供給水の溶存酸素濃度と pH の特定の組み合わせによって、316 ステンレス鋼ヒーター シースは流量に影響を受けます-高速ボイラー給水中で 200 度で加速腐食 (FAC) が発生します-

高純度高温水による不動態皮膜の溶解

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 (>5m/秒）。この論文では、200 度で 316 個のシースでの FAC 開始の溶存酸素と pH 閾値を評価しています。

不動態皮膜の高温溶解メカニズム

-高温水（200 度）では、316 の不動態皮膜は酸化クロム (Cr₂O₃) と鉄クロムスピネル (FeCr₂O₄) の二重層になります。これらの酸化物は、その溶解度に関して pH および溶存酸素に非常に敏感です。脱気時（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) 酸化クロムは、クロム酸塩 (CrO 2-) またはクロム酸塩 (CrO 4 2-) として溶解します。低い pH では (<6.0) the film dissolves into Cr3+ ions. High flow velocity (>3-5 m/s) は溶解種を絶えず除去し、再不動態化を防止し、高い溶解速度を維持します。 316 の FAC の活性化エネルギーは約 40 ～ 60 kJ/mol です。つまり、腐食速度は 150 度を超えると 15 ～ 25 度ごとに 2 倍になります。

高速水中での 200 度での定量化された FAC 閾値は 316-

以下に、溶存酸素、pH、流速を変化させた 200 度の制御ループ試験における 316 ステンレス鋼の腐食速度と薄肉化挙動を示します。

溶存酸素 (ppb) 200 度での pH 流速 (m/s) 主要な酸化物の溶解度 FAC 速度 (mm/年) 0.5 mm の壁の損失までの時間 (時間) 200 度の使用を推奨<5 (deaerated) 6.5-7.5 Any Minimal <0.02 >25,000 はい<5 7.5-8.5 <3 Minimal <0.02 >25,000 はい<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 クロム酸塩の溶解 0.15-0.40 1、250-3,500 許容不可<5 >10.5 Any Rapid chromite >0.40 <1,250 Unacceptable <5 5.5-6.5 >3 Cr3+ 溶解度 0.10-0.30 1,700-5,000 許容不可<5 <5.5 Any Rapid Cr3+ >0.30 <1,700 Unacceptable
5-20 (low) 8.5-9.5 >3 溶解度の低下 0.03-0.08 6,000-17,000 限界
20-100 (moderate) 8.5-9.5 >5 不動態皮膜の安定化<0.02 >25,000 Yes 20-100 9.5-10.5 >5 Some stabilization 0.02-0.05 10,000-25,000 Acceptable >100Any Any 完全にパッシブ<0.02 >25,000 はい
316 の FAC は流速に大きく依存します。

流速は、不動態皮膜の溶解度を測定された壁薄化に変換する倍率です。以下の表は、200℃、脱気条件、pH 9.2（マージナルゾーン）における速度依存性を示しています。

流速 (m/s) 壁せん断応力 (Pa、推定値)FAC Rate @ 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
200 度の給水加熱器の設計仕様と実際の水の化学

高速ボイラー給水内で 200 度の 316 個のケースに入れられたヒーターは、次の要件によって流れ加速腐食から保護されています。

給水タイプ 目標溶存酸素 (ppb) 推奨 pH、200 度 シースでの最大流速 (m/s) 予想されるヒーター寿命 (年)
全揮発性療法（AVT） - 削減 2-5 8.0-8.5 3.0 8-10
全-揮発性処理（AVT）-酸化50-100 8.0-8.5 5.0 10-15
Oxygenated therapy (OT) 100-300 8.0-8.5 6.0 >15 
リン酸塩処理 5-20 8.5-9.0 3.0 5-8 (モニター)
Any treatment with pH >9.5 N/A >9.5 <2.0 5-10 (316 marginal)
316 ヒーター シースの FAC のフィールド識別

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または<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 (システム全体と互換性がある場合)、またはヒーターをバイパスまたは静止ウェルに配置して流速を制限します。 FAC 感受性はチタンまたは合金 825 に変更することで解消できます。

概要: FAC を防止するための給水の化学的性質と流速管理

200 度のボイラー給水中での 316 ステンレス鋼製ヒーターの流動加速腐食は、脱気条件 (DO) で発生します。<5-10 ppb) in combination with alkaline pH >9.5または酸性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 では不動態皮膜が安定し、FAC が回避されます。ここで示す方法論は、溶存酸素、pH、および流速を 200 度で測定可能な FAC 率に関連付け、購入者が高速ボイラー給水運転時に 316 ヒーター シース上の不動態皮膜を維持する水の化学および水力パラメータを定義できるようにします。