황산염-대-염화물 비율과 온도의 어떤 조합에서 316 스테인리스강 히터 덮개가 시뮬레이션된 냉각탑 물에서 수동 상태로 유지됩니까?

염화물에 의해 유발된 공식에 대한 황산염 이온의 억제 효과

냉각탑 물 시스템의 316 스테인리스강 클래드 전기 가열 튜브의 경우, 재순환수의 황산염 이온(SO4 2-) 대 염화물 이온(Cl-)의 비율은 일반적으로 공식 부식 시작을 결정하는 데 절대 염화물 수준보다 더 관련성이 높습니다. 황산 이온은 316 스테인리스강 부동태 피막의 흡착 부위를 놓고 염화물 이온과 경쟁합니다. 특정 임계값(온도에 따라 중량 기준으로 일반적으로 3:1 ~ 5:1) 이상의 황산염/염화물 비율에서 부동태 피막은 일반적으로 공식을 유발하는 염화물 농도가 존재하는 경우에도 안정적입니다. 이 수준 아래에서는 염화물이 지배적이며 구멍이 생기기 시작합니다. 이 문서는 일반 냉각탑 온도(30~60도)에서 316 외장에 필요한 황산염-대-염화물 비율을 추정하고 신뢰할 수 있는 히터 성능을 위한 수화학 사양의 기초를 제공합니다.

패시브 필름의 경쟁적 흡착 메커니즘.

The passive coating on 316 stainless steel (mostly chromium oxide with enrichment of molybdenum) has a positive surface charge in neutral to slightly alkaline solutions. Chloride ions are tiny and highly polarisable and are strongly adsorbed on the film surface. Once adsorbed, chlorides locally decompose the film by generating soluble chloro-complexes with chromium and iron ions and act as initiation sites for pitting. Sulphate ions are also adsorbed on the passive film but do not induce film rupture. Instead they compete for adsorption sites with chlorides thereby preventing the access to chlorides. The competitive adsorption is described by a Langmuir isotherm: the effective chloride concentration at the surface of the film is lowered by a factor which depends on the sulphate concentration. The critical sulphate to chloride ratio is the threshold at which the sulphate adsorption exceeds the chloride adsorption to the point of inhibiting the chloride driven film breakup. For 316 stainless steel at 50 0C the crucial ratio is about 3:1 (by weight three parts sulphate to one part chloride). The ratio may be as low as 1.5:1 at 30 °C. At 70 °C the ratio must be >5:1. 80도 이상에서는 황산염 비율이 높아도 구멍이 완전히 방지되지 않을 수 있습니다. 왜냐하면 염화물 흡착의 동역학이 황산염 흡착의 동역학보다 빠르기 때문입니다.

냉각탑 물의 피팅을 방지하기 위한 임계값 정량화

시뮬레이션된 냉각탑 물(pH 7.5~8.5, CaCO₃로 알칼리도 100~300ppm, 염화물 및 황산염 농도 변화)에서 316 스테인리스강을 체계적으로 전기화학적으로 테스트한 결과 5+년 동안 피팅을 방지할 수 있는 온도와 황산염 대 염화물 비율 조합이 밝혀졌습니다. 아래 표에는 안전 작업 구역과 피팅 위험 구역이 나와 있습니다.

온도(도) 황산염-대-염화물 비율(wt/wt)염화물 농도(ppm) 피팅 위험(5년 서비스)권장 조치
30 >1.5:1 <1000 No pitting Acceptable 30 0.8-1.5:1 200-1000 Low risk, mild pitting possible Monitor every 2 years 30 <0.8:1 Any High risk Add sulphate or decrease chlorides
40 >2.0:1 <800 No pitting Acceptable 40 1.0-2.0:1 200-800 Moderate risk Add sulphate or upgrade to 316L 40 <1.0:1 Any High risk Not recommended 50 >3.0:1 <500 No pitting Acceptable 50 1.5-3.0:1 200-500 Moderate-high risk Requires treatment 50 <1.5:1 Any High risk 316 unsuitable 60 >5.0:1 <300 No pitting Acceptable with monitoring 60 2.0-5.0:1 100-300 High risk 316 marginal; consider duplex 60 <2.0:1 Any Very high risk 316 not suitable 70 >8:1 <200 Marginal Not recommended for 316 70Any Any High riskUpgrade to Duplex 2205 or Titanium >80 모두 모두 고위험 316 비율에 관계없이 부적절
히터를 보호하기 위한 실용적인 물 화학 교정

