Di bawah Gabungan Spesifik Kepekatan Kloramin Baki dan pH Apakah Sarung Pemanas Keluli Tahan Karat 316 Membangunkan Pitting dalam Air Panas Perbandaran pada 55 darjah

Mechanism of pitting corrosion of disinfectant in potable water systems Monochloramine (NH2Cl) is being increasingly used as a secondary disinfectant in municipal hot water systems (domestic hot water tanks, recirculation loops in hotels and hospitals, point of use heaters in commercial buildings) to replace free chlorine and minimise trihalomethane formation for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes. Chloramine is less aggressive to stainless steel than free chlorine but can produce pitting at higher temperatures especially when the pH is not in the proper range for chloramine stability. 316 stainless steel is passive at chloramine levels below 2-3 ppm at a common residential hot water temperature of 55 °C and a pH of 7.5-8.5. However, below pH 7.0 chloramine breaks down into free chlorine and ammonia which leads to a more aggressive oxidising environment. Chloramine is unstable at pH > 9.0, and decomposes to dichloramine and nitrogen trichloride. Pitting begins at chloramine levels >4-5 ppm pada pH 7.0-8.0, atau di bawah lawatan pH. Penyelidikan ini meramalkan ambang pH dan kepekatan kloramin yang memulakan pitting pada 316 sarung pada 55 ⁰C. Mekanisme pitting teraruh kloramine-dan pergantungan pH Monochloramine (NH2Cl) ialah agen pengoksidaan yang lebih lemah daripada klorin bebas (HOCl/OCl-) Chloramine, walau bagaimanapun, terdegradasi oleh banyak laluan pada suhu melebihi 50 darjah . Pada pH neutral hingga sedikit beralkali (7.0-8.5) penguraian memberikan ammonia dan nitrogen dengan hanya sejumlah kecil klorin bebas yang dibebaskan. Pada pH < 7.0, penguraian beralih kepada klorin bebas (HOCl) dan dichloramine (NHCl 2), kedua-duanya adalah oksidan yang lebih berkuasa yang boleh menguraikan filem pasif pada 316. Pada pH > 9.0 kloramine cepat terurai kepada nitrogen triklorida (NCl3), yang merupakan spesies yang mudah meruap dan sangat teroksida. Mekanisme pitting ialah pitting klorin bebas. Pecahan setempat bagi filem pasif Cr 2 O 3 dan pembiakan pit yang disebabkan oleh klorida seterusnya. Tetapi chloramine memerlukan kepekatan yang lebih kuat (kira-kira 2-5x daripada klorin bebas) untuk menyebabkan pitting pada suhu yang sama. Had kuantitatif pitting pada 55 darjah Ujian rendaman terkawal 316 keluli tahan karat (kemasan digilap, Ra=0.2 μm) dalam air perbandaran sintetik (100 ppm Cl−, 80 ppm SO42−, 120 ppm CaCO3) pada pelbagai kepekatan pH3005 mengikut kepekatan pH3005 dan mempunyai pH mengikut kepekatan 3005 berikut untuk beberapa jam. sempadan untuk permulaan pitting. pH (55 darjah ) Monochloramine (ppm sebagai setara Cl2) Masa Permulaan Pitting untuk Laluan Penguraian Kloramin (Jam) Kedalaman Lubang Maks Selepas 3000 Jam (mikron) Masa untuk Menebuk (dinding 1.5 mm) 55 darjah Perkhidmatan Disyorkan<1.0 7.0-8.5 Stable >10,000 <10 >30 tahun Ya 1.0-2.0 7.5-8.5 Stabil 5,000-10,000 10-20 15-30 tahun Ya 2.0-3.0 7.5-8.5 Stabil 20-40 tahun Kebanyakannya 8-15 tahun 3,000-5,000 Boleh Diterima 3.0-4.0 7.5-8.5 Sekitar 1,500-3,000 40-80 4-8 tahun Kemerosotan Marginal {{15} Tahun Kemerosotan Marginal 800-1,500 80-120 2 hingga 4 tahunTidak disyorkan 5.0-7.0 7.5-8.5 Perpecahan yang ketara 400-800 120-200 1-2 tahun tidak 7.0 7.5-8.5 Pereputan yang cepat<400 >200 <1 year Unacceptable 2.0-3.0 6.5-7.0 (pH excursion)Free chlorine release 1,000-2,000 60-100 3-5 years Not recommended 2.0-3.0 <6.5 Free chlorine + dichloramine 300-800 100-180 1.5-2.5 years Not acceptable NCl3 formation 2.0-3.0 >9.0 500-1,200 80-150 2 - 3 yeras Unacceptable 3.0 < 7.0 Severe degradation < 500 > 150 < 1.5 years Temperature effect on chloramine aggressiveness Not