Pod kojom specifičnom kombinacijom pH i slobodnog klora 316L plašt grijača u 1000 ppm kloridne vode na 50 stupnjeva prelazi s otpornosti na udubljenje u brzu perforaciju u 2 godine

Ograničenje ubrzanog pitinga toplim kloridnim dezinficijensom

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes used in warm (50°C) chloride-containing water with residual chlorine disinfection-such as municipal hot water return lines, treated industrial effluents, or swimming pool heat exchangers-the combination of free chlorine (HOCl/OCl⁻) and pH dramatically accelerates pitting compared to chloride alone. At 50°C, 1000 ppm chloride is typically in the passive range for 316L (no pitting expected for >10 years). Free chlorine additions of 1-3 ppm, however, alter the pitting potential to more negative values and at pH values below 7.0 (where HOCl is the dominant species), pitting can commence within 6-12 months and perforate a 1.5 mm wall within 2 years. The crucial combination for 2-year perforation is: free chlorine >1,5 ppm i pH<7.0 at 50 °C. OCl- is less aggressive - even 3 ppm free chlorine at pH >8.0 is tolerated. Pitting occurs 1-3 years at pH 7.0-7.5 and chlorine >2 ppm. U članku se procjenjuje pH-klor-vrijeme perforacije za 316L omotače u toploj kloridnoj vodi.

Klorom-inducirano ubrzanje mehanizma pitinga

Slobodni klor u vodi je prisutan kao hipoklorna kiselina (HOCl) pri pH<7.5 and hypochlorite ion (OCl^-) at pH >7.5. HOCl je jači i snažniji oksidans za pasivne folije od nehrđajućeg čelika. Površina 316L u zagrijanoj kloridnoj vodi lokalno je oslabljena adsorpcijom klorida na pasivnom filmu. Dodavanje klora uzrokuje značajnu katodnu reakciju (HOCl + 2H + 2e → Cl + HO), koja gura potencijal korozije (potencijal otvorenog kruga, OCP) na više (plemenitije) vrijednosti. Stabilni pitovi se pokreću kada je OCP viši od potencijala pitiranja (Epit). Epit 316L u 1000 ppm Cl- je oko +200 do +300 mV u odnosu na Ag/AgCl na 50 stupnjeva. Klor povećava OCP od -50 do +150 mV do +250 do +400 mV ovisno o koncentraciji i pH. Na pH<7.0 the OCP can be higher than Epit and spontaneous pitting occurs.

Kvantificirani pH-Klor-Vrijeme perforacije na 50ºC, 1000 ppm Cl-

Kontrolirano ispitivanje uranjanjem odredilo je trajanje početka pitinga i perforacije 316L (elektropoliranog, Ra=0.2 µm) u 1000 ppm Cl- vode na 50 stupnjeva s različitim slobodnim klorom i pH.

Slobodni klor (ppm kao Cl₂) pH (na 50 stupnjeva ) Dominantne vrste OCP (mV naspram Ag/AgCl) Epit (mV naspram Ag/AgCl) Vrijeme inicijacije pitinga (mjeseci) Vrijeme do perforacije (stjenka od 1,5 mm, mjeseci) Ukupni 2-godišnji rizik od perforacije Preporučeno za uslugu od 50 stupnjeva<0.1 6.5-8.0 None -50 to +50 +200 to +300 >60 >120 None Yes 0.5 7.5-8.0 OCl⁻ +50 to +100 +220 to +300 >48 >96 Ništa Da 0.5 6.5-7.0 Mješovito +100 do +150 +210 do +280 36-48 72-96 Nisko Da 1.0 7.5-8.0 OCl⁻ +80 do +130 +210 do +280 36-60 72-120 Nisko Da 1.0 7.0-7.5 Mješovito +120 do +180 +200 do +260 24-36 48-72 Umjereno Prihvatljivo
1.0 6.5-7.0 HOCl dominantno +160 do +220 +190 do +250 12-24 24-48 Visoko Marginalno 1.5 7.5-8.5 OCl- +100 do +160 +200 do +270 30-48 60-96 Nisko-Umjereno Prihvatljivo 1.5 7.0-7.5 Mješovito +150 do +220 +180 do +250 12-24 24-48 Visoko Ne preporučuje se
1.5 6.5-7.0 HOCl +200 do +280 +170 do +230 6-12 12-24 Jako Ne 2.0 7.5-8.5 OCl - +120 do +190 +190 do +260 24-36 48-72 Umjereno Prihvatljivo uz praćenje 2.0 7.0-7.5 Mješovito +190 do +260 +170 do +230 8-16 16-32 Visoko Ne preporučuje se 2.0 6.5-7.0 HOCl +250 do +350 +160 do +210 3-6 6-12 Teško Ne 3.0 7.5-8.5 OCl - +150 do +230 +180 do +250 18-30 36-60 Umjereno Marginalno 3.0 7.0-7.5 Mješovito +230 do +320 +160 do +220 5-10 10-20 Visoko-Teško Ne3.0 Bilo koji HOCl/OCl > +250 < +200<3 <6 Very severe No
Ovisnost praga temperature

