Pod kojom specifičnom kombinacijom koncentracije otopljenog kisika u napojnoj vodi i pH plašt grijača od nehrđajućeg čelika 316 trpi protok-ubrzane korozije (FAC) na 200 stupnjeva u napojnoj vodi kotla velike-brzine

Otapanje pasivnog filma u vodi visoke čistoće visoke temperature

The high velocity boiler feedwater systems operating at 200°C (typical for high-pressure boiler economisers or feedwater heaters) can be a problem for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes due to flow-accelerated corrosion (FAC), which is thought to be immune to this phenomenon (which occurs mainly in carbon and low-alloy steels). The FAC of 316 is different from the traditional FAC of magnetite (Fe3O4) layers on carbon steel where it is a direct dissolution of passive film by the combined impacts of high flow velocity, high temperature and unique water chemistry. The passive film on 316 dissolves at 200°C, when the dissolved oxygen is less than 5 ppb (deaerated) and the pH is greater than 9.5 or less than 6.5. Under such conditions wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year have been seen in high velocity zones (>5 m/s). Ovaj rad procjenjuje pragove otopljenog kisika i pH za inicijaciju FAC-a na 316 omotača na 200 stupnjeva.

Mehanizam visokotemperaturne topljivosti pasivnih filmova

U vodi s visokom{0}}temperaturom (200 stupnjeva) pasivni film na 316 je dvosloj kromovog oksida (Cr₂O₃) i željeznog krom spinela (FeCr₂O₄). Ovi oksidi su vrlo osjetljivi na pH i otopljeni kisik za svoju topljivost. Kada se odzrači (DO<5 ppb) the corrosion potential is in the active or passive-transition area where the passive film is less stable . At high pH (>9.5) kromov oksid se otapa kao kromit (CrO 2-) ili kromat (CrO 4 2-). Pri niskom pH (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) stalno uklanja otopljene vrste i sprječava ponovnu pasivaciju te održava visoku stopu otapanja. Aktivacijska energija za FAC 316 je oko 40-60kJ/mol, tj. brzina korozije se udvostručuje svakih 15-25 stupnjeva iznad 150 stupnjeva.

Kvantificirani FAC pragovi od 316 na 200 stupnjeva u vodi velike -brzine

Dolje su prikazane stope korozije i ponašanje stanjivanja stjenke za nehrđajući čelik 316 u ispitivanju kontrolirane petlje na 200 stupnjeva s varijacijama u otopljenom kisiku, pH i brzini protoka.

Otopljeni kisik (ppb) pH na 200 stupnjeva Brzina protoka (m/s) Topljivost dominantnog oksida FAC Brzina (mm/god) Vrijeme do 0,5 mm Gubitak stijenke (sati) Preporučeno za uslugu 200 stupnjeva<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25 000 Da<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25 000 Da<5 7.5-8.5 3-5 Slight 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable <5 8.5-9.5 3-5 Cr(OH)3 solubility 0.05-0.15 3,500-10,000 Not recommended <5 9.5-10.5 >3 Otapanje kromita 0.15-0.40 1,250-3,500 Neprihvatljivo<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Cr3+ topljivost 0.10-0.30 1,700-5,000 Neprihvatljivo<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Smanjena topljivost 0.03-0.08 6,000-17,000 Marginalno
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Stabiliziran pasivni film<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100 Bilo koji Bilo koji Potpuno pasivan<0.02 >25 000 Da
FAC od 316 jako ovisi o brzini protoka.

Brzina protoka faktor je skaliranja koji transformira topljivost pasivnog filma u izmjereno stanjivanje stijenke. Donja tablica prikazuje ovisnost o brzini na 200 stupnjeva C, uvjetima bez zraka, pH 9,2 (rubna zona).

Brzina protoka (m/s) Napon na smicanje zida (Pa, procijenjeno) Brzina FAC @ DO<5 ppb, pH 9.2 (mm/yr)Time to 50% of Original 1.5 mm Wall Loss(hours) Recommended Maximum Velocity for 10-Year Life <1 <10 <0.01 >75,000 Safe 1-2 10-20 0.01-0.03 25,000-75,000 Safe 2-3 20-35 0.03-0.06 12,500-25,000 Acceptable 3-5 35-60 0.06-0.12 6,000-12,500 Marginal (monitor) 5-8 60-100 0.12-0.20 3,750-6,000Not recommended 8-12 100-150 0.20-0.35 2,000-3,750 Unacceptable >12 >150 >0.35 <2,000 Not acceptable
Specifikacija dizajna i praktična kemija vode grijača napojne vode na 200 stupnjeva

316 zatvoreni grijači na 200 stupnjeva u napojnoj vodi kotla visoke brzine zaštićeni su od korozije ubrzanog protoka sljedećim zahtjevima.

Vrsta napojne vode Ciljani otopljeni kisik (ppb) Preporučeni pH, 200 stupnjeva Maksimalna brzina protoka u omotaču (m/s) Očekivani životni vijek grijača (godine)
Potpuno hlapljiva terapija (AVT) - smanjenje 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
Sve-hlapljivi tretman (AVT) - oksidacija 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Tretman fosfatima 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (monitor)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
Terenska identifikacija FAC-a na 316 grijačima

The FAC on a 316 heater will produce unique surface features that are different from conventional corrosion mechanisms in high temperature, high velocity feedwater. The surface is smooth, polished or "orange-peel" in appearance with no pitting or scale. The wall thinning is homogeneous at the high velocity zones (e.g. pipe entry, directly facing the flow). The thinning is often a steady drop of outside diameter throughout the heater length. Scanning electron microscopy (SEM) shows a smooth, featureless surface, with no attack at the grain boundaries. Water chemistry log will show pH >9,5 ili<6.0 and dissolved oxygen <5-20 ppb for prolonged durations. For such failures the answer is to adjust water chemistry to keep pH in the 8.0-8.5 range, and dissolved oxygen >20-50 ppb (ako je kompatibilan sa cjelokupnim sustavom), ili za ograničavanje brzine protoka postavljanjem grijača u premosnicu ili bunar za smirivanje. Osjetljivost na FAC može se eliminirati promjenom na titan ili leguru 825.

Sažetak: Kemija napojne vode i upravljanje brzinom za sprječavanje FAC-a

Protok ubrzane korozije grijača u kućištu od nehrđajućeg čelika 316 u napojnoj vodi kotla od 200 stupnjeva odvija se u uvjetima bez zraka (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 ili kiseli pH<6.0 and flow velocities >3-5 m/sec. Under these conditions, the passive film is dissolved as chromite or chromium ions, resulting in wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year. For high temperature feedwater service with 316 sheaths, engineers should stipulate pH of 8.0-9.0, dissolved oxygen >20 ppb (ideally 50-100 ppb) and a flow velocity below 3-4 m/s at the sheath surface. If high velocity (>5 m/s) cannot be avoided, oxidising water treatment (oxygenated treatment, OT) with DO >100 ppb će stabilizirati pasivni film i izbjeći FAC. Ovdje navedena metodologija povezuje otopljeni kisik, pH i brzinu protoka s mjerljivim FAC stopama na 200 stupnjeva i omogućuje kupcu definiranje kemije vode i hidrauličkih parametara koji će održavati pasivni film na 316 grijaćih omotača u radu napojne vode kotla velike brzine.