Која је критична ширина пукотина између грејача од нерђајућег челика 316 и његове монтажне прирубнице иницира убрзано питтинг у 200 ппм хлоридној води на 80 степени

Геометријска граница исцрпљивања кисеоника и локалног ацидификације

Пукотина између омотача и монтажне компоненте је најосетљивије место за локализовану корозију 316 потопних грејача у кућишту од нерђајућег челика монтираних кроз прирубнице или зидове резервоара. Када се јаз у пукотини смањи на критичну ширину, обично између 0,1 мм и 0,5 мм, у зависности од концентрације хлорида и температуре, улазак воде у расутом стању је ограничен, а кисеоник се исцрпљује из пукотине. Након тога, концентрација хлорида се повећава, а пХ опада, што доводи до убрзане корозије удубљења и пукотина. Плашт 316 са размаком у пукотини мањим од 0,3 мм у 200 ппм хлоридне воде ће започети корозију у пукотинама за 6-12 месеци на 80 степени, али ће идентични омотач са размаком у пукотини већим од 0,5 мм остати пасиван 5+ година. Овај чланак процењује неопходну ширину процепа за 316 омотача у типичним околностима топле воде и даје критеријуме за дизајн за монтажу без пукотина.

Електрохемијски механизам за иницирање пукотичне корозије

Пукотина корозије нерђајућег челика 316 се покреће када геометрија пукотине омета конвективни и дифузни пренос кисеоника из раствора у расутом стању на металну површину унутар пукотине. Кисеоник се троши катодним процесима (редукција кисеоника) унутар пукотине и локална концентрација кисеоника опада на скоро нулти ниво док се раствор у расутом стању аерира. Ова разлика потенцијала успоставља галванску ћелију. Спољашње границе пукотине (високо оксигениране) постају катода, а унутрашњост пукотине (деоксигеноване) постају анода. Хлоридни јони се привлаче у пукотину да би неутралисали наелектрисање, постижући концентрације 10-100 пута веће од веће количине. Истовремена хидролиза растворених металних јона (Фе 3+, Цр 3+) ​​ствара јоне водоника и снижава локални пХ на 2-4. Утицај високог хлорида и ниског пХ на разградњу пасивног филма на 316 је проучаван да би се покренуло брзо анодно растварање. Кључна ширина јаза је највећа ширина јаза коју дифузија кисеоника не може да надокнади потрошњу кисеоника. У статичним или ниским поставкама овај кључни зазор је генерално између 0,3 и 0,5 мм. Празнине веће од 0,5 мм омогућавају довољно пролаз кисеоника за одржавање пасивности. Ако су празнине мање од 0,3 мм широке, оне се деоксигенирају у року од неколико сати до дана и нападају их корозија пукотина чак и у води са мало хлорида.

Прагови за корозију у пукотини од 316 на 80 степени у 200 ппм Квантификовани хлорид.

Систематско тестирање са формирачима пукотина са регулисаном ширином зазора на 316 лимова од нерђајућег челика који представљају површину омотача грејача у газираној 200 ппм хлоридној води на 80 степени утврдило је кључну празнину у пукотини за почетак корозије у пукотинама. Тест је трајао 12 месеци, а јединице су се периодично растављале и испитивале за напад. Резултати показују наглу промену ширине зазора са 0,4 мм на 0,5 мм. Корозија пукотина је почела на свим узорцима на или испод 0,4 мм у року од 6 месеци. Празнине од 0,5 мм или веће нису биле нападнуте током читавих 12 месеци. Екстраполирајући на продужени рад, празнине од 0,5-0,8 мм могу почети да нападну након 3-5 година у присуству хемије непријатељске воде или термичког циклуса који производи ефекте концентрације. Детаљни временски периоди до почетка корозије у пукотинама за 316 омотача су дати у табели испод као функција ширине зазора, концентрације хлорида и температуре.

Ширина процепа (мм) Концентрација хлорида (ппм) Температура (степен) Време до почетка корозије у пукотини Време до перфорације (1,5 мм зид након иницирања) Препоручено за 5-годишњи сервис<0.1 (tight contact) 200 80 <1 month 3-6 months No 0.1-0.2 200 80 1-3 months 3-6 monthsNo 0.2-0.3 200 80 3-6 months 6-12 months No
0.3-0.4 200 80 6-9 месеци 9-18 месеци Не 0.4-0.5 200 80 9-12 месеци 12-24 месеца Маргинално
0.5-0.7 200 80 >24 месеца (можда не почиње) -Да (са прегледом)
0.7-1.0 200 80 >60 месеци - Да1.0 (отворени размак) 200 80 Нема корозије у пукотинама - Да
0.5-0.7 500 80 6-12 months 12-18 months No 0.5-0.7 200 60 >60 месеци Да
0.3-0.5 200 60 12-24 месеци 24-36 месеци Прихватљиво уз праћење геометријских пукотина у склоповима за монтажу грејача