냉각탑 물 분석 결과 황산염/염화물 비율이 안전 수준 미만인 것으로 나타났습니다. 세 가지 화학적 변화로 인해 316개의 히터를 보호할 수 있습니다. 기본적이고 가장 널리 사용되는 방법은 황산나트륨(Na2SO4)을 첨가하여 황산염 농도를 높이는 것입니다. 50도에서 염화물 400ppm을 사용하는 시스템의 경우 최소 비율 3:1에는 목표 황산염 농도 1200ppm이 필요합니다. 이 목적을 달성하기 위해 황산나트륨(황산염 중량 기준 48%)을 약 1,800ppm 수준으로 첨가합니다. 비용은 저렴하고 황산염은 부식성이 없고 환경적으로 허용 가능합니다.- 두 번째 조정은 pH를 높이는 것(수산화나트륨에 의해 7.5에서 8.5-9.0)으로, 이는 패시브 필름의 안정성을 증가시키고 필요한 황산염-대 염화물 비율을 ~ 30%만큼 감소시킵니다. 최종 조정은 아연 또는 인산염 기반 부식 억제제를 추가하는 것입니다. 이러한 억제제는 패시브 필름에 흡착되어 추가적인 보호 기능을 제공하여 비율 요구 사항을 40-50%까지 줄입니다.

황산-염화물 불균형으로 인한 피팅 현장 진단

냉각탑 서비스에 포함된 히터 316개. 황산염-대-염화물 비율이 낮으면 중간 정도의 염화물 수준(200-500ppm)에서도 구멍이 생길 수 있습니다. 물 분석은 염화물(이온 크로마토그래피 또는 질산은 적정법)과 황산염(중량법 또는 탁도법)에 대해 이루어져야 합니다. 비율이 작동 온도 표의 임계값보다 작으면 염화물 우세로 인해 공식이 발생할 가능성이 높습니다. 구덩이 자체는 종종 고염화물 환경에서 발견되는 깊고 넓은 간격의 구덩이보다는 작고(0.1-1.0mm) 얕고(깊이 0.1-0.3mm) 움푹 들어간 부분이 많습니다. 이는 패시브 필름이 여러 지점에서 분해되지만 황산염 흡착 경쟁에 의해 부분적으로 복원되어 몇 개의 큰 구멍이 아닌 많은 작은 구멍이 생기기 때문입니다. 이러한 시스템에서는 안전한 비율을 만들기 위해 황산염을 사용하면 더 이상의 구멍이 뚫리는 것을 방지할 수 있지만 기존 구멍은 응력 집중 지점으로 유지됩니다.

결론: 일관된 냉각탑 히터 서비스를 위한 황산{0}}대-염화물 비율 관리

황산염 대 염화물 비율은 패시브 코팅이 그대로 유지되는지 또는 피팅이 시작되는지 평가하기 위해 냉각탑 수자원 시스템의 316 스테인리스강 클래드 히터에 대한 중요한 물 화학 매개변수입니다. 50도에서 최소 비율은 3:1(황산염:염화물 중량 기준)입니다. 5년 이상 서비스를 제공합니다. 필요한 비율은 온도가 증가하면 극적으로 증가하며 70도 이상에서는 316을 권장하지 않습니다. 냉각탑 작동을 위한 히터를 지정하는 엔지니어는 완전한 수질 화학 분석을 수행하고, 작동 온도를 평가하고, 황산염 수준이나 억제제 프로그램을 조정하여 필요한 비율을 유지해야 합니다. 여기에 제공된 접근 방식은 구매자가 황산염-대-염화물 비율과 온도를 정량화된 공식 위험과 연관시켜 316 보호관의 조기 공식 실패 위험을 줄이는 수처리 프로그램을 지정하는 데 사용할 수 있습니다.