تحت أي مجموعة محددة من مستوى الأكسجين المذاب وسرعة التدفق يتحول غمد سخان الفولاذ المقاوم للصدأ 316 من التآكل السلبي إلى التآكل -في الماء ذو درجة الحرارة العالية-
ترك رسالة
الإزالة الميكانيكية للفيلم السلبي كآلية فشل
تآكل-تآكل أنابيب التدفئة الكهربائية المغلفة بالفولاذ المقاوم للصدأ 316 والمغمورة في ماء بدرجة حرارة عالية (80-100 درجة ) تحتوي على مواد صلبة معلقة أو يتم تشغيلها بسرعات تدفق عالية. يكون الفيلم السلبي إما سليمًا أو تتم إزالته ميكانيكيًا عن طريق التآكل - اعتمادًا على مزيج مستوى الأكسجين المذاب وسرعة السائل. تتشكل الطبقة السلبية-بسرعة بمجرد إزالتها وتكون معدلات التآكل أقل من 0.05 ملم سنويًا تحت العتبات الحرجة. فوق المعدل الحرج، يتجاوز معدل الإزالة الميكانيكية معدل إعادة التخميل ويتسارع فقدان المعدن إلى 1 إلى 5 مم/سنة، وهو ما يكفي لثقب جدار بسمك 1.5 مم في 3 إلى 18 شهرًا. تقدر هذه الورقة عتبات سرعة الأكسجين المذاب- لبدء التآكل على 316 غلافًا وتقدم نصائح حول تصميم ديناميكيات الموائع للحصول على خدمة موثوقة.
آلية -الاقتران الكهروكيميائي الميكانيكي
يتطلب تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ 316 في الماء ثلاثة أشياء: تدفق سائل فوق سطح المعدن لإنتاج إجهاد القص، وكمية كافية من الأكسجين المذاب للحفاظ على النشاط الكاثودي، وإما جسيمات كاشطة معلقة أو -فقاعات عالية السرعة يمكن أن تزعج الفيلم السلبي ميكانيكيًا. في الماء النظيف، مع سرعة عالية وبدون جزيئات، يمكن أن يبقى الفيلم السلبي سليمًا لأن قوة القص وحدها (حتى 10-20 باسكال) لا تتجاوز قوة التصاق الفيلم. ومع ذلك، عند حوالي 2 جزء في المليون من الأكسجين المذاب، ينخفض معدل إعادة التخميل وحتى إجهاد القص الخفيف يمكن أن يحول دون تكوين الفيلم المستقر. من ناحية أخرى، مع وجود محتويات عالية من الأكسجين المذاب (أكثر من 5 جزء في المليون) تكون عملية إعادة التخميل سريعة ويمكن للفيلم أن يقاوم سرعات أكبر. أسوأ الظروف هي عند مستويات الأكسجين المتوسطة (0.5-2 جزء في المليون) حيث تكون عملية إعادة التخميل تدريجية ولكن يوجد تيار كاثودي كافٍ لتعزيز الذوبان الأنودي في أي موقع من المعادن العارية.
التآكل الكمي-عتبات التآكل 316 عند 90 درجة مئوية
لقد حددت اختبارات حلقة التدفق والقطب الأسطواني الدوار باستخدام 316 عينة من الفولاذ المقاوم للصدأ في ماء بدرجة حرارة 90 درجة (7.5 درجة حموضة، 100 جزء في المليون من الكلوريد) بشكل منهجي سرعة التدفق ومجموعات الأكسجين المذاب التي تؤدي إلى تآكل -معدلات تآكل تتجاوز 0.1 ملم سنويًا.
