Koja kritična širina pukotina između plašta grijača od nehrđajućeg čelika 316 i njegove montažne prirubnice pokreće ubrzani piting u kloridnoj vodi od 200 ppm na 80 stupnjeva

Geometrijska granica smanjenja kisika i lokalne acidifikacije

Pukotina između plašta i montažne komponente najosjetljivije je mjesto za lokaliziranu koroziju uronjenih grijača od nehrđajućeg čelika 316 koji se montiraju kroz prirubnice ili stijenke spremnika. Kada se pukotina smanji na kritičnu širinu, općenito između 0,1 mm i 0,5 mm, ovisno o koncentraciji klorida i temperaturi, ulazak velike količine vode je ograničen, a kisik se iscrpljuje iz pukotine. Nakon toga, koncentracija klorida se povećava, a pH smanjuje, što dovodi do ubrzane rupičaste i pukotinske korozije. 316 omotač s pukotinskim razmakom manjim od 0,3 mm u 200 ppm kloridne vode započet će s pukotinskom korozijom za 6-12 mjeseci na 80 stupnjeva, ali identičan omotač s pukotinskim razmakom većim od 0,5 mm ostat će pasivan 5+ godina. Ovaj članak procjenjuje potrebnu širinu razmaka za 316 omotača u tipičnim okolnostima tople vode i daje kriterije dizajna za montažu bez pukotina.

Elektrokemijski mehanizam za početak pukotinske korozije

Pukotina korozije nehrđajućeg čelika 316 započinje kada geometrija pukotine ometa konvektivni i difuzijski prijenos kisika iz rasute otopine na metalnu površinu unutar pukotine. Kisik se troši katodnim procesima (redukcija kisika) unutar pukotine i lokalna koncentracija kisika opada na razinu blizu nule dok se otopina prozračuje. Ova razlika potencijala uspostavlja galvanski članak. Vanjske granice pukotine (visoko oksigenirane) postaju katoda, a unutrašnjost pukotine (deoksigenirana) postaje anoda. Ioni klorida privlače se u pukotinu kako bi neutralizirali naboj, postižući koncentracije 10-100 puta veće od onih u masi. Istodobna hidroliza otopljenih metalnih iona (Fe 3+ , Cr 3+ ) stvara ione vodika i snižava lokalni pH do 2-4. Učinak visokog klorida i niskog pH na razgradnju pasivnog filma na 316 proučavan je kako bi se pokrenulo brzo anodno otapanje. Presudna širina raspora je najveća širina raspora koju difuzija kisika ne može nadoknaditi za potrošnju kisika. U statičkim postavkama ili postavkama s niskim protokom ovaj ključni razmak općenito je između 0,3 i 0,5 mm. Razmaci veći od 0,5 mm omogućuju dovoljno protoka kisika za održavanje pasivnosti. Ako su praznine manje od 0,3 mm široke, deoksigeniraju se u roku od nekoliko sati do dana i napadaju ih pukotinska korozija čak iu vodi s niskim sadržajem klorida.

Pragovi za pukotinsku koroziju od 316 na 80 stupnjeva u 200 ppm kvantificiranog klorida.

Sustavno testiranje s formiračima pukotina s reguliranim širinama razmaka na 316 limova od nehrđajućeg čelika koji predstavljaju površinu plašta grijača u prozračenoj vodi od 200 ppm klorida na 80 stupnjeva odredilo je ključni razmak između pukotina za pojavu korozije u pukotinama. Test je trajao 12 mjeseci, a jedinice su se povremeno rastavljale i ispitivale radi napada. Rezultati pokazuju naglu promjenu širine razmaka s 0,4 mm na 0,5 mm. Pukotinska korozija započela je u svim uzorcima na ili ispod 0,4 mm unutar 6 mjeseci. Praznine od 0,5 mm ili veće nisu bile napadnute cijelih 12 mjeseci. Ekstrapolirajući na produženi rad, razmaci od 0,5-0,8 mm mogu početi napadati nakon 3-5 godina u prisutnosti neprijateljske kemije vode ili toplinskog ciklusa koji proizvodi učinke koncentracije. Detaljna vremena početka korozije u pukotinama za 316 plašta data su u donjoj tablici kao funkcija širine razmaka, koncentracije klorida i temperature.

Širina pukotine (mm) Koncentracija klorida (ppm) Temperatura (stupnjevi) Vrijeme do početka korozije pukotina Vrijeme do perforacije (1,5 mm stijenke nakon inicijacije) Preporučeno za 5-godišnju uslugu<0.1 (tight contact) 200 80 <1 month 3-6 months No 0.1-0.2 200 80 1-3 months 3-6 monthsNo 0.2-0.3 200 80 3-6 months 6-12 months No
0.3-0.4 200 80 6-9 mjeseci 9-18 mjeseci Ne 0.4-0.5 200 80 9-12 mjeseci 12-24 mjeseca Marginalno
0.5-0.7 200 80 >24 mjeseca (ne mora započeti) -Da (s pregledom)
0.7-1.0 200 80 >60 mjeseci - Da1.0 (otvoreni otvor) 200 80 Nema korozije u pukotinama - Da
0.5-0.7 500 80 6-12 months 12-18 months No 0.5-0.7 200 60 >60 mjeseci Da
0.3-0.5 200 60 12-24 mjeseci 24-36 mjeseci Prihvatljivo uz praćenje geometrijskih pukotina u sklopovima za montažu grijača

