400 daraja va 25 MPa haroratdagi superkritik suvdagi harorat va bosimning qanday o'ziga xos kombinatsiyasi ostida 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan isitgich qoplamasi passivdan faol oksidlanish va korroziyaga o'tadi

Suvning muhim nuqtasi yaqinida noodatiy korroziya harakati

The corrosion behaviour of 316 stainless steel sheathed electric heating tubes used in supercritical water oxidation (SCWO) systems, supercritical water reactors, or advanced power generation cycles, in which water is heated above its critical point (374°C, 22.1 MPa), is fundamentally different from subcritical aqueous corrosion. In normal supercritical water conditions, 400°C and 25 MPa, the peculiar properties of supercritical water (low dielectric constant, high diffusivity, non-polar nature) create a highly oxidising environment. At crucial combinations of temperature and pressure, that rely on the concentration of dissolved oxygen, 316 stainless steel changes from the formation of protective chromium oxide to the growth of fast, non-protective iron oxide. Under conditions of dissolved oxygen >400 gradusda 1-2 ppm va 25 MPa, 316 parabolik oksidlanish darajasi bilan nozik, himoya Cr_2O_3 qatlamini ko'rsatadi.<0.01 mm/year. At temperatures over 420-450°C at the same pressure, or at oxygen concentrations below 0.1 ppm (reducing conditions), the protective coating breaks down and linear oxidation rates of 0.2-1.0 mm/year occur. This article calculates the temperature-oxygen threshold for the passive-to-active transition of 316 in supercritical water at 25 MPa.

Superkritik suvda oksidlanish mexanizmi (SCW)

Superkritik suv (SCW) zich suyuqlik bo'lib, uning xususiyatlari suyuqlik va gazning o'rtasida joylashgan. Bu qutbsiz erituvchidir, chunki uning past dielektrik o'tkazuvchanligi (≈6 400 ga nisbatan 25 gradusda ≈80 ga nisbatan) va ion turlari (shu jumladan zanglamaydigan po'latdan korroziya mahsulotlari) juda cheklangan eruvchanlikka ega. Asosan, SCWdagi korroziya mexanizmi yuqori haroratli gaz fazali oksidlanishdir, ammo yaqin kritik zichlik tebranishlarining qo'shimcha murakkabligi bilan. Oksidlanish sharoitida (yuqori darajada erigan kislorod, odatda qo'shilgan O2 yoki suvning radiolizi natijasida) 316 ichki Cr2O3 qatlami va tashqi Fe3O4 (magnetit) qatlami bilan dupleks shkalasini rivojlantiradi. Agar Cr 2 O 3 qatlami uzluksiz bo'lsa, himoya olinadi. Qaytaruvchi holatlar mavjud bo'lganda (kislorodning yomonligi, odatda korroziya natijasida hosil bo'lgan vodorod tufayli yoki deoksigenatsiya vositasi sifatida AOK qilingan) Cr 2 O 3 qatlami beqarorlashadi va Fe 3 O 4 tez ko'tariladi. 25 MPa da ~450 darajadan yuqori haroratlarda kislorodning yuqori miqdori tez oksidlanishning oldini olmaydi, chunki tezlikni cheklash bosqichi xromning oksid orqali tarqalishiga aylanadi.

400 daraja, 25 MPa da SCW oksidlanish harakatini miqdoriy aniqlash

Superkritik suv oksidlanish tezligi va o'tish chegaralarini aniqlash uchun o'zgaruvchan haroratda va erigan kislorodda o'ta kritik suvda 25 MPa da 316 zanglamaydigan po'latdan nazorat qilinadigan avtoklav sinovidan foydalandik.

Harorat (F daraja) Erigan kislorod (ppm) Bosim (MPa) Asosiy masshtab turi hosil bo'lgan oksidlanish darajasi (mm/y) 0,2 mm gacha bo'lgan vaqt Metall yo'qotish (soat) SCW xizmati uchun tavsiya etiladi 380 0.1-0.5 25 Cr₂O₃ + Fe₃O₄ Ha 03},00-<0.1 25 Fe₃O₄ (magnetite) 0.05-0.10 2,000-4,000 Acceptable 400 1-5 (oxidizing) 25 Cr₂O₃ (thin) 0.008-0.015 13,000-25,000 Yes 400 0.5-1.0 25 Cr₂O₃ + Fe₃O₄ 0.015-0.03 7,000-13,000 Yes 400 0.1-0.5 25 Fe₃O₄ (continuous) 0.04-0.08 2,500-5,000 Marginal 400 <0.1 25 Fe₃O₄ + Fe₂O₃ 0.10-0.20 1,000-2,000 Not recommended 420 1-5 25 Cr₂O₃ (thin, some Fe) 0.020-0.04 5,000-10,000 Acceptable 420 0.5-1.0 25 Fe₃O₄ dominant 0.06-0.12 1,700-3,300 Marginal 420 <0.5 25 Fe₃O₄ + Fe₂O₃ 0.15-0.30 700-1,700 Not recommended 450 5-10 25 Cr₂O₃ (thin, but Fe oxide spalls) 0.05-0.10 2,000-4,000 Marginal 450 1-5 25 Fe₃O₄ (thick, spalls) 0.15-0.30 700-1,700 Not recommended 450 <1 25 Fe₃O₄ + FeO 0.30-0.60 300-700 No 480 >10 25 Spalling Fe oksidi 0,30-
Doimiy haroratda bosimning ta'siri

