pH と遊離塩素の特定の組み合わせの下で、50 度の 1,000 ppm 塩化物水中で 316L ヒーター シースが 2 年間で耐孔食性から急速な穿孔に移行します。

温塩化物サービスの消毒剤による孔食の加速限界

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes used in warm (50°C) chloride-containing water with residual chlorine disinfection-such as municipal hot water return lines, treated industrial effluents, or swimming pool heat exchangers-the combination of free chlorine (HOCl/OCl⁻) and pH dramatically accelerates pitting compared to chloride alone. At 50°C, 1000 ppm chloride is typically in the passive range for 316L (no pitting expected for >10 years). Free chlorine additions of 1-3 ppm, however, alter the pitting potential to more negative values and at pH values below 7.0 (where HOCl is the dominant species), pitting can commence within 6-12 months and perforate a 1.5 mm wall within 2 years. The crucial combination for 2-year perforation is: free chlorine >1.5ppmおよびpH<7.0 at 50 °C. OCl- is less aggressive - even 3 ppm free chlorine at pH >8.0 is tolerated. Pitting occurs 1-3 years at pH 7.0-7.5 and chlorine >2ppm。この記事では、温塩化水中での 316L シースの pH-塩素-穿孔時間の接続を推定しています。

塩素-孔食メカニズムの加速

水中の遊離塩素は、pH で次亜塩素酸 (HOCl) として存在します。<7.5 and hypochlorite ion (OCl^-) at pH >7.5。 HOCl は、ステンレス鋼の不動態皮膜にとってより強力な酸化剤です。加熱された塩化物水中の 316L 表面は、不動態皮膜への塩化物吸着により局所的に弱められます。塩素を添加すると、重大な陰極反応 (HOCl + 2H + 2e → Cl + H2O) が引き起こされ、腐食電位 (開回路電位、OCP) がより高い (より貴な) 値に押し上げられます。 OCP が孔食電位 (Epit) よりも高い場合、安定した孔食が始まります。 1000 ppm Cl- 中の 316L のエピトは、50 度で Ag/AgCl に対して約 +200 ～ +300 mV です。塩素は、濃度と pH に応じて、OCP を -50 ～ +150 mV、+250 ～ +400 mV まで増加させます。 pHで<7.0 the OCP can be higher than Epit and spontaneous pitting occurs.

定量化された pH-塩素-50°C、1000 ppm Cl での穿孔時間-

制御された浸漬試験により、異なる遊離塩素とpHを使用した50度、1,000 ppmのCl-水中での316L（電解研磨、Ra=0.2μm）の孔食の開始と穿孔の時間が決定されました。

遊離塩素 (Cl₂ としての ppm) pH (50 度で) 主要な種 OCP (mV 対 Ag/AgCl) ピット (mV 対 Ag/AgCl) 孔食開始時間 (月) 穿孔までの時間 (壁 1.5 mm、月) 合計 2 年間の穿孔リスク 50 度での使用を推奨<0.1 6.5-8.0 None -50 to +50 +200 to +300 >60 >120 None Yes 0.5 7.5-8.0 OCl⁻ +50 to +100 +220 to +300 >48 >96 なし はい 0.5 6.5-7.0 混合 +100 ～ +150 +210 ～ +280 36-48 72-96 低 はい 1.0 7.5-8.0 OCl⁻ +80 ～ +130 +210 ～ +280 36-60 72-120 低 はい 1.0 7.0-7.5 混合 +120 ～ +180 +200 ～ +260 24-36 48-72 中程度 許容可能
1.0 6.5-7.0 HOCl 優勢 +160 ～ +220 +190 ～ +250 12-24 24-48 高 限界 1.5 7.5-8.5 OCl- +100 ～ +160 +200 ～ +270 30-48 60-96 低-中程度 許容可能 1.5 7.0-7.5 混合 +150 ～ +220 +180 ～ +250 12-24 24-48 高 推奨しない
1.5 6.5-7.0 HOCl +200 ～ +280 +170 ～ +230 6-12 12-24 重度 いいえ 2.0 7.5-8.5 OCl - +120 ～ +190 +190 ～ +260 24-36 48-72 中度 モニタリングで許容可能 2.0 7.0-7.5 混合 +190 ～ +260 +170 ～ +230 8-16 16-32 高 推奨されない 2.0 6.5-7.0 HOCl +250 ～ +350 +160 ～ +210 3-6 6-12重度の OCl なし 3.0 7.5-8.5 OCl - +150 ～ +230 +180 ～ +250 18-30 36-60 中程度の限界 3.0 7.0-7.5 混合 +230 ～ +320 +160 ～ +220 5-10 10-20 高-重度 No3.0 あらゆる HOCl/OCl > +250 < +200<3 <6 Very severe No
閾値温度依存性