acceptable The rate of decomposition of monochloramine rises with temperature, hence chloramine is more aggressive at higher temperatures. Water Temperature (oC) Maximum Monochloramine for 5-Year Life pH 7.5-8.0 (mg/L)Maximum Monochloramine for 10 Year Life at pH 7.5-8.0 (mg/L)Recommended Action 40 5.0 3.0 Standard practice 50 3.5 2.5 OK 55 3.0 2.0 Marginal above 2.5 ppm 60 2.2 1.5 Chloramine reduction if >2 ppm 70 1.5 1.0 316 not recommended, upgrade material 80 1.0 0.5 316 not appropriate Chloramine Treatment Practical Water Chemistry Specifications The following specifications will ensure long term pitting free service for 316 sheathed heaters in municipal hot water systems treated with monochloramine at 55oC. System Type Target Monochloramine (ppm) pH Range Max. Temp. (°C) Heater Life Expectancy (years)Hot water heating ideas for households1.0-2.0 7.5-8.5 55 10-15 Commercial (hotel/hospital) OK 1.5-2.5 7.5-8.5 55 8-12 Test for chloramine regularly. big circulation system 2.0-3.0 7.8-8.2 55 5-8Active pH regulation as required Any with chloramine >3.0 >3.0 7.5-8.5 55 2-4 Naik taraf kepada 316L elektropolish Sebarang dengan lawatan pH<7.0 <3.0 <7.0 56 2-5 pH control necessary Any at temperatures above 60°C 1.5 7.5-8.5 >60 2-5 2205 Naik Taraf Dupleks Pengenalpastian medan pitting yang dihasilkan oleh chloramine Untuk pemanas 316 dalam air panas perbandaran dengan sedikit klorin bebas tetapi rawatan kloramine diketahui, lubang biasanya kecil (0.1-diameter 0.5 mm), kerap (5-20 pit/cm2), dan jarak yang kerap. Permukaan logam dalam lubang menunjukkan morfologi pitting dipacu klorida. Perbezaan utama ialah tiada klorin bebas di dalam air pukal (penunjuk bahawa kloramine sedang terurai). Log kimia air akan mempunyai nilai kloramin melebihi 3-4 ppm dan pH di bawah 7.0 atau lebih daripada 9.0 pada masa yang berbeza. Menguji air pukal untuk klorin dan kloramine percuma akan mengesahkan jenis pembasmian kuman. Penyelesaian kepada kegagalan ini adalah dengan menurunkan kepekatan kloramin kepada kurang daripada 2.5-3.0 ppm atau mengekalkan pH rapat pada 7.5-8.5 atau menaik taraf kepada keluli tahan karat dupleks 2205. Penyelesaian rawatan untuk sistem kloramine tinggi Jika tidak mungkin untuk mengurangkan kepekatan kloramin kepada 3 ppm, prosedur berikut akan mengurangkan risiko pitting: Penggilapan elektro: Permukaan digilap (Ra<0.2 µm) increases chloramine threshold by ~1 ppm. pH stability The pH should be maintained in the range 7.8 – 8.2 by adding a pH controller. Decomposes to free chlorine at low pH. Decomposes to NCl3 at high pH. Lower heater setpoint from 55C to 50C (40-50% reduction in chloramine decomposition rate) Alloy upgrade: Duplex stainless steel 2205 (higher pitting resistance equivalent number, PREN >35) atau 316L dengan kawalan kemasukan titanium nitrida (TiN). Kesimpulan: 316 hayat pemanas @ 55 darjah pH dan Kloramin mengawal 316 pemanas bersarung keluli tahan karat dalam air panas perbandaran pada 55 darjah menunjukkan pitting bermula di atas sekitar 3-4 ppm monokloramina pada pH 7.5-8.5 dalam 1,000-3,000 jam dan perforasi dalam 2-5 tahun. Sebaik sahaja ph turun di bawah 7.0 kloramine terurai kepada klorin bebas malah 2-3 ppm kloramine agak agresif dan akan bercampur dalam 1-2 tahun. 316 sarung dengan data tentang klorin dan pH serta julat pH 7.5-8.5 dan monochloramine<2.5 ppm for 10 year life shall be specified by engineers for chloramine treated water. Electropolished 316L or duplex 2205 is suggested for chloramine levels over 3 ppm or where pH control is not reliable. The present method, connecting chloramine concentration and pH to measured pitting initiation times at 55°C, allows users to define water treatment programmes which prevent disinfectant-driven pitting in municipal hot water systems.