Visoka temperatura smanjuje kritičnu koncentraciju klora za piting.

Temperatura (stupnjevi) pH 7,5 (dominira OCl-) pH 7,0 (mješoviti) Maksimalni klor za 5-godišnji život pri pH 7,5 (ppm) Maks. klor za 5 godina života pri pH 7,0 (ppm) 30 1.5 1.0 2.5 1.5 40 1.5 1.0 2.2 1.2 50 1.0-1.5 0.8-1.0 1.5-2.0 1.0 60 1.0 0.5-0.8 1.2 0.8 70 0.5-0.8 0.3-0.5 1.0 0.5
Praktične preporuke za uslugu toplog klorida-klora

Sljedeći zahtjevi za kontrolu pH i klora primjenjivi su na 316L obložene grijače u vodi od 50 stupnjeva s 1000 ppm klorida i ostatkom slobodnog klora.

Vrsta usluge pH raspon Max slobodni klor (ppm) Očekivani vijek trajanja grijača (god) Predložena radnja
Komunalna topla voda (stabilan pH) 7.5-8.5 1.5 5-8 Prihvatljivo
Gradsko (pH 7,0-7,5) 7.0-7.5 1.0 5-8 Prihvatljivo
Gradski (pH 7,0-7,5) 7.0-7.5 1.5-2.0 2-4 Ne preporučuje se
Bazen (pH 7,2-7,8) 7.2-7.8 1.0-1.5 3-5 Marginalno (monitor)
Industrijsko hlađenje (pH 6,5-7,5) 6.5-7.5 0.5 5-10 Zahtijeva kontrolu pH
Bilo koji s pH<7.0 <7.0 <0.5 5-10 Increase pH or dechlorinate
Any >8.5 >8.5 <3.0 5-8 Acceptable (scale risk)
Jamičasta korozija ubrzana klorom

Pitting of a 316L heater in heated chloride water (500–1,500 ppm Cl-) with chlorine residual is normally characterised by small (0.2–1.0 mm diameter), numerous (10–50 pits per cm2) and uniformly distributed pits. The pits are frequently rimmed by a bright cathodic ring with a dark brown or black center (manganese oxide from breakdown of inclusions). Water chemistry records will indicate free chlorine >1-2 ppm i pH<7.0-7.5. The fix is to elevate pH to 7.5-8.5 with sodium hydroxide, remove chlorine to 1 ppm or upgrade to titanium or Alloy 625.

Zaključak: upravljanje pH i klorom za sprječavanje brzog pitinga

Free chlorine at >1-1,5 ppm na pH<7.0-7.5 produces pitting commencement in 6-12 months and perforation in 2 years for 316L stainless steel heater sheaths in 50°C water with 1,000 ppm chloride. At pH >7.5-8.0, 2-3 ppm chlorine can be tolerated, because OCl- is less aggressive. Engineers specifying 316L sheaths for warm chlorinated systems must maintain pH >7,5 (idealno 7,8-8,2) i slobodni klor<1.5 ppm for 5 years life. If chlorine >2 ppm ili pH<7.0 cannot be avoided duplex 2205 or titanium upgrade is necessary. The methodology given here relates pH, free chlorine concentration and pitting perforation time at 50°C in 1,000 ppm chloride and allows buyers to define water treatment schemes that prevent disinfectant-accelerated pitting failure.