Sota quina combinació específica de pH i índex de saturació, la funda de l'escalfador d'acer inoxidable 316 desenvolupa una escala de carbonat de calci que provoca una corrosió inferior al -dipòsit a 90 graus

El llindar d'escala de protector a corrosiu

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) i contínua aturant el moviment de l'oxigen completament i formant una capa estancada altament corrosiva. No hi ha cap escala per sota de LSI 0,5 i 316 és passiu. La combinació clau per a l'UDC és pH de 7,5 a 8,5 (on l'equilibri de bicarbonat-carbonat és favorable per a la producció a escala) i LSI de 0,8 a 1,8. Aquest article calcula els llindars de pH-LSI per a la corrosió de sota-dipòsit en 316 beines a 90 graus .

Mecanisme de corrosió inferior al-dipòsit

Quan es forma una escala porosa de carbonat de calci a l'acer inoxidable 316 en aigua calenta, el metall sota l'escala es fa fam d'oxigen perquè el pas d'oxigen a través de l'escala i la capa estacionària és lent. Les parts lliures d'escala (si n'hi ha) o les àrees fora de l'escala estan completament oxigenades formant una cel·la d'aireació diferencial, el metall privat d'oxigen sota l'escala és l'ànode i el metall nu ric en oxigen el càtode. Els ions de clorur flueixen a la zona anòdica per preservar la neutralitat de la càrrega i el pH baix de la hidròlisi del metall sota l'escala inhibeix la repassivació. La taxa de corrosió pot arribar a 0,5-2 mm per any, que és comparable a la taxa de corrosió activa en àcid. Es pot deixar l'escala en si, però el metall que hi ha sota es dissol, formant una cavitat que perfora la beina.

Llindars quantificats per a la corrosió sota-dipòsit a 90 graus

S'han determinat les combinacions de pH-LSI que causen corrosió de subdipòsit en 1.000 hores per a 316 beines (Ra=0.4 µm) en aigua dura sintètica (300 ppm de duresa CaCO3, 200 ppm d'alcalinitat, 200 ppm de Cl-, flux ajustat de pH 2{{-}, 9cm W/cm2).

Índex de saturació de Langelier (LSI) pH a 90 graus (estimat) Gruix de l'escala (després de 1.000 hores) (micres) Porositat de l'escala (%) Per sota de -Taxa de corrosió del dipòsit (mm/any) Temps fins a la perforació (paret d'1,5 mm) Recomanat<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 anys Sí 0-0.5 7.0-7.5 0-20 N/A 0.02-0.05 30-75 anys Sí
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 anys Acceptable
De 0,8 a 1.2 7.8 a 8.1 20 a 50 20 a 30% De 0,10 a 0.25 6 a 15 anysMarginal 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 anysNo s'aconsella
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 anys No acceptable
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 anys (però risc de sobreescalfament) risc de sobreescalfament, no UDC
Influència del clorur en la intensitat de la corrosió sota-dipòsit

L'UDC s'accelera substancialment per la concentració de clorur. La influència del clorur en el llindar crític de LSI per a UDC a 90 graus es veu a la taula següent.

Concentració de clorur (ppm) LSI Llindar per iniciar UDC (vida de 5 anys) LSI màxim preferit per a 5 anys de vida Acció recomanada<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Cal suavitzant o inhibidor
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Es requereix suavització; consideració d'actualització
Especificacions pràctiques de la química de l'aigua de prevenció UDC

Per evitar la corrosió sota-dipòsit, es recomanen els criteris químics de l'aigua següents per als escalfadors 316 amb coberta a 90 graus:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 ppm; mantenir per sota d'1,2 si el clorur és de 100-200 ppm; mantenir per sota d'1,5 si el clorur és<100 ppm

pH @ 90 °C: mantenir 7.0 - 7.8 (més escala=de pH més baixa, més perill de corrosió general) pH més alt=més escala, més risc d'UDC)

Alcalinitat: menys de 200 ppm com a CaCO3 per reduir el potencial de desenvolupament d'escala

Inhibidor d'escala: afegiu 2-5 ppm de fosfonat o poliacrilat si LSI > 1,0

A -Diagnòstic del camp de corrosió del dipòsit

L'UDC sota l'escala de carbonat de calci condueix a cavitats hemisfèriques típiques a la superfície de la beina, normalment de 2 a 10 mm de diàmetre, amb l'escala encara adherida o parcialment eliminada. L'eliminació de l'escala exposa superfícies metàl·liques brillants, brillants i picades, en lloc de la superfície avorrida i escalada. Les fosses sovint tenen vores socavades on la corrosió s'ha mogut lateralment sota l'escala. En el cas d'acumulació d'escala-amb escalfadors fallits però no hi ha evidència de picades en seccions-libres d'escala, s'ha de tenir en compte l'UDC. L'anàlisi d'escala mitjançant difracció de raigs X-normalment mostra calcita o aragonita (CaCO₃), de vegades combinada amb productes de corrosió (Fe₂O₃, Fe₃O₄). La resposta és minimitzar l'LSI (mitjançant la reducció del pH o el suavització de l'aigua) o afegir un inhibidor d'escala que canviï la forma del cristall a una escala no -adherent.

Conclusió: gestionar l'LSI i el pH per evitar la corrosió sota-dipòsit

Escalfadors d'acer inoxidable 316 encastats en aigua dura de 90 graus. La formació d'una escala porosa de carbonat de calci, que estableix cèl·lules d'aireació diferencial, es produeix quan l'índex de saturació de Langelier (LSI) està entre 0,8 i 1,8 i el pH està entre 7,5 i 8.5 .. Per sobre de LSI 1,8 l'escala és densa i protectora contra UDC (tot i que el sobreescalfament pot ser un problema). A LSI < 0,8, l'UDC no s'activa per la creació d'escala. El LSI s'ha de calcular a la temperatura de funcionament. En el servei d'aigua dura, els enginyers que especifiquen 316 beines han de mantenir l'LSI per sota d'1,0 quan el clorur supera les 200 ppm o incloure inhibidors d'escala que afecten la morfologia de l'escala. La metodologia que s'ofereix aquí proporciona un enllaç entre pH, LSI i taxes mesurables d'UDC, la qual cosa permet als clients triar la química de l'aigua que evitarà la corrosió localitzada-induïda per escala.