Tubi elettriċi tat-tisħin li joperaw f'ilma iebes b'kontenut għoli ta 'sulfat - komuni f'ħiters tal-ilma ġeotermali, bojlers għall-irkupru tas-sħana, u ċerti ilmijiet tal-proċess industrijali - jiżviluppaw depożiti fuq skala tenaċi ta' sulfat tal-kalċju (CaSO₄·2H₂O, ġibs, u l-forma anidruża tiegħu CaSO₄). B'differenza mill-iskala tal-karbonat tal-kalċju, li hija poruża u permeabbli għall-ilma u l-ossiġnu, l-iskala tas-sulfat tal-kalċju ffurmata 'l fuq minn 100 grad (fejn il-ġibs jiddeidrat għal anidrite) hija densa, mhux-poruża, u aderenti b'mod qawwi. Dan it-tip ta 'skala joħloq mekkaniżmu ta' korrużjoni ta 'xquq uniku fuq 316 għantijiet ta' l-istainless steel. L-iskala nnifisha mhix korrużiva, iżda tipprevjeni l-ilma bl-ingrossa milli jilħaq il-wiċċ tal-metall sottostanti filwaqt li jippermetti li films irqaq ta 'ilma jippenetraw permezz ta' difetti mikroskopiċi. Is-saff ta 'l-ilma maqbud isir kimikament distint mill-massa: il-jonji tas-sulfat jikkonċentraw b'fatturi ta' 10-100, il-pH jonqos minħabba l-idroliżi tal-jone tal-metall, u l-joni tal-klorur - anke f'livelli ta 'traċċa fil-massa - jemigraw fix-xquq. F'temperaturi operattivi ta '100–140 grad, dan l-ambjent jattakka b'mod aggressiv 316 stainless steel, u jipproduċi ħofor ta' xquq fondi u dojoq li jtaqqbu l-għant tipikament fi żmien 6–18-il xahar. Dan l-artikolu jikkwantifika r-relazzjoni bejn il-ħxuna tal-iskala tas-sulfat tal-kalċju, l-evoluzzjoni tal-kimika tal-xquq, u r-rata tal-pitting, u jipprovdi strateġiji ta' ġestjoni tal-iskala għal applikazzjonijiet tal-ilma iebes ta'-sulfat għoli.
Kimika tas-Sulfat-Xquq Sinjuri Taħt Skali densi tas-Sulfat tal-Kalċju
Ix-xquq iffurmat bejn saff ta 'skala tas-sulfat tal-kalċju u l-għant ta' l-istainless steel 316 huwa fundamentalment differenti minn xquq maħluqa minn appoġġi polimeru jew gaskits. L-iskala hija kkonsolidata mal-wiċċ tal-metall, u toħloq vojt strett ta '1–10 µm fuq il-biċċa l-kbira tal-interface. L-ilma jilħaq l-interface tal--melħ tal-metall biss permezz ta' azzjoni kapillari permezz ta' mikroxquq fl-iskala jew permezz tal-permeabilità intrinsika tal-iskala (l-anidrite għandu porożità ta' 0.5–2%). Ladarba jkun preżenti, dan is-saff tal-ilma irqiq ma jistax jiskambja speċi mal-massa malajr minħabba l-permeabilità baxxa tal-iskala, li hija bejn wieħed u ieħor 10⁻⁶ sa 10⁻⁸ ċm²/s għall-anidrite meta mqabbla ma '10⁻³ ċm²/s għall-iskala calcite poruża.
Peress li l-heater jaħdem f'100-140 grad, l-evaporazzjoni fuq skala mikroxquq tikkonċentra l-ilma maqbud. Fatturi tal-konċentrazzjoni tas-sulfat imkejla b'mikro-kampjunar ta' skala-interfaces tal-metall juru:
Ilma bl-ingrossa: 300 ppm SO₄²⁻, 50 ppm Cl⁻, pH 7.2
Wara 500 siegħa: Interface ilma 1800 ppm SO₄²⁻, 210 ppm Cl⁻, pH 6.5
Wara 1500 siegħa: Interface ilma 4200 ppm SO₄²⁻, 480 ppm Cl⁻, pH 5.1
After 3000 hours: Interface water >8000 ppm SO₄²⁻, >900 ppm Cl⁻, pH 4.2
F'pH taħt il-5.0 fil-preżenza ta 'klorur għoli, il-film passiv fuq l-istainless steel 316 isir instabbli. Il-konċentrazzjoni għolja ta 'sulfat taċċellera aktar il-korrużjoni minħabba li l-joni tas-sulfat jikkompetu mal-klorur għal siti ta' adsorbiment fuq il-wiċċ tal-metall, fil-fatt tiżdied il-konċentrazzjoni tal-klorur meħtieġa għad-depassivation permezz ta 'mekkaniżmu sinerġistiku. Spettroskopija ta 'impedenza elettrokimika turi li l-kombinazzjoni ta' 5000 ppm SO₄²⁻ u 500 ppm Cl⁻ f'pH 4.5 tipproduċi potenzjal ta 'pitting 150 mV inqas minn 500 ppm Cl⁻ waħdu.
