Dưới sự kết hợp cụ thể nào giữa chỉ số pH và độ bão hòa, Vỏ bọc lò sưởi bằng thép không gỉ 316 phát triển thang đo canxi cacbonat gây ra sự ăn mòn dưới-cặn lắng ở 90 độ

Ngưỡng mở rộng từ bảo vệ đến ăn mòn

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) và liên tục ngăn chặn hoàn toàn chuyển động của oxy và tạo thành lớp ứ đọng có tính ăn mòn cao. Không có dạng thang đo nào dưới LSI 0,5 và 316 là thụ động. Sự kết hợp chính cho UDC là độ pH từ 7,5 đến 8,5 (trong đó trạng thái cân bằng bicarbonate-cacbonat thuận lợi cho sản xuất quy mô) và LSI 0,8 đến 1,8. Bài viết này tính toán các ngưỡng pH{10}}LSI đối với sự ăn mòn-kết tủa dưới mức lắng đọng trên 316 vỏ bọc ở góc 90 độ .

Cơ chế ăn mòn dưới{0}}cặn lắng

Khi cặn canxi cacbonat xốp hình thành trên thép không gỉ 316 trong nước nóng, kim loại bên dưới cân sẽ bị thiếu oxy vì oxy đi qua cặn và lớp tĩnh chậm. Các bộ phận không có cặn (nếu có) hoặc các khu vực ngay bên ngoài cân được oxy hóa hoàn toàn tạo thành một tế bào sục khí vi sai, kim loại thiếu oxy bên dưới cân là cực dương và kim loại trần giàu oxy là cực âm. Các ion clorua chảy đến vùng anốt để duy trì tính trung hòa điện tích và độ pH thấp khỏi quá trình thủy phân kim loại dưới thang đo sẽ ức chế quá trình tái thụ động. Tốc độ ăn mòn có thể đạt 0,5-2 mm mỗi năm, tương đương với tốc độ ăn mòn tích cực trong axit. Bản thân vảy có thể còn sót lại, nhưng kim loại bên dưới nó sẽ hòa tan, tạo thành một khoang làm thủng vỏ.

Ngưỡng định lượng cho sự ăn mòn-kém lắng đọng ở 90 độ

Các tổ hợp pH-LSI gây ra sự ăn mòn dưới lớp lắng trong 1.000 giờ đã được xác định cho 316 vỏ bọc (Ra=0.4 µm) trong nước cứng tổng hợp (độ cứng CaCO3 300 ppm, độ kiềm 200 ppm, 200 ppm Cl-, độ pH được điều chỉnh, 90 độ , thông lượng nhiệt 5 W/cm2).

Chỉ số bão hòa Langelier (LSI) pH ở 90 độ (ước tính) Độ dày vảy (sau 1.000 giờ) (microns) Độ xốp của thang đo (%) Dưới-Tốc độ ăn mòn cặn lắng (mm/năm)Thời gian thủng (tường 1,5 mm) Khuyến nghị<0 (undersaturated) <7.0 No scale N/A 0.02 (no UDC) >75 năm Có 0-0.5 7.0-7.5 0-20 N/A 0.02-0.05 30-75 năm Có
0.5-0.8 7.5-7.8 10-30 30-50% 0.05-0.10 15-30 năm Có thể chấp nhận được
0,8 đến 1.2 7.8 đến 8.1 20 đến 50 20 đến 30% 0,10 đến 0.25 6 đến 15 năm Biên 1.2-1.5 8.1-8.4 30-80 10-20% 0.25-0.50 3-6 năm Không khuyên dùng
1.5-1.8 8.4-8.7 50-120 5-10% 0.50-1.00 1.5-3 năm Không được chấp nhận
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 năm (nhưng nguy cơ quá nhiệt) nguy cơ quá nhiệt, không phải UDC
Ảnh hưởng của clorua đến cường độ ăn mòn-lớp lắng đọng

UDC được tăng tốc đáng kể nhờ nồng độ clorua. Ảnh hưởng của clorua đến ngưỡng LSI tới hạn đối với UDC ở 90 độ được thể hiện trong bảng bên dưới.

