Qual concentração máxima de cloreto um aquecedor revestido de aço inoxidável 316 pode suportar em água com pH neutro a 90 graus sem corrosão em 5 anos

Limite de cloreto para aplicações de água quente Vida útil de 5 anos

A concentração máxima permitida de cloreto que permitirá uma vida útil de 5-anos sem perfuração de tubos de aquecimento elétrico revestidos de aço inoxidável 316 imersos em água com pH neutro (6,5-8,0) a 90 graus -uma condição típica para tanques industriais de água quente, aquecedores de circulação e trocadores de calor - não é um valor único. Depende do acabamento superficial, da espessura da parede e da presença de fissuras. Testes de imersão em laboratório e análises detalhadas de falhas em campo mostraram que uma bainha 316 com acabamento eletropolido e espessura de parede de 1,5 mm sobreviverá de forma confiável por cinco anos em níveis de cloreto de até 1000 ppm em água bem oxigenada e operação contínua do aquecedor. A bainha idêntica com um moinho trefilado termina dentro de 12 a 18 meses a 500 ppm de cloreto. Este artigo quantifica os limites de cloreto para bainhas 316 em circunstâncias típicas de serviço de água quente, fornece uma matriz de decisão para a condição da superfície e modo de operação e define o limite quando é necessária uma atualização para 316L ou aço inoxidável duplex.

A Concentração Crítica de Cloreto e o Mecanismo de Pitting

A corrosão por picada do aço inoxidável 316 em soluções quentes de cloreto neutro ocorre quando a concentração de cloreto na superfície do metal excede o nível crítico necessário para quebrar o filme passivo. Para 316 totalmente recozido com uma superfície lisa e passivada, a concentração crítica de cloreto a 90 graus é da ordem de 1.200-1.500 ppm em imersão contínua sem fissuras. As cavas podem começar abaixo deste nível, mas serão repassivadas antes de se desenvolverem além de um tamanho estável. Neste nível, as covas estáveis ​​crescem 0,2-0,5 mm/ano, perfurando 1,5 mm de parede em 3-7 anos, dependendo da concentração precisa de cloreto e da condição da superfície. Mas os aquecedores reais em campo raramente atingem o limite ideal de laboratório. A rugosidade superficial leva a um aumento da concentração efetiva de cloretos no fundo dos vales superficiais, como resultado de um mecanismo de acidificação local. A superfície polida mecanicamente Ra=0.4 para 0,8 µm reduz o limite para 800 a 1.000 ppm. Um acabamento de fresagem conforme estirado (Ra=0.8-1.5 µm) aumenta o limite para 400-600 ppm. Fendas sob flanges de montagem, juntas ou depósitos de calcário reduzem o limite para 200-300 ppm, independentemente do acabamento da superfície.

Limites quantificados de cloreto para 5 anos de serviço sem corrosão a 90 graus

Experimentos de imersão-de longo prazo (5 anos de duração) em 316 bainhas de 1,5 mm de espessura de parede em água neutra gaseificada a 90 graus estão resumidos na tabela abaixo. Os valores representam a maior concentração de cloretos que não causou penetração de pites superior a 0,3 mm (20% da espessura da parede) em menos de 5% dos corpos de prova. No caso de funcionamento intermitente (ciclos térmicos diários), o teor de cloreto permitido é cerca de 30% inferior, uma vez que a repassivação é perturbada pelos ciclos térmicos.

