산소 제거제 농도(아황산염/히드라진)와 pH의 특정 조합 하에서 316 스테인레스 스틸 히터 외장은 150도 보일러 급수에서 수동 부식에서 활성 부식으로 전환됩니다.

고온수에서 환원제-로 인한 부동태 파괴

In boiler feedwater service, the addition of oxygen scavengers, such as sodium sulphite (Na2SO3) or hydrazine (N2H4), to 316 stainless steel clad electric heating tubes is utilised for the removal of dissolved oxygen and prevention of corrosion of carbon steel components. But these lowering chemicals can have adverse effects on 316 SS at elevated temperatures. At 150 C (average temperature of deaerated feedwater heaters) sulphite is decomposed to Sulphide (S2-) and Thiosulphate (S2O3 2-). Hydrazine is decomposed to Ammonia (NH3). Both breakdown products can decrease the stability of the passive film on 316. The passive coating becomes active and the corrosion becomes uniform with rates of 0.5-2 mm per year when the concentration of the oxygen scavenger is above a critical value-sulfite >10-20 ppm or hydrazine >5-10 ppm-combined with alkaline pH (>9.5) 또는 산성 pH(<6.0). In this work, critical concentration thresholds for sulphite and hydrazine for passivity breakdown at 150°C are quantified.

산소 제거제-로 인한 수동성 손실 메커니즘

At high temperature (>100도) 아황산나트륨 분해: 4Na2SO₃ → 3Na2SO₄ + Na2S 생성된 황화물(S2−)은 강력한 환원제이며 수동 산화 크롬 코팅과 반응하여 비{5}}보호 황화 크롬(CrS, Cr2S3)을 생성할 수 있습니다. 티오황산염(S2O3 2-)도 형성되며 스테인리스강의 구멍 및 SCC에 대한 특정 활성화제로 인식됩니다. 히드라진의 분해 3N2H4 → 4NH3 + N2 암모니아(NH 3 )는 니켈 이온(Ni4+ 또는 Ni 2+ )과 결합하여 부동태 피막과 합금 표면에서 선택적으로 니켈을 침출시켜 내식성이 떨어지는 니켈- 고갈층을 생성합니다. 두 공정 모두 낮은 pH(용액에 황화물을 H2S로 유지하기 위해) 또는 높은 pH(암모니아 착화합물을 증가시키기 위해)가 필요합니다. 중성 pH(6.5-8.0)에서는 이러한 부작용이 최소화됩니다.

150C에서 정량화된 수동성 분석

다양한 아황산염 및 히드라진 농도에서 150도 탈기수(NaOH 또는 NH4OH로 pH 조정)에서 316 스테인리스강의 부식 속도 및 부동태 손실까지의 시간이 통제된 테스트를 통해 결정됩니다.

탈산소 농도 (ppm) pH 150도 부식률 (mm/yr) 주요 분해 생성물 0.2 mm 금속 손실까지의 시간 (시간) 패시브 필름 안정성 권장 150도
아황산나트륨<2 7.0-9.0 Low decomposition <0.02 >10,000 안정적 예
아황산나트륨 2-5 7.0-9.0 미량 S²⁻/S²O₃²⁻ 0.02-0.05 4,000-10,000 약간 저하됨 허용됨
아황산나트륨 5-10 7.0-9.0 10-30ppm S 2- 필적할 만한 0.05-0.10 2,000-4,000 한계 모니터
아황산나트륨 10-20 8.0-9.5 30-60ppm S2-당량 0.10-0.30 700-2,000 저하 권장되지 않음
Sodium sulfite 10-20 >9.5 또는<6.0 Accelerated S2- release 0.30-1.00 200-700 Unstable No
Sodium sulfite >20 Any >60 ppm S2- >1.00 <200 Active corrosion Unacceptable
히드라진<1 7.0-9.0 Minimal NH3 <0.02 >10,000 안정적 예
히드라진 1-3 7.0-9.0 1-5ppm "NH₃ 0.02-0.05 4,000-10,000 약간 저하됨 허용됨
히드라진 3-5 7.0-9.0 5 ~ 10ppm NH3 0.05-0.10 2,000-4,000 한계 모니터
히드라진 5-10 8.0-9.5 10-20ppm NH₃ 0.10-0.25 800-2,000 저하됨 권장되지 않음
Hydrazine 5-10 >9.5 강화된 Ni 착화합물 0.25-0.60 300-800 불안정 아니요
Hydrazine >10 Any >20 ppm NH3 >0.60 <300 Active corrosion Unacceptable
산소 제거제 농도와 상호작용의 임계 pH-C

허용되는 탈산소제 농도는 150도에서 pH에 따라 크게 달라집니다. 다음은 다양한 pH 범위에서 최대 권장 농도 표입니다.

