ภายใต้การผสมผสานเฉพาะของระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำและความเร็วการไหล ปลอกฮีตเตอร์สแตนเลส 316 จะเปลี่ยนจากแบบพาสซีฟเป็นการกัดเซาะ-การกัดกร่อนในน้ำที่มีอุณหภูมิสูง-

การถอดฟิล์มแพสซีฟออกทางกลไกถือเป็นกลไกความล้มเหลว

การกัดกร่อน-ของท่อความร้อนไฟฟ้าที่หุ้มด้วยสแตนเลส 316 และแช่ในน้ำที่มีอุณหภูมิสูง (80-100 องศา ) ที่มีของแข็งแขวนลอยหรือดำเนินการที่ความเร็วการไหลสูง ฟิล์มแฝงจะอยู่ในสภาพสมบูรณ์หรือถูกกำจัดออกโดยกลไก-การกัดกร่อน ขึ้นอยู่กับการรวมกันของระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำและความเร็วของของเหลว ชั้นเชิงรับจะ-ก่อตัวใหม่เร็วที่สุดเท่าที่ถูกกำจัดออก และอัตราการกัดกร่อนต่ำกว่า 0.05 มม. ต่อปีภายใต้เกณฑ์วิกฤต เหนืออัตราวิกฤติ อัตราการขจัดเชิงกลจะเกินกว่าอัตราการส่งกลับคืน และการสูญเสียโลหะจะถูกเร่งเป็น 1 ถึง 5 มม./ปี เพียงพอที่จะเจาะผนังที่มีความหนา 1.5 มม. ใน 3 ถึง 18 เดือน บทความนี้ประมาณค่าขีดจำกัดความเร็วของออกซิเจนละลายน้ำ-สำหรับการเริ่มต้นการกัดเซาะและการกัดกร่อนบนปลอก 316 และนำเสนอคำแนะนำในการออกแบบพลศาสตร์ของไหลเพื่อการบริการที่เชื่อถือได้

กลไกของเคมีไฟฟ้า-ข้อต่อทางกล

การกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิม 316 ในน้ำต้องใช้สามสิ่ง ได้แก่ ของไหลที่ไหลผ่านพื้นผิวโลหะเพื่อสร้างแรงเฉือน ออกซิเจนละลายที่เพียงพอต่อการเกิดปฏิกิริยาแคโทด และอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแขวนลอยหรือฟองอากาศความเร็วสูง-ที่สามารถรบกวนกลไกของฟิล์มเฉื่อยได้ ในน้ำสะอาดที่มีความเร็วสูงและไม่มีอนุภาค ฟิล์มแฝงสามารถคงสภาพเดิมได้เนื่องจากแรงเฉือนเพียงอย่างเดียว (สูงถึง 10-20 Pa) ไม่เกินความแข็งแรงในการยึดเกาะของฟิล์ม อย่างไรก็ตาม ที่ออกซิเจนละลายน้ำประมาณ 2 ppm อัตราการส่งฟิล์มกลับลดลงและแม้แต่ความเค้นเฉือนเล็กน้อยก็สามารถขัดขวางการก่อตัวของฟิล์มที่เสถียรได้ ในทางกลับกัน เมื่อมีปริมาณออกซิเจนละลายน้ำสูง (มากกว่า 5 ppm) กระบวนการกรองกลับจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว และฟิล์มสามารถต้านทานความเร็วที่มากขึ้นได้ สภาวะที่เลวร้ายที่สุดอยู่ที่ระดับออกซิเจนปานกลาง (0.5-2 ppm) ซึ่งการกลับคืนสู่สภาพเดิมจะค่อยเป็นค่อยไป แต่มีกระแสแคโทดเพียงพอที่จะส่งเสริมการละลายขั้วบวกที่บริเวณโลหะเปลือยใดๆ

การกัดเซาะเชิงปริมาณ-เกณฑ์การกัดกร่อน 316 ที่ 90C

การทดสอบอิเล็กโทรดแบบวนรอบและกระบอกหมุนกับชิ้นงานสแตนเลส 316 ในน้ำ 90 องศา (pH 7.5, 100 ppm คลอไรด์) ได้กำหนดความเร็วการไหลและการผสมออกซิเจนละลายน้ำอย่างเป็นระบบ ซึ่งส่งผลให้เกิดการกัดกร่อน-อัตราการกัดกร่อนเกิน 0.1 มม. ต่อปี