Rati ta 'Korrużjoni Kwantifikati Taħt Skali ta' Sulfat tal-Kalċju f'Temperaturi Elevati
Twettaq ittestjar aċċellerat fuq 316 kampjun ta 'kisi ta' l-istainless steel (ħajt ta '1.5 mm) pre-skalati b'sulfat tal-kalċju għal ħxuna ta' 0.2–1.0 mm. Il-kampjuni ġew mgħaddsa f'ilma ġeotermali sintetiku (200 ppm SO₄²⁻, 80 ppm Cl⁻, 150 ppm Ca²⁺, pH 7.0) f'120 grad taħt pressjoni awtoġena, b'ilma bl-ingrossa aggornat kull ġimgħa. It-telf ta 'piż u l-fond massimu tal-fossa ġew imkejla f'intervalli.
| Ħxuna tal-Iskala tas-Sulfat tal-Kalċju (mm) | Temperatura tal-Ilma Bulk (grad) | Ħin għal pH Lokali<5.0 at Interface (hours) | Fond Massimu tal-Ħofra Wara 2000 Siegħa (µm) | Morfoloġija tal-fossa | Ħin ta' perforazzjoni għal ħajt ta' 1.5 mm (sigħat) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ebda skala (għant nadif) | 120 | Mhux applikabbli | 8 | Xejn (inċiżjoni ħafifa ġenerali) | >10,000 |
| 0.1 – 0.3 (skala irqiq irqiq) | 120 | 1800 | 35 | Fosos baxxi u wesgħin | >5000 |
| 0.3 – 0.6 (skala kontinwa moderata) | 120 | 800 | 120 | Fosos tal-xquq fonda, undercut | 2800 |
| 0.6 – 1.0 (skala tqila) | 120 | 400 | 220 | Ħofor dojoq u fond perforanti | 1500 |
| 0.3 – 0.6, iżda b'ċikliżmu termali (5 ċikli / jum, 120 grad → 25 grad) | 120 | 300 | 310 | Fosos attivi multipli | 1100 |
Iċ-ċikliżmu termali jaċċellera drammatikament il-proċess. Kull ċiklu ta 'tkessiħ jikkawża kontrazzjoni differenzjali tal-iskala relattiva għall-metall, u joħloq jew iwessa' mikroxquq. Malli jissaħħan mill-ġdid, l-ilma ħelu jinfiltra minn dawn ix-xquq, u jġib sulfat u klorur ġodda għall-interface filwaqt li l-ilma maqbud preċedenti jsir saħansitra aktar ikkonċentrat. Il-proċess ċikliku jipproduċi azzjoni ta 'ppumpjar li kontinwament timla l-ispeċi aggressivi.
Dipendenza tat-Temperatura tal-Korrożività tal-Iskala tas-Sulfat tal-Kalċju
Taħt il-100 grad, is-sulfat tal-kalċju jeżisti primarjament bħala ġibs (CaSO₄·2H₂O), li għandu solubilità ogħla (madwar 2400 ppm f'50 grad) u jifforma skala aktar poruża u inqas aderenti. Ir-riskju ta 'korrużjoni taħt l-iskala tal-ġibs huwa aktar baxx b'mod sinifikanti minħabba li ċ-ċirkolazzjoni tal-ilma permezz tal-istruttura poruża tipprevjeni l-akkumulazzjoni ta' konċentrazzjoni estrema. Il fuq minn 100 grad, il-ġibs jiddeidrat għal anidrite (CaSO₄), li għandu solubilità retrograda - isir inqas solubbli hekk kif tiżdied it-temperatura (madwar 1500 ppm f'100 grad, 1000 ppm f'150 grad, u 600 ppm f'200 grad). L-anidrite jippreċipita bħala kristalli densi u iebsin li sinterizzat flimkien, u jiffurmaw barriera effettiva tad-diffużjoni.
