Undir hvaða sértæku samsetningu pH og mettunarstuðuls myndar 316 ryðfrítt stál hitaslíður kalsíumkarbónatkvarða sem veldur undir-tæringu við 90 gráður

Stigvaxandi þröskuldur frá verndandi til ætandi

For 316 stainless steel encased electric heating tubes immersed in hard water at 90°C, the precipitation of calcium carbonate scale on the sheath surface is not a simple thermal insulation problem-it can also lead to localised corrosion referred to as under-deposit corrosion (UDC). At high supersaturation (Langelier Saturation Index, LSI, between 0.5 and 1.5), the scale layer is thin (20-100 µm) and porous, so that corrosive species (chlorides, oxygen) can reach the metal surface below the scale, generating a differential aeration cell that speeds up pitting. At high supersaturation (LSI >2.0) scale is thick (>200 µm) og stöðugt að stöðva hreyfingu súrefnis alveg og myndar mjög ætandi stöðnun. Enginn kvarði myndast undir LSI 0,5 og 316 er óvirkur. Lyklasamsetningin fyrir UDC er pH 7,5 til 8,5 (þar sem bíkarbónat-karbónatjafnvægi er hagstætt fyrir kvarðaframleiðslu) og LSI 0,8 til 1,8. Þessi grein reiknar út pH-LSI viðmiðunarmörkin fyrir undir-útfellingartæringu á 316 slíðrum við 90 gráður.

Mechanism of under-útfellingartæringu

Þegar gljúpt kalsíumkarbónatblóðfall myndast á 316 ryðfríu stáli í heitu vatni, verður málmurinn undir hreiðri súrefnissvelti vegna þess að súrefnisgangur í gegnum hreiðann og kyrrstæða lagið er hægur. Hleðslulausu hlutarnir (ef einhver eru) eða svæðin rétt fyrir utan kvarðann eru að fullu súrefnissýrð og mynda mismunadrifandi loftræstingu, súrefnissnauður málmur undir kvarðanum er forskautið og súrefnisríkur beri málmurinn bakskautið. Klóríðjónir streyma til anodic svæðisins til að varðveita hlutleysi hleðslu og lágt pH frá málmvatnsrofi undir kvarðanum hindrar endurlífgun. Tæringarhraði getur náð 0,5-2 mm á ári, sem er sambærilegt við hraða virkrar tæringar í sýru. Hristinn sjálfur má skilja eftir, en málmurinn undir honum leysist upp og myndar holrúm sem gatar slíðrið.

Magngreind viðmiðunarmörk fyrir undir-tæringu við 90 gráður

PH-LSI samsetningarnar sem valda tæringu undirútfellingar á 1.000 klukkustundum hafa verið ákvarðaðar fyrir 316 slíður (Ra=0.4 µm) í tilbúnu hörðu vatni (300 ppm CaCO3 hörku, 200 ppm basískt, 200 ppm Cl-, pH 5 gráður W, flux 5 gráður W, flux 5 gráður W, flux 5/cm).

Langelier Saturation Index (LSI) pH við 90 gráður (áætlað) Kvarðaþykkt (eftir 1.000 klst.) (míkrón) Gopóttur mælikvarði (%) Undir-tæringarhraði útfellingar (mm/ár) Tími til götunar (1,5 mm veggur) Mælt með<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 ár Já 0-0.5 7.0-7.5 0-20 Á ekki við 0.02-0.05 30-75 ár Já
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 ár ásættanlegt
0,8 til 1.2 7.8 í 8.1 20 til 50 20 í 30% 0,10 til 0.25 6 til 15 ára Jaðar 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 ár Ekki ráðlagt
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 ár Ekki ásættanlegt
1.8-2.0 8.7-8.9 80-150 <5% 0.20-0.40 (protective scale) 4-8 years (limited UDC) Transition2.0 >8.9 >150 <3% (dense) <0.05 (sealed, no UDC) >30 ár (en hætta á ofhitnun) hætta á ofhitnun, ekki UDC
Áhrif klóríðs á styrkleika undir-tæringar

UDC er verulega hraðað vegna klóríðstyrks. Áhrif klóríðs á mikilvægan LSI þröskuld fyrir UDC við 90 gráður má sjá í töflunni hér að neðan.

Klóríðstyrkur (ppm) LSI þröskuldur til að hefja UDC (5 ára líftíma) æskilegt Hámarks LSI fyrir 5 ára líf Ráðlagt aðgerð<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Mýkingar eða hemlar krafist
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Mýking krafist; uppfærslu í huga
Hagnýtar UDC forvarnir vatnsefnafræðiforskriftir

Til að forðast undir-tæringu er mælt með eftirfarandi vatnsefnafræðilegum viðmiðum fyrir 316 hlífðar hitara við 90 gráður:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; Haltu undir 1,2 ef klóríð er 100-200 ppm; Haltu undir 1,5 ef klóríð er<100 ppm

pH @ 90C: Viðhalda 7.0 - 7.8 (lægra pH=minna mælikvarða, meiri hætta á almennri tæringu Hærra pH=meira magn, meiri hætta á UDC)

Basískleiki: Minna en 200 ppm sem CaCO3 til að draga úr möguleikum á kvarðaþróun

Hreisturhemill – bætið við 2-5 ppm fosfónati eða pólýakrýlati ef LSI > 1.0

Undir-Tæringarsviðsgreiningu

UDC undir kalsíumkarbónatkvarða leiðir til dæmigerðra hálfkúlulaga holrúma á slíðuryfirborðinu, venjulega 2–10 mm í þvermál, þar sem kvarðin er enn áföst eða fjarlægð að hluta. Með því að fjarlægja kvarðann afhjúpast björt, gljáandi, holótt yfirborð úr málmi, frekar en daufa, hnoðaða yfirborðið. Í gryfjunum eru oft undirskornar brúnir þar sem tæringin hefur færst til hliðar undir kvarðanum. Ef um er að ræða kvarðauppbyggingu-með bilandi hitara en engar vísbendingar um gryfju í-kvarðalausum hlutum, ætti að íhuga UDC. Kvarðagreining með röntgengeislun sýnir venjulega kalsít eða aragónít (CaCO₃), stundum ásamt tæringarafurðum (Fe₂O₃, Fe₃O₄). Svarið er að lágmarka LSI (með pH-lækkun eða vatnsmýkingu) eða bæta við keðjandatálmi sem breytir kristalforminu í ó{10}}viðloðandi kvarða.

Ályktun: Stjórna LSI og pH til að forðast undir-útfellingartæringu

316 ryðfríu stáli hlífðar hitari í 90 gráðu hörðu vatni. Myndun á gljúpum kalsíumkarbónatkvarða, sem kemur á mismunaloftunarfrumum, á sér stað þegar Langelier Saturation Index (LSI) er á milli 0,8 og 1,8 og pH er á milli 7,5 og 8.5 . Yfir LSI 1,8 er kvarðinn þéttur og verndar gegn UDC (þó að ofhitnun geti verið vandamál). Við LSI < 0,8 er UDC ekki ræst af stofnun mælikvarða. LSI verður að reikna út við vinnuhitastig. Þjónustuverkfræðingar í harðvatni sem tilgreina 316 slíður verða að halda LSI undir 1,0 þegar klóríð fer yfir 200 ppm eða innihalda hleðsluhemla sem hafa áhrif á formgerð kvarða. Aðferðafræðin sem gefin er upp hér veitir tengingu milli pH, LSI og mælanlegra hraða UDC, sem gerir viðskiptavinum kleift að velja vatnsefnafræði sem kemur í veg fyrir staðbundna tæringu af völdum kalksteins-.