Under vilken specifik kombination av koncentration av matarvatten löst syre och pH lider 316 rostfritt stål värmemantel av flöde-accelererad korrosion (FAC) vid 200 grader i höghastighetspannans matarvatten-

Upplösning av den passiva filmen i högrent vatten med hög temperatur

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 m/s). Detta dokument bedömer tröskelvärdena för löst syre och pH för FAC-initiering på 316 höljen vid 200 grader.

Mekanism för högtemperaturlöslighet av passiva filmer

I vatten med hög-temperatur (200 grader) är den passiva filmen på 316 ett dubbelskikt av kromoxid (Cr₂O₃) och järnkromspinell (FeCr₂O₄). Dessa oxider är mycket känsliga för pH och löst syre för sin löslighet. Vid avluftning (DO<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) kromoxid löses upp som kromit (CrO 2-) eller kromat (CrO 4 2-). Vid lågt pH (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) tar bort de lösta arterna konstant och förhindrar återpassiveringen och upprätthåller en hög upplösningshastighet. Aktiveringsenergin för FAC på 316 är ca 40-60kJ/mol, dvs korrosionshastigheten fördubblas var 15-25 grad över 150 grader.

Kvantifierade FAC-trösklar på 316 vid 200 grader i vatten med hög-hastighet

Nedan visas korrosionshastigheter och väggförtunningsbeteende för 316 rostfritt stål i ett kontrollerat looptest vid 200 grader med variationer i löst syre, pH och flödeshastighet.

Upplöst syre (ppb) pH vid 200 grader Flödeshastighet (m/s) Dominant oxidlöslighet FAC-hastighet (mm/år) Tid till 0,5 mm väggförlust (timmar) Rekommenderas för 200 graders service<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25 000 Ja<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25 000 Ja<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 Kromitupplösning 0.15-0.40 1,250-3500 Oacceptabelt<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Cr3+ löslighet 0.10-0.30 1,700-5 000 Oacceptabelt<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 Minskad löslighet 0.03-0.08 6 000-17 000 Marginal
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 Passiv film stabiliserad<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100 Alla Alla Helt passiva<0.02 >25 000 Ja
FAC för 316 är mycket beroende av flödeshastigheten.

Flödeshastighet är skalningsfaktorn som omvandlar passiv filmlöslighet till uppmätt väggförtunning. Tabellen nedan visar hastighetsberoendet vid 200 grader C, avluftade förhållanden, pH 9,2 (marginalzon).

Flödeshastighet (m/s) Väggskjuvspänning (Pa, uppskattad) FAC-hastighet @ DO<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
Designspecifikation och praktisk vattenkemi för matarvattenvärmare vid 200 grader

316 inkapslade värmare vid 200 grader i höghastighetspannans matarvatten skyddas från flödesaccelererad korrosion av följande krav.

Matarvattentyp Mål löst syre (ppb) Rekommenderat pH, 200 grader Maximal flödeshastighet vid mantel (m/s) Förväntad värmarelivslängd (år)
All flyktig terapi (AVT) - minskning 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
All-flyktig behandling (AVT) - oxiderande 50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
Fosfatbehandling 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (monitor)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
Fältidentifiering av FAC på 316 värmeslidor

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 eller<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 ppb (om det är kompatibelt med det övergripande systemet), eller för att begränsa flödeshastigheten genom att placera värmaren i en bypass- eller stillbildsbrunn. FAC-känslighet kan elimineras genom att byta till titan eller Alloy 825.

Sammanfattning: Matarvattenkemi och hastighetshantering för att förhindra FAC

Den flödesaccelererade korrosionen av 316 rostfritt stålkapslade värmare i 200 graders pannmatarvatten sker under avluftade förhållanden (DO<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9,5 eller surt pH<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 ppb kommer att stabilisera den passiva filmen och undvika FAC. Metoden som ges här relaterar löst syre, pH och flödeshastighet till mätbara FAC-hastigheter vid 200 grader, och gör det möjligt för köparen att definiera vattenkemi och hydrauliska parametrar som kommer att bibehålla den passiva filmen på 316 värmemantel i höghastighetspannans matarvattendrift.