Under vilken specifik kombination av sulfatkoncentration och pH utvecklar 316L värmemantel i strömmande sötvatten vid 60 grader gropbildning i frånvaro av klorider

Mekanismen för gropfrätning av rostfria stål utan klorid

I sötvattensystem med mycket låg kloridhalt (< 20 ppm), but high to moderate sulphate concentrations (SO4 2-) and acidic pH such as in acid mine drainage, some industrial cooling waters or agricultural runoff, pitting corrosion can occur even in the absence of chloride ions, with 316L stainless steel sheathed electric heating tubes. For flowing conditions (1 m/s), sulphate ions are typically thought to be non-aggressive or inhibitive to pitting. However, at pH values below 4.0-4.5, sulphate can attack and create soluble iron sulphates, breaking down the passive film. The essential combination for pitting is: sulphate >500-1 000 ppm OCH pH<4.0. Rates of pitting of 0.2-0.5 mm/yr occur at pH 3.0 and 1,000 ppm SO4 2-. Rates > 1 mm/year, pH 2.5, 1,000 ppm SO 2 4 . The sulfate-pH-pitting threshold for 316L in flowing freshwater at 60°C in the absence of chlorides is quantified in this article.

Mekanismen för lågt pH-inducerad sulfat-pittning

Under neutrala eller alkaliska förhållanden adsorberas sulfatjoner på den passiva filmen och förhindrar klorid-inducerad gropbildning. Den passiva filmen är dock mindre stabil vid lågt pH (<4.0). Sulphate can form soluble complexes with ferric ions ( FeSO4+ ), and can also take part in the anodic dissolution reaction. Local acidification in growing pits (pH as low as 1-2) permits sulphate to behave as an aggressive anion like chloride but under more acidic conditions. In sulphate solutions, the pitting potential (Epit) decreases with decreasing pH and increasing sulphate concentration .

60 grader , 1 m/s Flödessulfat-pH Gropfrätningsgränser Kvantifierade

Följande gropstartförhållanden har bestämts från kontrollerad flödeslooptestning av 316L (elektropolerad, Ra=0.2 µm) i sulfatlösningar (0-2 000 ppm SO42- som Na2SO4) med pH-reglerat av H2SO4 (inga klorider tillsatta) vid 60 grader, 0 timmar, 0 timmar/s.

Sulfatkoncentration (ppm SO4 2-) pH (60 grader) Groppåsättningstid (h) Gropfrätningshastighet (mm/år)| Gropdensitet (gropar/cm2)|Tid till perforering (1,5 mm vägg, år)|Rekommenderas för rinnande sötvattenservice (låg Cl)||<500 | >4.0 | >10,000 | <0.02 | 0 | >75 | Yes | | 500-1,000 | 5.0 | >10,000 | <0.02 | 0 | >75|Ja|| 500-1 000|4,0-4,5|5 000-10 000|0,02-0,05 |<1 | 30-75 | Yes | | 500-1,000 | 3.5-4.0 | 2,000-5,000 | 0.05-0.15 | 1-5 | 10-30 | Acceptable | | 500-1,000 | 3.0-3.5 | 1,000-2,000 | 0.15-0.40 | 5-20 | 4-10 | Marginal | | 500-1,000 | <3.0 | 200-1,000 | 0.40-1.00 | >20|1,5-4|Rekommenderas inte|| 1 000-2 000|4,0-4,5|2 000-5 000|0,05-0,15|1-5|10-30|Acceptabelt|| 1 000-2 000|3,5-4,0|800-2 000|0,15-0,40|5-15|4-10|Marginal|| 1 000-2 000|3,0-3,5|300-800|0,40-0,80|15-40|2-4|Rekommenderas inte|| 1 000-2 000 |<3.0 | 100-300 | 0.80-2.00 | >40 | 0.75-2 | No | | >2,000 | <4.0 | <200 | >1.00 | >50 | <1.5 | No | |
Inverkan av flödeshastighet på sulfatgroppar

I kloridlösningar minskar högre flödeshastigheter gropbildning, men kan förstärka sulfatgropbildning genom att avlägsna skyddande korrosionsprodukter.

Flödeshastighet (m/s) Pittinghastighet vid 1 000 ppm SO4-2, pH 3,5, 60oC (mm/år) Tid till genombrott (år) Rekommenderad maximal hastighet för sura sulfatservice<0.5 0.15-0.25 6-10 Acceptable
0.5-1.0 0.25-0.40 4-6 Marginal 1.0-1.5 0.40-0.60 2.5-4 Not recommended 1.5-2.5 0.60-0.90 1.7-2.5 No >2.5 >0.90 <1.7 No Practical Recommendations for Low-Chloride, High-Sulfate, Acidic Freshwater Service

För 316L inkapslade värmare i sötvatten med låg kloridhalt men sulfater och surt pH vid 60 grader gäller följande parametrar.

Vattentyp Normalt pH Sulfat (ppm) Klorid (ppm) Rekommenderad legering Förväntad livslängd (år)
Sur mindränering (mild) 4.0-5.0 500-1,500<50 316L with monitoring 5-10 
Sur mindränering (allvarlig) 2.5-4.0 1 000-3 000<50 Duplex 2205 5-8
Industriell kylning (sur) 3.5-4.5 500-1 000<20 316L (acceptable) 8-12 
Agricultural runoff (acidic) 4.0-5.0 100-500 10-50 316L >10 
Alla med pH<3.0 <3.0 >500 Any Not 316L Uppgradering till Alloy 20 Fältidentifiering av sulfatinducerad gropfrätning

Sulfat-inducerad gropfrätning kan misstänkas för en 316L värmare som fylls i sötvatten med klorider<50 ppm but sulphate >500 ppm och pH<4.0. The pits are usually tiny (50-200 µm) and frequent and no chloride was discovered in the pit residue (EDS). The corrosion product may contain sulphur. Water analysis will show low chloride, moderate to high sulphate and low pH. The remedy is to elevate the pH (neutralise) or go to Alloy 20 or duplex 2205.

Slutsats: Låt inte pH och sulfat vara orsaken till icke--kloridföroreningar

Gropning av 316L värmemantel av rostfritt stål i rinnande (1 m/s) sötvatten vid 60 grader med låg kloridhalt (<20 ppm) occurs at sulphate concentrations >500-1 000 ppm när pH är lägre än 3,5-4,0. Pittinghastigheter på 0,4-0,8 mm/år vid pH 3,0-3,5 och 1000 ppm S042- ger perforering på 2-4 år. Ingenjörer behöver testa pH och sulfatkoncentration, inte bara klorider, för att definiera 316L mantel för färskvattenförsörjning. När pH<4.0 and sulphate >500 ppm, antingen pH-neutralisering eller legeringsförbättring behövs. Ramverket som utvecklats här, som relaterar sulfatinnehåll och pH till gropbildningsinitiering och spridningshastigheter vid 60 grader i klorid-fritt vatten, gör det möjligt för köpare att identifiera och förhindra icke-kloridfrätning av 316L värmemantel i sura sötvattensystem med högt-sulfathalt.