Za uronjene grijače s prirubnicom tri česta konstrukcijska elementa dovode do pukotina sa širinama razmaka koje su često ispod kritičnog praga. Prvi su kompresijski spojevi ili prirubnice s brtvama gdje omotač prolazi kroz elastomernu ili PTFE brtvu koja je stisnuta uz metal. Kontaktni pritisak može smanjiti razmak gotovo na nulu na mjestima kontakta, dok područja uz kontaktne točke mogu i dalje imati razmake od 0,1-0,2 mm. Druga vrsta su zavarene ili navojne čahure u kojima je omotač stavljen u blok prirubnice s otvorom zazora od 0,2-0,3 mm. Ovaj razmak je u kritičnom rasponu pukotina koji je ipak potreban za sastavljanje. Treće je kamenac ili krhotine koje se nakupljaju između omotača i čvrsto prianjajućeg cijevnog lista, smanjujući veći razmak u mrežu subkritičnih pukotina. Novi dizajn grijača propisuje minimalni razmak od 1,0 mm (koristeći čahuru s razmakom od 1,0-1,5 mm) kako bi se smanjila mogućnost korozije u pukotinama. Postojeći dizajni koji koriste čvrste prirubnice moraju se zamijeniti otvorenim potpornim nosačima ili stezaljkama, gdje se plašt spaja na diskretnim mjestima (kontakti u tri ili četiri točke s otvorenim prazninama na drugim mjestima), narušavajući kontinuiranu geometriju pukotina.

Strategije ublažavanja neizbježnih kritičnih nedostataka

Ako projektni parametri zahtijevaju otvore u pukotinama manje od 0,5 mm, kao što su visokotlačne prirubničke brtve gdje su potrebne stroge tolerancije, koriste se tri mjere za ublažavanje kako bi se spriječila korozija u pukotinama. Prvi i najuspješniji je primjena polimernih ili elastomernih brtvila koja potpuno zabranjuju vodu iz fisure. Elektrolit ne ulazi u pukotinu, pa se stoga koncentracija klorida i gubitak kisika izbjegavaju vodonepropusnim zatvaračem komprimirane PTFE ili EPDM brtve. Ova metoda zahtijeva da materijal brtve bude kompatibilan s temperaturom tekućine (EPDM do 120 stupnjeva, PTFE do 250 stupnjeva). Drugi pristup je odabir legure otpornije-na pukotine samo za plašt na mjestu ugradnje, korištenjem zavarenog prijelaznog komada od legure 625 ili titana. Ovi materijali imaju kritične razmake od pukotina manje od 0,1 mm tako da čak ni uski razmaci ne mogu započeti napad. Treća opcija je katodna zaštita. Ako je plašt grijača spojen na žrtvovanu cink ili aluminijsku anodu, potencijal unutar pukotine može se spustiti ispod potencijala pitinga, ali to zahtijeva pažljiv dizajn kako bi se izbjegla vodikova krtost plašta.

Identifikacija korozije pukotina na instaliranim grijačima na terenu

Tijekom rada grijači će pokazati koroziju u pukotinama na montažnoj prirubnici u obliku prstena rupičastog ili općeg otpada neposredno uz prirubnicu ili brtvu, obično 1 do 5 mm od točke kontakta. Napad je obično najdublji kada je pukotina najmanja. Ako pogledate ispod rastavljene prirubnice, možda ćete vidjeti da je korodirano područje tamna rupičasta traka bez vidljivog svijetlog metala. Proizvodi korozije obično uključuju zelene soli nikal klorida. Ako je grijač bio u upotrebi više od 1-2 godine i voda sadrži kloride iznad 100 ppm, tada treba posumnjati na koroziju u pukotinama kad god se iz bilo kojeg razloga ukloni grijač s prirubnicom. Za zamjenu novi grijač mora biti postavljen ili s otvorenim otvorom (razmak veći od ili jednak 1,0 mm) ili s potpuno brtvenom brtvom koja ne dopušta ulazak elektrolita.

Zaključak: Pouzdana usluga bez montaže u procjep

Korozija pukotina pokrenuta je u potopnim grijačima od nehrđajućeg čelika 316 u 200 ppm kloridne vode na 80 stupnjeva za širine pukotina ispod 0,5 mm tijekom 12 mjeseci, a perforacija se dogodila unutar 24 mjeseca. Ako su praznine veće od 0,7 mm, jedinica jamči 5+ godina rada bez problema. Kada birate grijače s prirubnicom, imate tri mogućnosti: dizajnirajte nosač tako da imate najmanje 1,0 mm razmaka između omotača i bilo koje susjedne metalne površine, upotrijebite brtvu koja potpuno brtvi kako biste spriječili ulazak vode u područje pukotina ili nadogradite materijal omotača na leguru -otporniju na pukotine. Pristup koji je ovdje dan omogućuje kupcima da specificiraju geometrije ugradnje koje izbjegavaju najčešći uzrok preranog kvara u prirubničkim grijačima za uranjanje 316 koji rade u toploj vodi koja-nosi klorid povezujući širinu pukotina s mjerljivim vremenskim okvirima za pokretanje.