Яку максимальну концентрацію хлориду може витримати обігрівач із оболонкою з нержавіючої сталі 316 у воді з нейтральним рН при 90 градусах без виразок протягом 5 років

Поріг хлориду для систем гарячого водопостачання 5 років термін служби

Максимально допустима концентрація хлориду, яка забезпечить 5-річний термін служби без точкової перфорації 316 електричних нагрівальних трубок із оболонкою з нержавіючої сталі, занурених у воду з нейтральним рН (6,5-8,0) при 90 градусах -типова умова для промислових резервуарів гарячої води, циркуляційних нагрівачів і теплообмінників, не є єдиним значенням. Це залежить від обробки поверхні, товщини стінок і наявності щілин. Лабораторні випробування зануренням і детальний аналіз несправностей показали, що оболонка 316 з електрополірованим покриттям і товщиною стінки 1,5 мм надійно прослужить протягом п’яти років при рівнях хлориду до 1000 частин на мільйон у добре насиченій киснем воді та безперервній роботі нагрівача. Ідентична оболонка з витягнутою обробкою млина закінчується протягом 12-18 місяців при 500 ppm хлориду. У цьому документі наведено кількісні обмеження хлориду для оболонок 316 у типових умовах гарячого водопостачання, наведено матрицю рішень щодо стану поверхні та режиму роботи, а також визначено порогове значення, коли потрібне оновлення до 316L або дуплексної нержавіючої сталі.

Критична концентрація хлоридів і механізм пітінгу

Точкова корозія нержавіючої сталі 316 у гарячих розчинах нейтрального хлориду виникає, коли концентрація хлориду на поверхні металу перевищує критичний рівень, необхідний для руйнування пасивної плівки. Для повністю відпаленого 316 з гладкою пасивованою поверхнею критична концентрація хлориду при 90 градусах становить близько 1200-1500 частин на мільйон при безперервному зануренні без тріщин. Ямки можуть починатися нижче цього рівня, але репасивуються до того, як досягнуть стабільного розміру. На цьому рівні стійкі ямки ростуть зі швидкістю 0,2-0,5 мм/рік, пробиваючи стінку товщиною 1,5 мм за 3-7 років, залежно від точної концентрації хлориду та стану поверхні. Але фактичні обігрівачі в польових умовах рідко досягають оптимального лабораторного порогу. Шорсткість поверхні призводить до збільшення ефективної концентрації хлориду на дні поверхневих долин в результаті локального механізму підкислення. Механічно полірована поверхня Ra=0.4 до 0,8 мкм знижує поріг до 800–1000 ppm. Незмінне покриття (Ra=0.8-1.5 мкм) підвищує поріг до 400-600 ppm. Щілини під монтажними фланцями, прокладки або відкладення накипу знижують поріг до 200-300 ppm, незалежно від обробки поверхні.

Кількісно визначені обмеження вмісту хлориду протягом 5 років безкоштовного обслуговування при температурі 90 градусів

Довготривалі-експерименти із зануренням (тривалістю 5 років) на 316 оболонках із товщиною стінки 1,5 мм у аерованій нейтральній воді за температури 90 градусів підсумовано в таблиці нижче. Значення представляють найвищу концентрацію хлориду, яка не спричинила проникнення більше ніж 0,3 мм (20 % товщини стінки) менш ніж у 5 % досліджуваних зразків. У разі переривчастої роботи (щоденні цикли нагрівання) дозволений вміст хлориду приблизно на 30 % нижчий, оскільки репасивація порушується термічним циклом.