ออกซิเจนที่ละลายน้ำ (ppm) ความเร็วการไหล (m/s) ของแข็งแขวนลอย (ppm, ซิลิกา 50 µm) การสึกกร่อน-อัตราการกัดกร่อน (มม./ปี)|เวลาในการเจาะ (ผนัง 1.5 มม.) กลไกที่แนะนำ<0.05 >30 years Passive Yes >5 3-5 0 0.05-0.10 15-30 years Marginal Acceptable >5 5-8 0 0.10-0.25 6-15 years Transition Monitor >5 >8 0.25-0.50 3-6 ปี การกัดเซาะ-การกัดกร่อนไม่แนะนำ
2-5 <2 0.05-0.10 15-30 yearsAcceptable Yes 2-5 2-4 0 0.10-0.20 7-15 years MarginalAcceptable on inspection
การกัดเซาะ 2-5 4-6 0.20-.40 4-7 ปี-มีฤทธิ์กัดกร่อน ไม่แนะนำสำหรับระยะยาว
1-2 <1 0 0.10-0.20 7-15 yr.Instability of passive filmAcceptable with low chloride
1-2 1-2 0 0.20-0.50 3-7 ปีการควบคุมแบบผสม ไม่แนะนำ
0.5-1 <0.5 0 0.15-0.30 5-10 yearsLow oxygen corrosion Marginal 0.5-1 >0.5 0 0.30-1.00 1.5-5 ปี การกัดเซาะ การกัดกร่อน ไม่สามารถยอมรับได้<0.5 Any 0 >0.50 <3 years Active corrosion (deaerated) Unacceptable >5 2-3 100 0.15-0.30 5-10 ปี การกัดเซาะของอนุภาค ยอมรับได้ที่ความเร็วต่ำ5 3-5 100 0.30-0.70 2-5 ปี การกัดเซาะที่รุนแรง ไม่แนะนำ5 5-8 100 0.70-2.00 1-2 ปี ยอมรับไม่ได้ ไม่
การปะทะของฟองสบู่และผลกระทบจากของแข็งที่ถูกระงับ

ของแข็งแขวนลอยจะช่วยลด-ขีดจำกัดความเร็วการกัดกร่อนของการกัดเซาะได้อย่างมาก ที่ความเร็วการไหลต่ำเพียง 2-3 m/s น้ำที่มีอนุภาคแข็งเชิงมุม 100 ppm (เช่น ทรายหรือซิลิกา) สามารถกัดกร่อนฟิล์มแฝงบน 316 ส่งผลให้อัตราการสูญเสียโลหะสูงกว่า 3-5 เท่าเมื่อเทียบกับที่มีน้ำสะอาดที่ความเร็วเดียวกัน สถานการณ์ที่สร้างความเสียหายมากที่สุดสำหรับปลอกฮีตเตอร์นั้นไม่ใช่การไหลที่สม่ำเสมอ แต่มีการกระแทกเฉพาะที่ที่ส่วนโค้ง ข้อศอก หรือต้นน้ำของเทอร์โมเวลส์ ซึ่งการไหลจะเร่งขึ้นและอนุภาคกระทบกับพื้นผิว ฟองก๊าซ (จากโพรงอากาศหรือการกะพริบ) ทำให้เกิดความเสียหายจากการกัดเซาะในทำนองเดียวกัน หากการใช้งานทราบอนุภาคแขวนลอย ความเร็วการไหลสูงสุดที่แนะนำสำหรับปลอก 316 อันจะลดลงเหลือ 1.5-2.0 ม./วินาที โดยไม่คำนึงถึงระดับออกซิเจนที่ละลายในน้ำ

คำแนะนำการออกแบบเชิงปฏิบัติสำหรับบริการการไหลสูง

Three design solutions prevent erosion-corrosion for 316 encased heaters in high-flow water systems (pumped circulation loops, heat exchangers, and cooling towers). The first method is to place the heater in a flow bypass or stilling well to reduce the local velocity at the sheath to less than 1 m/s while maintaining bulk flow in the main pipe. The second is to place the heater parallel to flow (axial alignment) rather than perpendicular, so that the drag force and shear stress are reduced by a ratio of 5-10. The third is to specify a thicker sheath wall (2.0 to 2.5 mm) to offer more corrosion allowance but this does not prevent initiation of erosion corrosion. If high velocity (>3 เมตร/วินาที) และออกซิเจนละลายต่ำ (< 2 ppm) are unavoidable in the system, then duplex 2205 stainless steel or Alloy 625 should be considered for upgrade.

