200 ppm の塩化物の存在下で 80 度のシース温度で 316 ステンレス鋼ヒーター チューブのピッチングを引き起こす最大臭化物濃度はどれくらいですか

ハロゲン化物の相乗効果: 孔食促進剤としての臭化物

臭化物は、臭素-ベースの殺生物剤で処理された海水、汽水、工業用冷却水など、塩化物イオンと臭化物イオンの両方を含む水に浸漬された 316 ステンレス鋼で包まれた電熱管の孔食において、異常に攻撃的な役割を果たします。塩化物はよく知られた孔食剤ですが、臭化物は 316 の孔食電位を低下させ、塩化物より 10 ～ 100 倍低い濃度でも孔食の開始速度を速めることができます。- 200 ppm の塩化物を含む水に 10 ppm という低量の臭化物を添加すると、80 度のシース温度で孔食の誘発時間が 50 ～ 70% 短縮されます。相乗効果は、臭化物濃度が 50 ppm を超えると 316 が不活性となる塩化物濃度で孔食を生成することです。この研究では、混合ハロゲン化物環境における 316 個のシースでの孔食開始の閾値臭化物濃度を計算します。

臭化物-による孔食の相乗メカニズム

臭化物イオンは塩化物イオンよりも大きく分極しやすいため、不動態皮膜表面により強く吸着します。酸化クロムのコーティングは、吸着後に可溶性のブロモ-錯体の形成によって破壊されます。しかし、臭化物単独では、サイズが大きくなると成長するピット内での移動性が低下するため、同じ濃度の塩化物よりも孔食剤の効果が低くなります。両方のハロゲン化物が存在する場合に相乗効果が得られます。塩化物はピット内部に攻撃的な環境（高濃度、高移動度、低 pH）を提供し、臭化物は不動態皮膜が破壊される可能性を低下させ、かなり低い総ハロゲン化物濃度でピットを開始できるようにします。混合塩化物-臭化物溶液中の 316 の孔食電位 (E_pit) は線形です: E_pit=E_0 - k_Cl × log[Cl⁻] - k_Br × log[Br⁻]、k_Br は k_Cl の約 3 ～ 5 倍であり、臭化物の各 ppm は塩化物の各 ppm よりも 3 ～ 5 倍有害であることを意味します。孔食抵抗を減少させます。

80 度の混合塩化物-臭化物水中での孔食の閾値の測定

以下の孔食開始境界は、316 ステンレス鋼 (電解研磨仕上げ) を、異なる臭化物濃度の 200 ppm 塩化物溶液中で 80℃、1,000 時間後に制御された定電位試験から決定されました。

臭化物濃度 (ppm) 塩化物濃度 (ppm) 総ハロゲン化物 (ppm) 孔食開始時間 (時間、80 度) 1000 時間後の最大孔食深さ (μm) 穿孔までの時間 (壁 1.5 mm) 80 度の使用を推奨<1 200 <201 >10,000 <10 >30 yearsYes 1-5 200 201-205 5,000-10,000 10-30 15-30 years Yes 5-10 200 205-210 2,500-5,000 30-60 8-15 yearsAcceptable with supervision 10-20 200 210-220 1,000-2,500 60-120 4-8 years Marginal 20-30 200 220-230 500-1,000 120-200 2-4 yearsUnacceptable Unacceptable 200-500 200-350 1-2 years 200 230-250 30-50 100-200 350-600 6-12 months 200 250-300 50-100 >Not recommended100 200 >300 <100 >600 <6 months Unacceptable
温度が臭化物の攻撃性に与える影響

臭化物によるダメージは、暖かさとともに急速に増大します。 5 年間の寿命では、臭化物の最大許容濃度は 60 度で約 50 ppm (200 ppm Cl⁻) です。 80℃では10～15ppmに低下します。 5 ppm の臭化物でも 90 度で 2 ～ 3 年で孔食が観察されます。

温度 (度) 5- 年間の最大臭化物寿命 (200 ppm Cl 存在時、ppm) 推奨処置
50 > 100 (無限)60 50 特別なアクションなし 70 25 許容可能 80 12 臭化物を減らすか合金を改善する 90 5 316 限界;二重 100 へのアップグレード<2 316 unsuitable
臭化物を使用したサービスにおける実際的な水質基準

塩化物と臭化物の両方を含む水中の 316 シーズヒーターの場合、臭化物の測定量には次の基準が適用されます。

臭化物濃度 (ppm) 塩化物濃度 (ppm) 5 年間の寿命の最大シース温度 (度) 推奨材質<5 <500 90 316 (electropolished) 5-10 <300 85 316L with monitoring 5-10 300-500 75 316L marginal; consider duplex
10-25 <200 75 Duplex 2205 10-25 200-500 65 Duplex 2205 25-50 <200 65 Duplex 2205 or Alloy 825 >50 任意の任意のチタンまたは合金 C-276
臭化物誘発の孔食場の同定

臭化物-塩化物相乗ピットは、多くの場合、316 の塩化物-のみのピットに見られる結晶学的ファセットではなく、滑らかで輝かしい内部を備えた半球形です。ピット密度は、多くの場合、塩化物-のみのピット（1-10 ピット/cm2）よりも大きくなります（10-50 ピット/cm2）。ピット内の腐食生成物のエネルギー分散型 X 線分光法 (EDS) では、塩素と臭素の両方が検出されることがよくあります。中程度の塩化物 (200 ～ 500 ppm) を含むが、総ハロゲン化物が予想外に少ない水中でヒーターが早期に故障する場合は、臭化物を評価する必要があります。臭素ベースの殺生物剤 (BCDMH など) を使用する多くの水処理施設では、消毒後に臭素イオンに変換される残留臭素レベルが保持されます。

結論: 目に見えない穴の脅威であるブロマイド - の管理

For 316 stainless steel encased heaters in 80°C water with 200 ppm chloride, pitting initiation time is reduced from >臭化物濃度が 10～15 ppm を超える場合、10,000 時間～1,000-2,500 時間、2～4 年で穴あきが発生します。臭化物の各 ppm は、同等の塩化物 ppm の約 3 ～ 5 倍有害です。海水、汽水、または殺生剤処理された冷却水で 316 シースを指定する場合、エンジニアは塩化物試験だけでなく臭化物分析も行う必要があります。臭化物が 10 ppm を超える場合は、出力密度を下げた duplex 2205 または電解研磨 316L にアップグレードすることをお勧めします。ここで提案されているフレームワークにより、購入者は臭化物含有量と定量化された孔食開始期間を関連付けることができるため、混合ハロゲン化物加熱サービスにおいてしばしば隠されているこの相乗効果を発見して軽減することができます。