Pod kojom specifičnom kombinacijom koncentracije zaostalog kloramina i pH-a plašt grijača od nehrđajućeg čelika 316 stvara rupičastu točku u gradskoj toploj vodi na 55 stupnjeva

Mechanism of pitting corrosion of disinfectant in potable water systems Monochloramine (NH2Cl) is being increasingly used as a secondary disinfectant in municipal hot water systems (domestic hot water tanks, recirculation loops in hotels and hospitals, point of use heaters in commercial buildings) to replace free chlorine and minimise trihalomethane formation for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes. Chloramine is less aggressive to stainless steel than free chlorine but can produce pitting at higher temperatures especially when the pH is not in the proper range for chloramine stability. 316 stainless steel is passive at chloramine levels below 2-3 ppm at a common residential hot water temperature of 55 °C and a pH of 7.5-8.5. However, below pH 7.0 chloramine breaks down into free chlorine and ammonia which leads to a more aggressive oxidising environment. Chloramine is unstable at pH > 9.0, and decomposes to dichloramine and nitrogen trichloride. Pitting begins at chloramine levels >4-5 ppm pri pH 7,0-8,0 ili ispod pH vrijednosti. Ovo istraživanje predviđa pH pragove i koncentracije kloramina koji iniciraju piting na 316 omotača na 55 ⁰C. Kloraminom-inducirani mehanizam pitinga i ovisnost o pH. Monokloramin (NH2Cl) je slabiji oksidacijski agens od slobodnog klora (HOCl/OCl-). Međutim, kloramin se razgrađuje brojnim putevima na temperaturama iznad 50 stupnjeva. Pri neutralnom do blago alkalnom pH (7,0-8,5) razgradnja daje amonijak i dušik uz samo male količine oslobođenog slobodnog klora. Pri pH < 7,0, razgradnja prelazi na slobodni klor (HOCl) i dikloramin (NHCl 2 ), oba su snažniji oksidansi koji mogu razgraditi pasivni film na 316. Pri pH > 9,0 kloramin se brzo razgrađuje u dušikov triklorid (NCl3), koji je hlapljiva i vrlo oksidirajuća vrsta. Mehanizam pitinga je onaj slobodnog klora. Lokalizirano raspadanje Cr 2 O 3 pasivnog filma i naknadno širenje jama izazvano kloridom. Ali kloraminu je potrebna jača koncentracija (oko 2-5 puta veća od koncentracije slobodnog klora) da izazove piting na istoj temperaturi. Kvantificirane granice pitinga na 55 stupnjeva. Kontrolirani testovi uranjanja nehrđajućeg čelika 316 (elektropolirana obrada, Ra=0.2 μm) u sintetičkoj gradskoj vodi (100 ppm Cl−, 80 ppm SO42−, 120 ppm CaCO3) pri različitim koncentracijama monokloramina i pH na 55 stupnjeva tijekom 3000 sati odredili su sljedeće granice za pitting inicijacija. pH (55 stupnjeva ) Monokloramin (ppm kao Cl2 ekvivalent) Vrijeme početka udubljenja za put razgradnje kloramina (sati) Maksimalna dubina udubljenja nakon 3000 sati (mikrona) Vrijeme do perforacije (stjenka od 1,5 mm) 55 stupnjeva Preporučena usluga<1.0 7.0-8.5 Stable >10,000 <10 >30 godina Da 1.0-2.0 7.5-8.5 Stabilno 5,000-10,000 10-20 15-30 godina Da 2.0-3.0 7.5-8.5 Stabilno 20-40 godina Uglavnom 8-15 godina 3,000-5,000 Prihvatljivo 3.0-4.0 7.5-8.5 Oko 1,500-3,000 40-80 4-8 godina Granično propadanje 4.0-5.0 7.5-8.5 Umjereno pogoršanje 800-1,500 80-120 2 do 4 godine Ne preporučuje se 5.0-7.0 7.5-8.5 Značajna dezintegracija 400-800 120-200 1-2 godina ne 7.0 7.5-8.5 Brzo raspadanje<400 >200 <1 year Unacceptable 2.0-3.0 6.5-7.0 (pH excursion)Free chlorine release 1,000-2,000 60-100 3-5 years Not recommended 2.0-3.0 <6.5 Free chlorine + dichloramine 300-800 100-180 1.5-2.5 years Not acceptable NCl3 formation 2.0-3.0 >9.0 500-1,200 80-150 2 - 3 yeras Unacceptable 3.0 < 7.0 Severe degradation < 500 > 150 < 1.5 years Temperature effect on chloramine aggressiveness Not