Il-limitu ta' temperatura kritika għall-korrużjoni aċċellerata tas-sulfat-x-xquq huwa bejn wieħed u ieħor 95–105 grad . Taħt din il-medda, l-iskala tibqa' protettiva fis-sens li ma tikkonċentrax il-korrodenti b'mod sever. Fuq din il-firxa, il-kombinazzjoni ta 'skala densa u temperatura għolja tipproduċi kundizzjonijiet dejjem aktar aggressivi:
90 grad (skala tal-ġibs): Fond tal-ħofra 15 µm wara 3000 siegħa
110 grad (ġibs imħallat/anidrite): Fond tal-ħofra 80 µm wara 3000 siegħa
130 grad (skala anidrite): Fond tal-fossa 190 µm wara 3000 siegħa
150°C (anhydrite scale): Pit depth >400 µm wara 3000 siegħa (perforazzjoni ta' ħajt ta' 1.5 mm f'2500–3000 siegħa)
Għal applikazzjonijiet 'il fuq minn 120 grad f'ilmijiet li jġorru s-sulfat-, 316 għantijiet tal-istainless steel bi skala ta' sulfat tal-kalċju għandhom ħajja ta' servizz prevedibbli u qasira irrispettivament mill-konċentrazzjoni tal-klorur tal-massa.
Skala ta' Prevenzjoni u Strateġiji ta' Mitigazzjoni għal Ilmijiet Sinjuri fis-Sulfat-
Tliet approċċi ta' inġinerija jistgħu jipprevjenu jew itaffu l-korrużjoni tas-sulfat-xquq fuq 316 għantijiet tal-istainless steel f'ilma-sulfat, b'temperatura għolja-. L-ewwel, żomm il-pH tal-ilma bl-ingrossa 'l fuq minn 8.0 bl-użu ta' idrossidu tas-sodju jew żieda ta 'karbonat tas-sodju. F'pH 8.5, ir-rata tal-iskala tas-sulfat tal-kalċju tonqos b'madwar 60%, u l-iskala li tifforma hija inqas aderenti minħabba l-ko-preċipitazzjoni tal-karbonat tal-kalċju, li żżid il-porożità. It-tieni, implimenta skeda ta 'tneħħija ta' skala mekkanika qabel ma sseħħ akkumulazzjoni sinifikanti. Kejl ultrasoniku tal-ħxuna tal-iskala kull 500 siegħa jippermetti t-tneħħija permezz ta' tfarfir mekkaniku jew bi pressjoni għolja -ilma bil-ġett meta l-ħxuna tal-iskala tilħaq 0.3 mm. It-tielet, għal servizz kontinwu 'l fuq minn 105 grad fejn l-iskala ma tistax tiġi evitata, aġġorna l-materjal tal-għant għal titanju Grad 7 (li jirreżisti l-korrużjoni tal-xquq anke taħt skali tas-sulfat) jew għal azzar inossidabbli duplex 2205 (li għandu numru ekwivalenti ta' reżistenza għall-pitting ogħla u prestazzjoni aħjar f'ambjenti tas-sulfat-klorur). Dejta fuq il-post minn ħiters ta' l-ilma ġeotermali (120 grad, 500 ppm SO₄²⁻, 150 ppm Cl⁻) turi li 316 għantijiet ta' l-istainless steel fallew fi 8–14-il xahar, għantijiet duplex 2205 damu 24–36 xahar, u titanju baqgħu ħielsa mill-korrużjoni tat-titanju Grade {3}8}7. xhur. Għal applikazzjonijiet fejn l-aġġornament tal-liga ma jkunx fattibbli u t-tneħħija tal-iskala ma tistax titwettaq, l-ispeċifikazzjoni ta '316 għant bi ħxuna tal-ħajt ta' 2.5–3.0 mm tipprovdi allowance ta 'korrużjoni li testendi l-ħin tal-perforazzjoni għal 24-36 xahar, għalkemm dan l-approċċ biss idewwem, mhux jipprevjeni, falliment eventwali.
