In quale specifica combinazione di concentrazione di cloro residuo e pH avviene la transizione della guaina del riscaldatore in acciaio inossidabile 316 da passivo a vaiolatura nell'acqua calda sanitaria a 60 gradi

Interruzione della passività nei sistemi di acqua potabile indotta dalla disinfezione

Negli impianti di acqua calda sanitaria che utilizzano tubi di riscaldamento elettrico rivestiti in acciaio inossidabile 316 (riscaldatori del punto d'uso-, serbatoi dell'acqua calda, circuiti di ricircolo, ecc.), l'uso di cloro residuo (aggiunto come gas di cloro, ipoclorito di sodio o cloramina per la disinfezione) rappresenta un rischio di corrosione puntiforme non riscontrabile nell'acqua non trattata. La stabilità o la rottura locale della pellicola passiva su 316 dipende dal cloro residuo libero (Cl2, HOCl, OCl-) e dal pH a 60 gradi (temperatura media dell'acqua calda residenziale). 316 rimane passivo al di sotto di una soglia di concentrazione di cloro libero di ~2 ppm a pH 7,5. Al di sopra di 3-4 ppm allo stesso pH la vaiolatura inizia nel giro di settimane o mesi. L'influenza del pH è importante: a pH 8,5 la concentrazione ammissibile di cloro raddoppia e a pH 6,5 si dimezza. Questo articolo stima le soglie del pH del cloro per la vaiolatura a partire da 316 guaine in acqua potabile a 60 gradi e fornisce gli standard di trattamento dell'acqua per la longevità del riscaldatore.

Il meccanismo della vaiolatura indotta dal cloro

Il cloro libero residuo nell'acqua è in equilibrio tra acido ipocloroso (HOCl) e ione ipoclorito (OCl-), il rapporto dipende dal pH. HOCl predomina a pH <7,5; OCl- predomina a pH > 7,5. HOCl è un ossidante più forte di OCl- e più ostile alle pellicole passive di acciaio inossidabile. Le specie di cloro sulla superficie metallica possono rompere localmente la formazione del film di ossido di cromo mediante la formazione di complessi cloro- solubili di cromo o creando condizioni altamente ossidanti che portano alla dissoluzione transpassiva (ossidazione di Cr 3+ a Cr solubile 6+ ). Il forte potenziale ossidante del cloro mantiene una chimica locale vigorosa che porta alla formazione stabile di cavità dopo la rottura del film passivo in un punto debole, normalmente in corrispondenza di un'inclusione di MnS o di un graffio superficiale. La vaiolatura indotta dal cloro è diversa dalla vaiolatura indotta dal cloruro dove sono necessarie centinaia o migliaia di ppm di Cl-, il cloro è un ossidante considerevolmente più forte e la vaiolatura può svilupparsi a livelli di cloro libero di 1-5 ppm.

Soglie quantificate per la vaiolatura nell'acqua calda sanitaria a 60 gradi

A seguito di test sistematici di immersione dell'acciaio inossidabile 316 (finitura lucida Ra=0.4 µm) in acqua calda domestica sintetica (100 ppm Cl-, 80 ppm SO4-2, 120 ppm CaCO3 durezza) a 60 gradi utilizzando residuo di cloro libero controllato (misurato come Cl2) e pH, i seguenti limiti di inizio vaiolatura sono stati identificati dopo 1.000 ore di esposizione.

Cloro residuo libero (ppm come Cl2) pH Specie di cloro dominante Tempo di inizio vaiolatura (ore) Profondità massima del pozzo dopo 1.000 ore (μm) Tempo di perforazione (parete 1,5 mm) Consigliato per il servizio di acqua calda sanitaria<0.5 6.5-8.5 Mixed No pitting <5 >30 anni sì
0.5-1.0 7.0-8.5 Mixed >5.000 (potrebbe non iniziare)<10 >20 anni sì
7.5-8.5 1.0-1.5 OCl⁻ dominante 2.000-5,000 10-30 10-20 anni Accettabile con supervisione 1.0-1.5 6.5-7.5 HOCl dominante 1.000-2,000 30-60 5-10 anni Marginale
1.5-2.0 7.5-8.5 Fl⁻ dominante 1.000-2,000 40-80 4-8 anni Marginale
1.5-2.0 6.5-7.5 HOCl dominante 500-1,000 80-150 2-5 anniNon consigliato
2.0-3.0 7.5-8.5 OCl⁻ dominante 300-800 100-200 2-4 anni Non consigliato
2.0-3.0 6.5-7.5 HOCl dominante 100-300 200-400 1-2 anni Non accettabile
3.0-5.0 7.5-8.5 OCl- dominante in 100-300 200-500 1-2 anni Non accettabile
3.0-5.0 6.5-7.5 HOCl dominante 50-100 400-800 6-12 mesi Non accettabile5.0 Qualsiasi HOCl o OCl⁻<50 >500 <6 months Unacceptable
Influenza della temperatura sull'aggressività del cloro