acceptable The rate of decomposition of monochloramine rises with temperature, hence chloramine is more aggressive at higher temperatures. Water Temperature (oC) Maximum Monochloramine for 5-Year Life pH 7.5-8.0 (mg/L)Maximum Monochloramine for 10 Year Life at pH 7.5-8.0 (mg/L)Recommended Action 40 5.0 3.0 Standard practice 50 3.5 2.5 OK 55 3.0 2.0 Marginal above 2.5 ppm 60 2.2 1.5 Chloramine reduction if >2 ppm 70 1.5 1.0 316 not recommended, upgrade material 80 1.0 0.5 316 not appropriate Chloramine Treatment Practical Water Chemistry Specifications The following specifications will ensure long term pitting free service for 316 sheathed heaters in municipal hot water systems treated with monochloramine at 55oC. System Type Target Monochloramine (ppm) pH Range Max. Temp. (°C) Heater Life Expectancy (years)Hot water heating ideas for households1.0-2.0 7.5-8.5 55 10-15 Commercial (hotel/hospital) OK 1.5-2.5 7.5-8.5 55 8-12 Test for chloramine regularly. big circulation system 2.0-3.0 7.8-8.2 55 5-8Active pH regulation as required Any with chloramine >3.0 >3.0 7.5-8.5 55 2-4 Nadogradite na 316L electropolish Any s pH ekskurzijama<7.0 <3.0 <7.0 56 2-5 pH control necessary Any at temperatures above 60°C 1.5 7.5-8.5 >60 2-5 2205 Dvostruka nadogradnja Terenska identifikacija udubljenja koje stvara kloramin Za grijač 316 u komunalnoj toploj vodi s malo slobodnog klora, ali poznatom obradom kloraminom, udubljenja su obično mala (0,1-0,5 mm promjera), česta (5-20 udubina/cm2) i pravilno raspoređena. Metalna površina u udubljenju ukazuje na morfologiju udubljenja uzrokovanu kloridom. Ključna razlika je u tome što u vodi nema slobodnog klora (indikator da se kloramin razgrađuje). Dnevnik kemije vode imat će vrijednosti kloramina iznad 3-4 ppm i pH ispod 7,0 ili iznad 9,0 u različitim vremenima. Ispitivanje vode na slobodni klor i kloramin će potvrditi vrstu dezinfekcije. Rješenje za ove kvarove je snižavanje koncentracije kloramina na manje od 2,5-3,0 ppm ili održavanje pH približno na 7,5-8,5 ili nadogradnja na duplex 2205 nehrđajući čelik. Rješenja za obradu sustava s visokim sadržajem kloramina Ako nije moguće smanjiti koncentraciju kloramina na 3 ppm, sljedeći postupci smanjit će rizik od pitinga: Elektropoliranje: Elektropolirana površina (Ra<0.2 µm) increases chloramine threshold by ~1 ppm. pH stability The pH should be maintained in the range 7.8 – 8.2 by adding a pH controller. Decomposes to free chlorine at low pH. Decomposes to NCl3 at high pH. Lower heater setpoint from 55C to 50C (40-50% reduction in chloramine decomposition rate) Alloy upgrade: Duplex stainless steel 2205 (higher pitting resistance equivalent number, PREN >35) ili 316L s kontrolom uključivanja titanijevog nitrida (TiN). Zaključak: životni vijek grijača 316 @ 55 stupnjeva pH i kontrola kloramina 316 grijači obloženi nehrđajućim čelikom u komunalnoj toploj vodi na 55 stupnjeva pokazuju jamičastu pojavu iznad oko 3-4 ppm monokloramina na pH 7,5-8,5 za 1000-3000 sati i perforaciju za 2-5 godina. Čim ph padne ispod 7,0, kloramin se razgrađuje na slobodni klor i čak 2-3 ppm kloramin je prilično agresivan i izbacit će se za 1-2 godine. 316 omotači s podacima o kloru i pH i pH rasponu od 7,5-8,5 i monokloraminu<2.5 ppm for 10 year life shall be specified by engineers for chloramine treated water. Electropolished 316L or duplex 2205 is suggested for chloramine levels over 3 ppm or where pH control is not reliable. The present method, connecting chloramine concentration and pH to measured pitting initiation times at 55°C, allows users to define water treatment programmes which prevent disinfectant-driven pitting in municipal hot water systems.