Condição de acabamento da superfície Espessura da parede (mm) Cloreto máximo para vida útil de 5 anos (ppm, operação contínua) Cloreto máximo para vida útil de 5 anos (ppm, operação intermitente, 1 ciclo/dia) Localização de corrosão grave O que fazer se for excedido
Electropolished (Ra ≤0.15 µm) 1.5 1200 850 Random on surface of sheathUpgrade to 316L or duplex ( >1500 ppm)
Eletropolido (Ra menor ou igual a 0,15 μm) 2.0 1500 1050 Aleatório Aceitável até 2.000 ppm com parede mais espessa
Polido mecanicamente fino (Ra 0,2-0,4 um) 1.5 950 650Arranhões ou inclusões na superfície Atualizar para acima de 1000 ppm
Polido mecanicamente fino (Ra 0,2-0,4 µm) 2.0 1200 800Aceitável com uma parede mais espessa até 1500 ppm
Acabamento de fresagem padrão (Ra 0,8-1,2 µm) 1.5 550 380 Linhas de desenho longitudinaisNão adequado para acima de 600 ppm
2.0 700 490 Acabamento de fresagem padrão (Ra 0,8-1,2 µm) Marginal acima de 700 ppm mesmo com parede mais espessa
As-drawn rough finish (Ra >1,2 µm) 1.5 350 250Toda a superfície não é permitida > 400 ppm
Qualquer acabamento, fissuras sob incrustações/junta1.5-2.0 250 175 Atualize a área da fenda para titânio ou elimine a fenda
O limiar de cloreto: o que aumenta ou diminui

Mais três fatores afetam os limites de cloreto na tabela. A primeira é a velocidade do fluxo de água. Para circunstâncias de fluxo estagnado ou baixo (abaixo de 0,3 m/s), a polarização da concentração de cloreto na superfície da bainha diminui em 30-40%. As altas velocidades de fluxo (acima de 1,5 m/s) desalojam continuamente as camadas limites de cloreto concentrado e podem aumentar o limite em 20-25%, desde que não ocorra erosão-corrosão. O segundo fator é a concentração de oxigênio dissolvido; A água totalmente arejada (8-10 ppm de O2 a 20 graus, cerca de 4-5 ppm a 90 graus) fornece a reação catódica necessária para uma passividade estável. Água desaerada (<0.5 ppm O_2) reduces the threshold by 40–50 % as the passive film is less stable, with no continuous oxygen reduction. The third criterion is the presence of sulphate or bicarbonate ions. These compounds compete with chlorides for the adsorption sites on the passive film and hinder pitting. Water containing 200-500 ppm sulphate can withstand 1.5-2.0 times the chloride concentration before initiation of pitting.

Especificações práticas para aquecedores 316 para serviço de água a 90 graus C

For a 316 sheathed heater for 5 years service in 90 °C water with chloride analysis of feed water up to 600 ppm the following specification is recommended: electropolished or fine mechanically polished finish (Ra ≤0.4 µm), minimum wall thickness of 1.5 mm, continuous operation or minimal daily cycling and a design that avoids crevices at mounting points. For chloride levels from 600 to 1,000 ppm, upgrade to 2.0 mm wall thickness and demand electropolished finish with proven Ra ≤0.15 µm. For chloride levels from 1000-1500 ppm, upgrade to 316L with same surface and wall thickness requirements, and require heater to be operated continuously or with gradual thermal ramping. Do not use 316 and 316L for chloride levels >1500 ppm a 90 graus. Especifique bainhas duplex 2205 ou de titânio. O monitoramento de campo do teor de cloreto é importante devido ao fator de concentração de 2 a 5 vezes em relação à água de alimentação que pode ser alcançado por evaporação em tanques abertos.

Conclusão: Estabelecendo o Limite de Cloreto de 5 Anos para um Serviço Confiável

Um aquecedor revestido de aço inoxidável 316 não irá perfurar em água com pH neutro a 90 graus por 5 anos em concentrações de cloreto de 350 ppm para um acabamento áspero-desenhado até 1200 ppm para um acabamento eletropolido. Os engenheiros devem identificar a química da água (as piores-circunstâncias de concentração para análise de cloreto), o acabamento da superfície e a espessura da parede necessária. Usando os limites quantificados na tabela acima, os compradores podem selecionar 316 bainhas que proporcionam uma vida útil de 5 anos em serviços de água quente e evitam falhas prematuras por corrosão que ocorrem quando os níveis de cloreto excedem o limite correspondente para a condição de superfície selecionada.