Bosimning oksidlanish jarayoniga ta'siri asosan uning suv zichligi va kislorodning eruvchanligiga ta'siri bilan boshqariladi. Bosim ortishi bilan, doimiy haroratda (400 daraja) past kislorod konsentratsiyasida himoyalovchi oksidlanishdan himoyasiz oksidlanishga o'tish- sodir bo'ladi.

Bosim (MPa) Suv zichligi (g/sm3) 400 daraja (ppm) da Cr2O3 himoyasi uchun minimal kislorod Tavsiya etilgan kislorod darajasi 10 000 soat xizmat qilish muddati 23 0.15 0.8 2-5 24 0.18 1.0 2-5 25 0.21 1.2 3-6 26 0.24 1.5 4-6 27 0.28 2.0 5-8 SCW isitgichlar uchun amaliy maslahatlar

Quyidagi standartlar 400 daraja va 25 MPa da superkritik suv tizimlarida 316 qoplamali isitgichlar uchun passiv oksidlanish harakatini beradi.

Xizmat holati Maksimal harorat (daraja) Minimal erigan kislorod (ppm)Kislorod nazorati Tavsiya etilgan isitish moslamasining kutilayotgan xizmat muddati (soat)
SCWO (oxidative destruction) 400 3-5 Excess O 2 injection >10,000
Superkritik suv reaktori (yadro) 380 0.5-1.0 (H₂ bilan) H₂ O₂ 5000-10000 kamaytirish uchun qoʻshildi
Superkritik qozon (fossil) 420 5-10 Oziqlantiruvchi suv O2 nazorati 5000-8000
Tadqiqot avtoklavi 450 10-20 (O 2 bilan) O 2 sparging 2000-5000
450 daraja yoki undan yuqori 450 daraja yoki undan yuqori Har qanday Tavsiya etilmaydigan qotishma 625
SCW oksidlanishdagi nosozliklar: maydonni aniqlash

O'ta kritik suv ta'minotidagi 316 isitish moslamasining ishdan chiqishi sezilarli darajada temir oksidi shkalasi (qizil{1}}jigarrang Fe2O3 va qora Fe3O4) va devorning sezilarli darajada zaiflashishiga olib keladi. O'lchov qatlamli bo'lishi mumkin, bu tsiklik oksidlanish va parchalanishni ko'rsatadi. Aksincha, passivlangan g'ilof Cr2O3 ning ingichka yopishgan kulrang-yashil qoplamasi bilan qoplanadi. Suv kimyo jurnali tahlili kislorod miqdori passivlik chegarasidan past bo'lganligini aniqlaydi (masalan,<1-2 ppm at 400°C) or temperature excursions above 420-430°C. For these failures the remedy is increase the dissolved oxygen, reduce the operating temperature or upgrade to a nickel based alloy.

Xulosa: SCW xizmati uchun harorat va kislorod nazorati

400 daraja va 25 MPa haroratda o'ta kritik suvda 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan isitgichlar uchun himoyalangan Cr2O3 oksidlanishidan (0,01 mm/yil) himoyalanmagan Fe3O4 oksidlanishiga (0,1{22}}0,3 mm/yil) o'tish eriganida sodir bo'ladi ~2 ppm. 420-430 darajadan yuqori haroratda xromning tarqalishi cheklanganligi sababli yuqori kislorod darajasida himoya Cr 2 O 3 qatlamini yaratish mumkin emas. SCW tizimlari uchun 316 ta qobiqni belgilovchi muhandislar 400 daraja haroratda SCWdagi kislorod kontsentratsiyasini 3{26}}10 ppm gacha nazorat qilishlari va maksimal qobiq haroratini < 420-430 darajadan ushlab turishlari kerak. Yuqori haroratlar yoki pasayish holatlari uchun Alloy 625 (Ni-Cr-Mo) yoki Alloy 690 (Ni-Cr-Fe) ga yangilash kerak. Bu erda keltirilgan ramka xaridorlarga harorat, bosim va erigan kislorodni o'ta kritik suvda o'lchanadigan oksidlanish tezligiga bog'lash orqali eng qiyin SCW sharoitida passiv va oksiddan himoyalangan 316 ta qobiqni belgilash imkonini beradi.