Nồng độ clorua (ppm) Ngưỡng LSI để bắt đầu UDC (tuổi thọ 5 năm) LSI tối đa ưu tiên cho tuổi thọ 5 năm Hành động khuyến nghị<50 >1.5 1.8 Scale inhibitor acceptable 50-100 >1.2 1.5 Scale inhibitor preferred 100-200 >1.0 1.2 Cần có chất làm mềm hoặc chất ức chế
200-500 >0.8 1.0 Water softening strongly recommended >500 >0.5 0.8 Cần làm mềm; xem xét nâng cấp
Thông số kỹ thuật hóa học nước phòng ngừa UDC thực tế

Để tránh-ăn mòn do cặn lắng, nên áp dụng tiêu chí hóa học nước sau đây cho 316 lò sưởi có vỏ bọc ở góc 90 độ:

Langelier Saturation Index (LSI): keep below 1.0 (goal 0.5-0.8) if chloride is >200 trang/phút; giữ dưới 1,2 nếu clorua là 100-200 ppm; giữ dưới 1,5 nếu clorua<100 ppm

Độ pH @ 90C: Duy trì 7.0 - 7.8 (Độ pH thấp hơn=ít cặn hơn, nguy cơ ăn mòn chung cao hơn Độ pH cao hơn=nhiều cặn, nguy cơ UDC cao hơn)

Độ kiềm: Dưới 200 ppm tính theo CaCO3 để giảm khả năng phát triển cáu cặn

Chất ức chế cáu cặn – thêm 2-5 ppm phosphonate hoặc polyacrylate nếu LSI > 1,0

Trong phần-Chẩn đoán hiện trường ăn mòn cặn lắng

UDC bên dưới thang canxi cacbonat dẫn đến các khoang hình bán cầu điển hình trên bề mặt vỏ bọc, thường có đường kính 2–10 mm, với vảy vẫn còn dính hoặc bị loại bỏ một phần. Việc loại bỏ vảy sẽ làm lộ ra các bề mặt kim loại sáng, bóng, rỗ chứ không phải là bề mặt xỉn màu, có vảy. Các hố thường có các cạnh bị cắt ở đó sự ăn mòn đã di chuyển sang bên dưới lớp vảy. Trong trường hợp cặn bám-với bộ sưởi bị hỏng nhưng không có bằng chứng về vết rỗ ở các phần-không có cặn, UDC nên được xem xét. Phân tích tỷ lệ bằng nhiễu xạ tia X{8}} thường hiển thị canxit hoặc aragonit (CaCO₃), đôi khi kết hợp với các sản phẩm ăn mòn (Fe₂O₃, Fe₃O₄). Câu trả lời là giảm thiểu LSI (bằng cách giảm độ pH hoặc làm mềm nước) hoặc thêm chất ức chế cặn làm thay đổi hình dạng tinh thể thành cặn không{10}}kết dính.

Kết luận: Quản lý LSI và độ pH để tránh ăn mòn-cặn lắng

Máy sưởi bọc thép không gỉ 316 trong nước cứng 90 độ. Sự hình thành thang đo canxi cacbonat xốp, thiết lập các tế bào sục khí khác nhau, xảy ra khi Chỉ số bão hòa Langelier (LSI) nằm trong khoảng từ 0,8 đến 1,8 và độ pH nằm trong khoảng từ 7,5 đến 8.5 . Trên LSI 1,8, thang đo dày đặc và bảo vệ chống lại UDC (mặc dù quá nhiệt có thể là một vấn đề). Ở LSI < 0,8, UDC không được kích hoạt khi tạo thang đo. LSI phải được tính ở nhiệt độ vận hành. Trong dịch vụ nước cứng, các kỹ sư chỉ định vỏ bọc 316 phải giữ LSI dưới 1,0 khi clorua vượt quá 200 ppm hoặc bao gồm các chất ức chế cặn ảnh hưởng đến hình thái cặn. Phương pháp được đưa ra ở đây cung cấp mối liên kết giữa độ pH, LSI và tỷ lệ UDC có thể đo lường được, cho phép khách hàng lựa chọn tính chất hóa học của nước sẽ ngăn ngừa sự ăn mòn cục bộ{16}}do cặn bám gây ra.