최대 아황산나트륨(ppm) pH @ 150도 최대 히드라진(ppm) 주요 실패 메커니즘권장 조치 초과 시 6.0-6.5 3 2산-유발 희석 제거제 감소 또는 pH 조정
5 3 6.5-7.5 혼합 허용됨
7.5-8.5 8 4 최소 허용 가능
8.5-9.0 5 3 암모니아 복합체주의
9.0-9.5 3 2 암모니아 착물 하부 제거제
9.5-10.0 2 1 Strong Ni leachingUpgrade to 316L or Alloy 825 >10.0 <1 <0.5Rapid active corrosion 316 not suited 
보일러 급수 히터의 수질 화학에 대한 실제 사양

150도에서 탈기된 보일러 급수의 경우, 316 외장 히터에 장기적인 수동적 안정성을 제공하려면 산소 제거제 및 pH에 대한 다음 기준이 필요합니다.-

시스템 유형 목표 용존 산소량(ppb) 권장 산소 제거제 최대 농도(ppm)150도 권장 pH 예상 히터 수명(년)
저압보일러(<15 bar) <100 Sodium sulfite 5-8 8.0-8.5 >10
중압 보일러(15-30bar) 50 아황산나트륨 4-6 8.0-8.5 8-12
High pressure boiler (>30바)<20 Hydrazine 2-4 8.5-9.0 5-10
Very high pressure (>60 bar) 10 히드라진 + 암모니아 1-2 9.0-9.2 5-8 (316L로 업그레이드)
산소 제거제로 인한 부식 현장에서의 식별

316 히터가 가속화된 균일 부식(공식과 반대)으로 인해 보일러 급수 작업에 실패하는 경우 산소 제거제 과잉 공급을 고려하십시오. 외피 표면은 식별 가능한 구멍이나 균열 없이 일반적으로 낭비됩니다. 부식 생성물은 니켈 화합물로 인해 녹색을 띠는 검은색(Fe 3 O 4 )을 나타낼 수 있습니다. 10ppm을 초과하는 아황산염 또는 5ppm을 초과하는 히드라진에 대한 수질 화학 일지를 검토합니다. 부식 생성물의 X-선 회절 분석을 통해 아황산염 분해가 원인인 경우 황화니켈(NiS)을 확인할 수 있습니다. 해결책은 용존산소를 목표 이하로 유지하는 데 필요한 최소한의 산소 제거제를 공급하고 pH를 중성 범위(7.5-8.5)로 조정하는 것입니다. 장기간 폐품 과다 공급이 있는 경우 니켈이 더 많은 합금 825 또는 316L로 전환하십시오.

결론: 산소 제거 또는 안정적인 부동태 피막

150도의 보일러 급수에 있는 316 스테인리스강 내장형 히터의 경우 패시브 필름 파손을 피해야 하며 이를 위해서는 산소 제거제 농도를 신중하게 제어해야 합니다. 8-10ppm을 초과하는 농도의 아황산나트륨은 황화물-에 의해 Cr/sub 2/O/sub 3/가 비보호 크롬 황화물로 전환되고 0.1~0.3mm/년의 일관된 부식 속도가 발생합니다. 3-5ppm보다 높은 히드라진 농도는 암모니아로 인한 니켈 침출 및 부동태 피막 열화를 유발합니다. 탈기된 급수 서비스를 위해 316 보호관을 지정하는 엔지니어는 아황산염을 최소화해야 합니다.<8 ppm (ideally 5 ppm) and hydrazine to <4 ppm (preferably 2 ppm) and maintain pH between 7.5 and 8.5. The framework given here connects oxygen scavenger concentration and pH to measurable corrosion rates at 150°C. This allows the buyer to select water treatment plans that safeguard the carbon steel components (by oxygen removal) and the 316 heater sheaths (by avoiding overfeed of reducing agents).