الأكسجين المذاب (جزء في المليون) سرعة التدفق (م / ث) المواد الصلبة العالقة (جزء في المليون، 50 ميكرومتر سيليكا) التآكل -معدل التآكل (مم / سنة)|وقت التثقيب (جدار 1.5 مم) يوصى باستخدام الآلية<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 سنوات تآكل-تآكلغير مستحسن
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
2-5 4-6 0.20-.40 4-7 سنوات تآكل-تآكللا ينصح به على المدى الطويل
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 سنواتتحكم مختلط غير مستحسن
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 سنة تآكل تآكل غير مقبول<0.5 Any 0 >0.50 <3 years Active corrosion (deaerated) Unacceptable >5 2-3 100 0.15-0.30 5-10 سنة تآكل الجسيمات مقبول عند السرعة المنخفضة 5 3-5 100 0.30-0.70 2-5 سنة تآكل شديد غير موصى به 5 5-8 100 0.70-2.00 1-2 سنة غير مقبول لا
اصطدام الفقاعات وتأثيرات المواد الصلبة العالقة
تقلل المواد الصلبة المعلقة من حد سرعة التآكل-بشكل كبير. عند سرعات تدفق منخفضة تصل إلى 2-3 م/ث، يمكن للمياه التي تحتوي على 100 جزء في المليون من الجزيئات الصلبة والزاوية (مثل الرمل أو السيليكا) أن تؤدي إلى تآكل الفيلم السلبي في 316 مما يؤدي إلى معدلات فقدان المعادن أكبر 3-5 مرات من تلك التي تحتوي على مياه نظيفة بنفس السرعة. الوضع الأكثر ضررًا لأغلفة السخان ليس التدفق المنتظم ولكن الاصطدام الموضعي عند الانحناءات أو الأكواع أو عند منبع الآبار الحرارية حيث يتسارع التدفق وتصطدم الجزيئات بالسطح. فقاعات الغاز (من التجويف أو الوميض) تسبب بالمثل أضرار التآكل. إذا كان التطبيق يحتوي على جسيمات معلقة معروفة، فإن الحد الأقصى لسرعة التدفق الموصى بها لـ 316 غمدًا ينخفض إلى 1.5-2.0 م/ثانية بغض النظر عن مستوى الأكسجين المذاب.
توصيات التصميم العملي لخدمة التدفق العالي
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 م / ث) والأكسجين المذاب المنخفض (< 2 ppm) are unavoidable in the system, then duplex 2205 stainless steel or Alloy 625 should be considered for upgrade.
التعرف الميداني على أضرار التآكل
تختلف سمات السطح المميزة للتآكل-وتآكل السخانات في خدمة التدفق العالي-عن تلك الخاصة بتآكل الحفر أو الشقوق. عادة ما تكون المنطقة المتضررة ناعمة أو مصقولة أو "مقطوعة بالماء"، وغالبًا ما تكون بها أخاديد موجهة موازية لاتجاه التدفق (حفر على شكل حدوة حصان أو مذنب). وينتشر فقدان المعادن على المنطقة المتضررة، بدلا من ثقب واحد مركز. وعند التكبير العالي، يُظهر السطح تشوهًا بلاستيكيًا وتلطيخًا معدنيًا، ولا تظهر عليه الجوانب البلورية لـ SCC أو الحفر الدائرية لحفر الكلوريد. تآكل-يجب الاشتباه في التآكل إذا كان السخان في الخدمة لأكثر من 1-2 سنة في الماء بسرعة أكبر من 3 م/ث والأكسجين المذاب أقل من 2 جزء في المليون. للاستبدال، يجب قياس سرعة التدفق في موضع السخان وتقليلها لتكون ضمن المنطقة الآمنة في الجدول أعلاه.
الاستنتاج: التحكم في التدفق والأكسجين لموثوقية الغمد 316
يبدأ تآكل-تآكل السخانات المغطاة بالفولاذ المقاوم للصدأ 316 في خدمة المياه ذات درجة الحرارة المرتفعة عندما لا تكون سرعة التدفق ومستوى الأكسجين المذاب كافيين للسماح بتكوين طبقة سلبية مستقرة. في المياه النظيفة التي تحتوي على أكسجين مذاب يزيد عن 5 جزء في المليون، يُسمح بسرعات تدفق تصل إلى 5 م/ث. تنخفض السرعة القصوى عند الأكسجين المذاب 2-5 جزء في المليون إلى 3-4 م/ثانية. يحدث فقدان المعادن بمعدلات متسارعة بسرعات أعلى من 1 م / ثانية عند الأكسجين المذاب أقل من 2 جزء في المليون. تعمل الجسيمات المعلقة على خفض السرعات المسموح بها بعامل من 2 إلى 3. 316 بالنسبة لسرعة التدفق، وقراءات الأكسجين المذاب ومقارنتها بالعتبات الموضحة في الجدول أعلاه، يجب قياس الأغماد المخصصة لأنظمة الدوران التي يتم ضخها محليًا أو حسابها على سطح التسخين. يمكّن النهج المقترح هنا المشترين من تصميم ظروف التدفق التي تحافظ على الطلاء السلبي وتجنب ترقق الجدار المبكر، من خلال ربط الأكسجين المذاب والسرعة وتحميل الجسيمات بمعدلات التآكل والتآكل الكمي.
