Anba ki konbinezon espesifik nan tanperati ak presyon nan dlo superkritik (SCW) nan 400 degre ak 25 MPa Èske 316 Nerjaveèi aparèy chofaj djenn tranzisyon soti nan pasif oksidasyon aktif ak korozyon

Konpòtman korozyon etranj tou pre pwen kritik dlo a

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 >1-2 ppm nan 400 degre ak 25 MPa, 316 montre yon kouch mens, pwoteksyon Cr_2O_3 ak yon pousantaj oksidasyon parabolik.<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.

Mekanis oksidasyon nan dlo sipèkritik (SCW)

Dlo superkritik (SCW) se yon likid dans ki gen pwopriyete yo nan mitan wout ant sa yo ki nan yon likid ak yon gaz. Li se yon sòlvan ki pa-polè akòz konstan dielectric ki ba li yo (≈6 nan 400 degre kont ≈80 nan 25 degre) ak espès iyonik (ki gen ladan pwodwi yo korozyon nan asye pur) gen solubilite trè limite. Fondamantalman, mekanis korozyon nan SCW se oksidasyon faz gaz tanperati ki wo, men ak konpleksite siplemantè nan tou pre fluctuations dansite kritik. Anba sikonstans oksidasyon (oksijèn ki fonn segondè, anjeneral ki soti nan ajoute O2 oswa nan radyoliz dlo) 316 devlope yon echèl duplex ak yon kouch enteryè Cr2O3 ak yon kouch ekstèn Fe3O4 (mayetit). Si kouch Cr 2 O 3 la kontinyèl, yo jwenn pwoteksyon. Nan prezans sikonstans diminye (move oksijèn, souvan akòz idwojèn ki te kreye pa korozyon oswa sou fòm piki kòm yon ajan deoxygenation) kouch Cr 2 O 3 la destabilize ak Fe 3 O 4 leve vit. Nan tanperati ki plis pase ~ 450 degre nan 25 MPa, gwo kantite oksijèn pa ka anpeche oksidasyon rapid paske etap ki limite pousantaj la vin difizivite chromium atravè oksid la.

Quantifying SCW Oksidasyon Konpòtman nan 400 degre, 25 MPa

Nou te itilize tès otoklav kontwole nan asye pur 316 nan 25 MPa nan dlo superkritik nan tanperati varyab ak oksijèn ki fonn detèmine to a oksidasyon dlo superkritik ak fwontyè tranzisyon.

Tanperati (degre F) Oksijèn ki fonn (ppm) Presyon (MPa) Kalite Echèl Prensipal Jenere To Oksidasyon (mm/y) Tan jiska 0.2 mm Pèt Metal (èdtan) Rekòmande pou Sèvis SCW 380 0.1-0.5 25 Cr₂O₃ + Fe₃O₄ 0.01-0.02 10,000-02 380,000-380,000<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 Eklatman Fe oksid 0.30-
Efè presyon nan tanperati konstan

Se efè presyon sou konpòtman an oksidasyon sitou ki reji pa enfliyans li sou dansite dlo ak solubility oksijèn. Ak presyon ap ogmante, chanjman an soti nan oksidasyon pwoteksyon ak ki pa -pwotektif rive nan pi ba konsantrasyon oksijèn nan tanperati konstan (400 degre).

Presyon (MPa) Dansite dlo (g/cm3) Oksijèn minimòm pou pwoteksyon Cr2O3 nan 400 degre (ppm) Nivo oksijèn rekòmande 10,000 èdtan lavi 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 Konsèy pratik pou aplikasyon pou aparèy chofaj SCW

Estanda sa yo bay konpòtman oksidasyon pasif pou 316 aparèy chofaj kouvri nan sistèm dlo superkritik nan 400 degre ak 25 MPa.

Kondisyon sèvis Tanperati maksimòm (degre) Oksijèn ki fonn min (ppm) Kontwòl oksijèn RekòmandeLavi atann nan aparèy chofaj (èdtan)
SCWO (oxidative destruction) 400 3-5 Excess O 2 injection >10,000
Reaktè dlo sipèkritik (nikleyè) 380 0.5-1.0 (ak H₂) H₂ ajoute pou diminye O₂ 5,000-10,000
Chodyè superkritik (Fosil) 420 5-10 Kontwòl O2 dlo pou manje 5,000-8,000
Rechèch otoklav 450 10-20 (ak O 2 ) O 2 sparging 2000-5000
450 degre oswa pi wo 450 degre oswa pi wo Nenpòt Pa rekòmande Alloy 625
Echèk Oksidasyon SCW: Idantifikasyon Field

Yon djenn aparèy chofaj 316 ki echwe nan sèvis dlo sipèkritik pral gen gwo echèl oksid fè ki dekale (Fe2O3 wouj-mawon ak Fe3O4 nwa) ak mi an febli anpil. Echèl la ka stratifye, ki endike oksidasyon siklik ak eklatman. Kontrèman, yon djenn pasivasyon pral kouvri ak yon mens kouch gri -vèt nan Cr2O3. Analiz chimi dlo a pral revele nivo oksijèn ki pi ba pase papòt la (egzanp,<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.

Rezime: Tanperati ak kontwòl oksijèn pou sèvis SCW

Chanjman an soti nan oksidasyon pwoteksyon Cr2O3 (0.01 mm/ane) nan oksidasyon Fe3O4 ki pa -pwotektif (0.1-0.3 mm/ane) pou 316 aparèy chofaj asye pur anvlòp nan dlo superkritik nan 400 degre ak 25 MPa rive lè oksijèn ki fonn tonbe anba a ~ 1{2{23}}}. Pi wo pase 420-430 degre li enposib pou etabli yon kouch pwoteksyon Cr 2 O 3 nan nivo oksijèn wo akòz difizyon limite nan chromium. Enjenyè ki espesifye 316 djenn pou sistèm SCW yo dwe kontwole konsantrasyon oksijèn nan SCW a 3-10 ppm nan 400 degre epi kenbe tanperati a djenn maksimòm <420-430 degre. Pou pi wo tanperati oswa sikonstans diminye, yon ajou nan Alloy 625 (Ni-Cr-Mo) oswa Alloy 690 (Ni-Cr-Fe) nesesè. Kad ki dekri isit la pèmèt achtè yo presize 316 djenn ki pasif ak oksid ki pwoteje nan kondisyon SCW ki pi difisil yo lè yo korelasyon tanperati, presyon ak oksijèn ki fonn ak pousantaj oksidasyon mezirab nan dlo superkritik.