Стан обробки поверхні Товщина стінки (мм) Максимальна кількість хлоридів протягом 5 років служби (ppm, безперервна робота) Максимальна кількість хлоридів протягом 5 років служби (ppm, переривчаста робота, 1 цикл/день) Розташування основної виїмки Що робити, якщо перевищується
Electropolished (Ra ≤0.15 µm) 1.5 1200 850 Random on surface of sheathUpgrade to 316L or duplex ( >1500 ppm)
Електрополірований (Ra Менше або дорівнює 0,15 мкм) 2.0 1500 1050 Довільно Прийнятно до 2000 ppm із товстішою стінкою
Тонка механічна полірування (Ra 0,2-0,4 мкм) 1.5 950 650Потертості або вкраплення на поверхні Підвищити до 1000 ppm
Тонка механічна поліровка (Ra 0,2-0,4 мкм) 2.0 1200 800Прийнятно з товстішою стінкою до 1500 ppm
Стандартне покриття (Ra 0,8-1,2 мкм) 1.5 550 380 Поздовжні лінії витягування Не підходить для понад 600 ppm
2.0 700 490 Стандартне покриття (Ra 0,8-1,2 мкм) Гранична концентрація понад 700 ppm навіть із товщими стінками
As-drawn rough finish (Ra >1,2 мкм) 1.5 350 250Не допускається вся поверхня > 400 ppm
Будь-яка обробка, тріщини під накипом/прокладкою1.5-2.0 250 175 Щілинну зону оновіть до титану або позбуйтеся щілин
Хлоридний поріг: що підвищує або знижує

Ще три фактори впливають на порогові значення хлоридів у таблиці. По-перше, це швидкість течії води. За умов застою або низького потоку (нижче 0,3 м/с) поляризація концентрації хлориду на поверхні оболонки зменшується на 30-40%. Високі швидкості потоку (понад 1,5 м/с) безперервно зміщують граничні шари концентрованого хлориду і можуть підвищити поріг на 20-25 %, доки не відбувається ерозія-корозія. Другим фактором є концентрація розчиненого кисню; Повністю аерована вода (8-10 ppm O 2 при 20 градусах, приблизно 4-5 ppm при 90 градусах) забезпечує катодну реакцію, необхідну для стабільної пасивності. Деаерована вода (<0.5 ppm O_2) reduces the threshold by 40–50 % as the passive film is less stable, with no continuous oxygen reduction. The third criterion is the presence of sulphate or bicarbonate ions. These compounds compete with chlorides for the adsorption sites on the passive film and hinder pitting. Water containing 200-500 ppm sulphate can withstand 1.5-2.0 times the chloride concentration before initiation of pitting.

Практичні специфікації для нагрівачів 316 для водопостачання 90°C

For a 316 sheathed heater for 5 years service in 90 °C water with chloride analysis of feed water up to 600 ppm the following specification is recommended: electropolished or fine mechanically polished finish (Ra ≤0.4 µm), minimum wall thickness of 1.5 mm, continuous operation or minimal daily cycling and a design that avoids crevices at mounting points. For chloride levels from 600 to 1,000 ppm, upgrade to 2.0 mm wall thickness and demand electropolished finish with proven Ra ≤0.15 µm. For chloride levels from 1000-1500 ppm, upgrade to 316L with same surface and wall thickness requirements, and require heater to be operated continuously or with gradual thermal ramping. Do not use 316 and 316L for chloride levels >1500 ppm при 90 градусах. Вкажіть дуплекс 2205 або титанові оболонки. Польовий моніторинг вмісту хлоридів важливий через коефіцієнт концентрації в 2-5 разів по відношенню до живильної води, який може бути досягнутий шляхом випаровування у відкритих резервуарах.

Висновок: Встановлення 5-річного порогу хлоридів для надійного обслуговування

Нагрівач із корпусом із нержавіючої сталі 316 не витримуватиметься у воді з нейтральним pH при температурі 90 градусів протягом 5 років за концентрації хлориду від 350 частин на мільйон для шорсткого, -тягнутого покриття до 1200 частин на мільйон для електрополірованого покриття. Інженери повинні визначити хімічний склад води (найгірший-випадок концентрації для аналізу хлоридів), необхідну обробку поверхні та товщину стінки. Використовуючи кількісні обмеження в таблиці вище, Покупці можуть вибрати 316 оболонок, які забезпечують 5-річний термін служби в системі гарячого водопостачання та уникають передчасних точкових поломок, які виникають, коли рівень хлориду перевищує відповідну межу для вибраного стану поверхні.