maar sulfaten en een zure pH van 60 graden zijn de volgende parameters van toepassing.

Watertype Normale pH Sulfaat (ppm) Chloride (ppm) Aanbevolen legering Verwachte levensduur (jaren)
Zure mijndrainage (mild) 4.0-5.0 500-1,500<50 316L with monitoring 5-10 
Zure mijndrainage (ernstig) 2.5-4.0 1.000-3.000<50 Duplex 2205 5-8
Industriële koeling (zuur) 3.5-4.5 500-1.000<20 316L (acceptable) 8-12 
Agricultural runoff (acidic) 4.0-5.0 100-500 10-50 316L >10 
Elke met pH<3.0 <3.0 >500 Alle niet-316L-upgrades naar legering 20 Veldidentificatie van door sulfaat veroorzaakte putjes

Er kan vermoed worden dat er sprake is van door sulfaat- geïnduceerde putjes bij een 316L-verwarmer die in zoet water met chloriden put<50 ppm but sulphate >500 ppm en pH<4.0. The pits are usually tiny (50-200 µm) and frequent and no chloride was discovered in the pit residue (EDS). The corrosion product may contain sulphur. Water analysis will show low chloride, moderate to high sulphate and low pH. The remedy is to elevate the pH (neutralise) or go to Alloy 20 or duplex 2205.

Conclusie: laat pH en sulfaat niet de oorzaak zijn van niet--chloorpitting

Putjes maken van 316L roestvrijstalen verwarmingsmantels in stromend (1 m/s) zoet water van 60 graden met een laag chloridegehalte (<20 ppm) occurs at sulphate concentrations >500-1.000 ppm wanneer de pH lager is dan 3,5-4,0. Pittingsnelheden van 0,4-0,8 mm/jaar bij pH 3,0-3,5 en 1000 ppm SO₄²⁻ veroorzaken perforatie in 2-4 jaar. Ingenieurs moeten de pH en de sulfaatconcentratie testen, en niet alleen chloriden, om 316L-omhulsels voor zoetwatervoorziening te definiëren. Wanneer pH<4.0 and sulphate >500 ppm is pH-neutralisatie of verbetering van de legering nodig. Het hier ontwikkelde raamwerk, dat het sulfaatgehalte en de pH relateert aan de initiatie- en voortplantingssnelheid van putjes bij 60 graden in chloride-vrij water, stelt kopers in staat om niet--chlorideputjes van 316L verwarmingsmantels in zure zoetwatersystemen met een hoog- sulfaatgehalte te identificeren en te voorkomen.