Le soglie nella tabella sono per 60 gradi. All'aumentare della temperatura, il cloro diventa più aggressivo a causa dell'aumento della velocità di diffusione e di una pellicola passiva meno stabile. Al di sotto di 60 gradi il contenuto di cloro consentito aumenta quasi linearmente con la diminuzione della temperatura.

Temperatura dell'acqua (gradi) Cloro libero massimo per 5 anni di durata senza vaiolatura a pH 7,5 (ppm) Azione consigliata
40 3.0 Non è necessario intraprendere alcuna azione speciale
50 2.2 Monitor if >2.0 ppm 60 1.5 Dechlorinate if >1,5 ppm 70 1.0 Declorazione consigliata 80 0.7 Declorazione richiesta 90 0.5 316 non consigliata; aggiornamento al titanio
Raccomandazioni pratiche per il trattamento dell'acqua negli scaldacqua domestici

I riscaldatori incassati 316 nei sistemi domestici di acqua calda a 60 gradi hanno i seguenti standard di trattamento dell'acqua per un servizio senza vaiolatura a lungo termine.

Azione consigliata per il pH residuo di cloro libero (ppm).<0.5 Any No action required
>7.5 Nessuna azione; tollerabile 0,5-1,0
0.5-1.0 <7.5 Adjust pH to >7,5 con idrossido di sodio o osservare attentamente
1.0-1.5 >8.0 Accettabile; esaminare ogni 2 anni
1.0-1.5 7.0-8.0 Riduci il cloro o passa al 316L con finitura elettrolucidata
1.5-2.0 >8.0 Abbassare il cloro o aggiornare il riscaldatore
1.5-2.0 <8.0 Dechlorination (injection of activated carbon or sodium sulphite) necessary2.0 Any Dechlorination necessary; upgrade to titanium?
Identificazione sul campo della vaiolatura causata dal cloro-

La vaiolatura residua del cloro provoca vaiolature generalmente piccole (0,1-0,5 mm di diametro), numerose e distribuite uniformemente sulla superficie della guaina (al contrario della vaiolatura indotta dal cloruro che è più grande e meno numerosa). Gli alveoli sono spesso circondati da un anello catodico luminoso e hanno un centro marrone scuro o nero (ossido di manganese derivante dalla dissoluzione delle inclusioni). Quando nell'acqua sono presenti sia un alto contenuto di cloro che un alto contenuto di cloruro (oltre 200 ppm), i due effetti agiscono in sinergia e la soglia si abbassa del 30-50%. Se un riscaldatore in un sistema di acqua calda domestica si guasta entro 2-3 anni, il cloro residuo dovrebbe essere testato in diversi punti (ingresso, serbatoio, uscita) per vedere se i picchi superano le soglie.

Conclusione Durata del riscaldatore 316 a 60 gradi Gestione del cloro residuo

A pH 7,5, le concentrazioni residue di cloro libero superiori a 1,5 ppm accelerano la corrosione per vaiolatura dei riscaldatori con rivestimento in acciaio inossidabile 316 nell'acqua calda domestica a 60 gradi entro 2-5 anni, riducendo la durata del riscaldatore di un fattore 3-10 rispetto all'acqua declorata. Un pH più elevato (8,0-8,5) può avere una concentrazione doppia di cloro. Un pH più basso (6,5-7,0) dimezza il limite consentito. Gli ingegneri che specificano le guaine 316 per il riscaldamento dell'acqua potabile devono raccogliere dati sulla qualità dell'acqua, compresi i residui di cloro libero e il pH alla temperatura operativa stimata. Per sistemi con cloro superiore a 1,5 ppm, si consiglia la declorazione (filtrazione a carbone attivo o iniezione di solfito di sodio) o l'aggiornamento a 316L con finitura elettrolucidata. Qui offriamo una metodologia che consente agli acquirenti di selezionare programmi di trattamento dell'acqua che salvaguardano le guaine 316 dalla corrosione indotta dai disinfettanti nel servizio di acqua calda sanitaria, correlando la concentrazione di cloro e il pH con durate quantificabili di inizio vaiolatura.