Под којом специфичном комбинацијом напојне воде концентрације раствореног кисеоника и пХ вредности плашт грејача од нерђајућег челика 316 трпи проток-убрзану корозију (ФАЦ) на 200 степени у напојној води за котао велике брзине-

Растварање пасивног филма у води високе чистоће високе температуре

The high velocity boiler feedwater systems operating at 200°C (typical for high-pressure boiler economisers or feedwater heaters) can be a problem for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes due to flow-accelerated corrosion (FAC), which is thought to be immune to this phenomenon (which occurs mainly in carbon and low-alloy steels). The FAC of 316 is different from the traditional FAC of magnetite (Fe3O4) layers on carbon steel where it is a direct dissolution of passive film by the combined impacts of high flow velocity, high temperature and unique water chemistry. The passive film on 316 dissolves at 200°C, when the dissolved oxygen is less than 5 ppb (deaerated) and the pH is greater than 9.5 or less than 6.5. Under such conditions wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year have been seen in high velocity zones (>5 м/с). Овај рад процењује растворени кисеоник и пХ прагове за иницирање ФАЦ на 316 омотача на 200 степени.

Механизам високотемпературне растворљивости пасивних филмова

У води на високој-температури (200 степени) пасивни филм на 316 је двослој хром-оксида (Цр₂О₃) и гвожђе-хром шпинела (ФеЦр₂О₄). Ови оксиди су веома осетљиви на пХ и растворени кисеоник због своје растворљивости. Када се одзрачи (ДО<5 ppb) the corrosion potential is in the active or passive-transition area where the passive film is less stable . At high pH (>9.5) хром оксид се раствара као хромит (ЦрО 2-) или хромат (ЦрО 4 2-). При ниском пХ (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 м/с) стално уклања растворене врсте и спречава репасивацију и одржава високу брзину растварања. Енергија активације за ФАЦ од 316 је око 40-60кЈ/мол, односно стопа корозије се удвостручује на сваких 15-25 степени изнад 150 степени.

Квантификовани ФАЦ прагови од 316 на 200 степени у води велике{2}}брзине

Испод су приказане стопе корозије и понашање стањивања зидова за нерђајући челик 316 у контролисаном тесту петље на 200 степени са варијацијама у раствореном кисеонику, пХ и брзини протока.

Растворени кисеоник (ппб) пХ на 200 степени Брзина протока (м/с) Доминантна растворљивост оксида ФАЦ стопа (мм/год) Време до 0,5 мм Губитак зида (сати) Препоручено за сервис од 200 степени<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25.000 Да<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25.000 Да<5 7.5-8.5 3-5 Slight 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable <5 8.5-9.5 3-5 Cr(OH)3 solubility 0.05-0.15 3,500-10,000 Not recommended <5 9.5-10.5 >3 Растварање хромита 0.15-0.40 1,250-3,500 Неприхватљиво<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Цр3+ растворљивост 0.10-0.30 1,700-5,000 Неприхватљиво<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Смањена растворљивост 0.03-0.08 6,000-17,000 Маргинално
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Пасивни филм стабилизован<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100Било Било Било Потпуно пасивно<0.02 >25.000 Да
ФАЦ од 316 веома зависи од брзине протока.

Брзина протока је фактор скалирања који трансформише растворљивост пасивног филма у измерено стањивање зида. Табела испод показује зависност брзине на 200 степени Ц, услови одзрачивања, пХ 9,2 (гранична зона).

Брзина протока (м/с) Напон смицања зида (Па, процењена) ФАЦ стопа @ ДО<5 ppb, pH 9.2 (mm/yr)Time to 50% of Original 1.5 mm Wall Loss(hours) Recommended Maximum Velocity for 10-Year Life <1 <10 <0.01 >75,000 Safe 1-2 10-20 0.01-0.03 25,000-75,000 Safe 2-3 20-35 0.03-0.06 12,500-25,000 Acceptable 3-5 35-60 0.06-0.12 6,000-12,500 Marginal (monitor) 5-8 60-100 0.12-0.20 3,750-6,000Not recommended 8-12 100-150 0.20-0.35 2,000-3,750 Unacceptable >12 >150 >0.35 <2,000 Not acceptable
Спецификација дизајна и практична хемија воде грејача напојне воде на 200 степени

316 обложених грејача на 200 степени у напојној води велике брзине котла заштићени су од корозије убрзаног протока следећим захтевима.

Врста напојне воде Циљни растворени кисеоник (ппб) Препоручени пХ, 200 степени Максимална брзина протока на омотачу (м/с) Очекивани животни век грејача (године)
Све испарљиве терапије (АВТ) - смањење 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
Све-испарљиви третман (АВТ) - оксидирајући 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Третман фосфатом 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (монитор)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
Идентификација ФАЦ-а на терену на 316 омотача грејача

The FAC on a 316 heater will produce unique surface features that are different from conventional corrosion mechanisms in high temperature, high velocity feedwater. The surface is smooth, polished or "orange-peel" in appearance with no pitting or scale. The wall thinning is homogeneous at the high velocity zones (e.g. pipe entry, directly facing the flow). The thinning is often a steady drop of outside diameter throughout the heater length. Scanning electron microscopy (SEM) shows a smooth, featureless surface, with no attack at the grain boundaries. Water chemistry log will show pH >9.5 или<6.0 and dissolved oxygen <5-20 ppb for prolonged durations. For such failures the answer is to adjust water chemistry to keep pH in the 8.0-8.5 range, and dissolved oxygen >20-50 ппб (уколико је компатибилно са целокупним системом), или за ограничавање брзине протока постављањем грејача у бајпас или бунар за мировање. Осетљивост на ФАЦ може се елиминисати преласком на титанијум или легуру 825.

Резиме: Хемија напојне воде и управљање брзином за спречавање ФАЦ

Убрзана корозија 316 грејача од нерђајућег челика у напојној води котла од 200 степени одвија се у условима одзрачивања (ДО<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 или кисели пХ<6.0 and flow velocities >3-5 m/sec. Under these conditions, the passive film is dissolved as chromite or chromium ions, resulting in wall thinning rates of 0.1-0.5 mm/year. For high temperature feedwater service with 316 sheaths, engineers should stipulate pH of 8.0-9.0, dissolved oxygen >20 ppb (ideally 50-100 ppb) and a flow velocity below 3-4 m/s at the sheath surface. If high velocity (>5 m/s) cannot be avoided, oxidising water treatment (oxygenated treatment, OT) with DO >100 ппб ће стабилизовати пасивни филм и избећи ФАЦ. Методологија дата овде повезује растворени кисеоник, пХ и брзину протока са мерљивим ФАЦ стопама на 200 степени, и омогућава купцу да дефинише хемију воде и хидрауличне параметре који ће одржавати пасивни филм на 316 омотача грејача у раду напојне воде велике брзине котла.