高温により、孔食の臨界塩素濃度が低下します。

温度 (度) pH 7.5 (OCl- が優勢) pH 7.0 (混合) pH 7.5 (ppm) での 5 年間の最大塩素寿命 pH 7.0 (ppm) での 5 年間の最大塩素濃度 30 1.5 1.0 2.5 1.5 40 1.5 1.0 2.2 1.2 50 1.0-1.5 0.8-1.0 1.5-2.0 1.0 60 1.0 0.5-0.8 1.2 0.8 70 0.5-0.8 0.3-0.5 1.0 0.5
温塩化物-塩素サービスに関する実際的な推奨事項

以下の pH および塩素管理要件は、1,000 ppm の塩化物および遊離塩素残留物を含む 50 度の水中の 316L シーズヒーターに適用されます。

サービスの種類 pH 範囲 最大遊離塩素 (ppm) ヒーターの予想寿命 (年) 推奨処置
市営熱水 (安定した pH) 7.5-8.5 1.5 5-8 許容可能
地方自治体向け (pH 7.0-7.5) 7.0-7.5 1.0 5-8 許容可能
地方自治体 (pH 7.0-7.5) 7.0-7.5 1.5-2.0 2-4 推奨されません
スイミングプール (pH 7.2-7.8) 7.2-7.8 1.0-1.5 3-5 限界 (モニター)
工業用冷却 (pH 6.5 ～ 7.5) 6.5-7.5 0.5 5-10 pH 制御が必要
pH があれば何でも<7.0 <7.0 <0.5 5-10 Increase pH or dechlorinate
Any >8.5 >8.5 <3.0 5-8 Acceptable (scale risk)
塩素によって加速されるフィールド孔食

Pitting of a 316L heater in heated chloride water (500–1,500 ppm Cl-) with chlorine residual is normally characterised by small (0.2–1.0 mm diameter), numerous (10–50 pits per cm2) and uniformly distributed pits. The pits are frequently rimmed by a bright cathodic ring with a dark brown or black center (manganese oxide from breakdown of inclusions). Water chemistry records will indicate free chlorine >1 ～ 2 ppm および pH<7.0-7.5. The fix is to elevate pH to 7.5-8.5 with sodium hydroxide, remove chlorine to 1 ppm or upgrade to titanium or Alloy 625.

結論: 急速な孔食を防ぐための pH と塩素の管理

Free chlorine at >pH で 1 ～ 1.5 ppm<7.0-7.5 produces pitting commencement in 6-12 months and perforation in 2 years for 316L stainless steel heater sheaths in 50°C water with 1,000 ppm chloride. At pH >7.5-8.0, 2-3 ppm chlorine can be tolerated, because OCl- is less aggressive. Engineers specifying 316L sheaths for warm chlorinated systems must maintain pH >7.5 (理想的には 7.8-8.2) および遊離塩素<1.5 ppm for 5 years life. If chlorine >2ppmまたはpH<7.0 cannot be avoided duplex 2205 or titanium upgrade is necessary. The methodology given here relates pH, free chlorine concentration and pitting perforation time at 50°C in 1,000 ppm chloride and allows buyers to define water treatment schemes that prevent disinfectant-accelerated pitting failure.