Код урањајућих грејача са прирубницом три честа елемента дизајна доводе до пукотина са ширинама зазора који су често испод критичног прага. Први су компресиони фитинзи или заптивне прирубнице где омотач пролази кроз еластомерну или ПТФЕ заптивку која је притиснута на метал. Контактни притисак може смањити зазор скоро на нулу на местима контакта, док области поред контактних тачака могу и даље имати празнине од 0,1-0,2 мм. Друга врста су заварене или навојне чауре у којима се плашт ставља у прирубнички блок са зазорним отвором од 0,2-0,3 мм. Овај размак је у критичном опсегу пукотина, али је потребан за монтажу. Трећи је каменац или остаци који се накупљају између омотача и чврсто прилегајућег цевног листа, смањујући већи размак на мрежу подкритичних пукотина. Нови дизајн грејача предвиђа минимални размак од 1,0 мм (користећи чахуру са зазором од 1,0-1,5 мм) како би се смањила могућност корозије у пукотинама. Постојећи дизајни који користе чврсте прирубнице морају бити замењени отвореним потпорним конзолама или стезаљкама, где се омотач спаја на дискретним местима (контакти у три или четири тачке са отвореним празнинама на другим местима), нарушавајући континуалну геометрију пукотина.

Стратегије ублажавања за неизбежне критичне празнине

Ако пројектни параметри захтевају пукотине мање од 0,5 мм, као што је код заптивки прирубница под високим притиском где су потребне стриктне толеранције, користе се три мере ублажавања да би се спречила корозија у пукотинама. Прва и најуспешнија је примена полимерних или еластомерних заптивки које потпуно спречавају да вода из фисуре. Електролит не улази у пукотину, па се концентрација хлорида и недостатак кисеоника избегавају водонепропусним затварачем обезбеђеним компресованим ПТФЕ или ЕПДМ заптивком. Ова метода захтева да материјал заптивке буде компатибилан са температуром течности (ЕПДМ до 120 степени, ПТФЕ до 250 степени). Други приступ је одабир легуре отпорније на пукотине-само за омотач на месту монтаже, користећи заварени прелазни комад од легуре 625 или титанијума. Ови материјали имају критичне пукотине мање од 0,1 мм, тако да чак и тијесни зазори не могу започети напад. Трећа опција је катодна заштита. Ако је омотач грејача везан за жртвовану цинк или алуминијумску аноду, потенцијал унутар пукотине се може спустити испод потенцијала питинга, али то захтева пажљив дизајн како би се избегло крхкост омотача водоником.

Идентификација корозије пукотина на инсталираним грејачима на терену

У раду грејачи ће испољити корозију у пукотинама на прирубници за монтажу у виду прстена удубљења или општег отпада непосредно уз прирубницу или заптивку, обично 1 до 5 мм од тачке контакта. Напад је обично најдубљи када је јаз у пукотини најмањи. Ако погледате испод растављене прирубнице, можда ћете видети да је кородирано подручје тамна трака са удубљењем без видљивог сјајног метала. Производи корозије обично укључују зелене соли никал-хлорида. Ако је грејач био у употреби више од 1-2 године и вода садржи хлориде изнад 100 ппм, онда треба посумњати на корозију у пукотинама кад год се грејач са прирубницом из било ког разлога уклони. За замену, нови грејач мора бити постављен или са отвореним зазором (размак већи од или једнак 1,0 мм) или потпуно заптивним заптивачем који не дозвољава улазак електролита.

Закључак: Поуздан сервис без монтаже на пукотине

Корозија у пукотини је започета у 316 потопним грејачима у кућишту од нерђајућег челика у 200 ппм хлоридне воде на 80 степени за ширине пукотина испод 0,5 мм током 12 месеци, а перфорација се догодила у року од 24 месеца. Ако су зазори већи од 0,7 мм, јединица гарантује 5+ година рада без проблема. Када бирате грејаче са прирубницом, имате три опције: дизајнирајте носач тако да имате најмање 1,0 мм размака између омотача и било које суседне металне површине, користите потпуно заптивну заптивку како бисте спречили улазак воде у подручје пукотина или надоградите материјал омотача на легуру{11}}отпорнију на пукотине на интерфејсу. Приступ који је овде дат омогућава купцима да специфицирају геометрије за уградњу које избегавају најчешћи узрок превременог квара у прирубничким 316 потопним грејачима који раде у топлој води са хлоридом{14}} тако што повезују ширину пукотина са мерљивим временским оквирима за покретање.