การรับรู้ภาคสนามของการกัดเซาะ-ความเสียหายจากการกัดกร่อน

คุณลักษณะของพื้นผิวที่มีลักษณะเฉพาะของการกัดกร่อน-เครื่องทำความร้อนในบริการที่มีการไหลสูง- แตกต่างจากการกัดกร่อนแบบรูพรุนหรือตามรอยแยก พื้นที่ที่เสียหายมักจะเรียบ ขัดเงา หรือมีลักษณะ 'น้ำ- ตัด' โดยมักมีร่องกำกับขนานกับทิศทางการไหล (หลุมรูปเกือกม้าหรือดาวหาง-) การสูญเสียโลหะจะกระจายไปทั่วบริเวณที่เสียหาย แทนที่จะเป็นรูที่มีความเข้มข้นเพียงรูเดียว และเมื่อใช้กำลังขยายสูง พื้นผิวจะเกิดการเสียรูปพลาสติกและรอยเปื้อนของโลหะ ไม่ว่าด้านผลึกศาสตร์ของ SCC หรือหลุมทรงกลมของคลอไรด์รูพรุน ควรสงสัยว่าการกัดกร่อน-หากเครื่องทำความร้อนใช้งานมานานกว่า 1-2 ปีในน้ำที่มีความเร็วมากกว่า 3 เมตร/วินาที และออกซิเจนละลายน้ำน้อยกว่า 2 ppm หากต้องการเปลี่ยน จะต้องวัดความเร็วการไหลที่ตำแหน่งเครื่องทำความร้อนและลดลงให้อยู่ภายในโซนปลอดภัยในตารางด้านบน

สรุป: การควบคุมการไหลและออกซิเจนเพื่อความเชื่อถือได้ของปลอก 316

การกัดกร่อน-ของเครื่องทำความร้อนที่หุ้มด้วยสเตนเลสสตีล 316 ในการให้บริการน้ำที่มีอุณหภูมิสูงเริ่มต้นเมื่อความเร็วการไหลและระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดชั้นพาสซีฟที่เสถียร ในน้ำสะอาดที่มีออกซิเจนละลายน้ำเกิน 5 ppm อนุญาตให้มีความเร็วการไหลสูงสุด 5 m/s ความเร็วสูงสุดที่ออกซิเจนละลายน้ำ 2-5 ppm ลดลงเหลือ 3-4 เมตร/วินาที การสูญเสียโลหะเกิดขึ้นที่อัตราเร่งที่ความเร็วสูงกว่า 1 เมตรต่อวินาทีที่ออกซิเจนละลายน้ำต่ำกว่า 2 ppm อนุภาคแขวนลอยจะลดความเร็วที่อนุญาตลง 2 เท่าถึง 3. 316 สำหรับความเร็วการไหล การอ่านค่าออกซิเจนละลายน้ำ และเมื่อเปรียบเทียบกับเกณฑ์ที่แสดงในตารางด้านบน ปลอกที่กำหนดสำหรับระบบหมุนเวียนแบบสูบจะต้องวัดหรือคำนวณเฉพาะที่ที่พื้นผิวทำความร้อน แนวทางที่เสนอในที่นี้ช่วยให้ผู้ซื้อสามารถออกแบบสภาวะการไหลที่คงการเคลือบแบบพาสซีฟ และหลีกเลี่ยงการทำให้ผนังบางก่อนกำหนด โดยเชื่อมโยงออกซิเจนละลาย ความเร็ว และการโหลดอนุภาคเข้ากับอัตราการกัดกร่อนและการกัดกร่อนเชิงปริมาณ