Skip links


Стали для морской воды

 

Стали для морской воды (Приложение № 1 к письму ООО «ИнноТехМаш» от 01-07-2019 г.)

Рассмотрим использование различных материалов на морской воде.

Известно, что Балтийское море является одним из самых слабосоленых. Но это не значит, что в нем будут нормально работать материалы, предназначенные для питьевой воды.

Химический состав морской воды, по данным заказчика:

Таблица — Гидрохимический состав морских вод, мг/л

  Наименование определяемого компонента Ф-ла Точка отбора по схеме       ПДК р.х.
       1  2  3  4  
 1  Азот аммонийный  NH4  0.42  0.51  0.44  0.48  2.9*
 2  Гидрокарбонаты  HCO3  60  75  66  71  —
 3  Сухой остаток    1250  1125  1240  1300  1000
 4  ХПК    13  11  13  12  15
 5  БПК5    1.5  1.7  1.2  1.2  2
 6  Железо  Fe  0.041  0.043  0.032  0.031  0.05*
 7  Кадмий  Cd  <0.0005  <0.0005  <0.0005  <0.0005  0.01*
 8  Медь  Cu  0.004  0.003  0.003  0.004  0.005*
 9  Мышьяк  As  <0.01  <0.01  <0.01  <0.01  0.01*
 10  Свинец  Pb  0.005  0.007  0.004  0.005  0.01*
 11  Барий  Ba  0.125  0.141  0.131  0.12  2*
 12 Ртуть  Hg  <0.00005  <0.00005  <0.00005  <0.00005  0.0001*
 13 Хром  Cr  <0.002  <0.002  <0.002  <0.002  0.02
 14 Кальций  Ca  80.2  65.4  70.2  54.8  610*
 15 Магний  Mg  21.3  18.4  22.4  21.6  940*
 16 Сульфаты  SO4  250  287  245  251  3500*
 17  Хлориды  Cl  1247  1345  1320  1287  11900*
 18  pH (ед. pH)    7.1  7.0  7.2  7.2  6.5-8.5
 19  Нитриты  NO2  <0.01  <0.01  <0.01  <0.01  0.08
 20  Нитраты  NO3  0.186  0.162  0.175  0.181  40
 21  Цианиды  ZN  <0.005  <0.005  <0.005  <0.005  0.05
* — ИДК установлен для морских водоемов

Обычно минерализацию подсчитывают в миллиграммах на литр (мг/л), но, учитывая, что единица измерения «литр» не является системной, будет правильнее выражать минерализацию в мг/куб.дм, при больших концентрациях — в граммах на литр (г/л, г/куб.дм). Также уровень минерализации может выражаться в частицах на миллион частиц воды: parts per million (ppm)

Соотношение между единицами измерения в мг/л и ppm почти равное и для простоты можно принять, что 1 мг/л = 1 ppm

Соответственно уровень хлоридов порядка — 1250 ppm

Данные по применениям различных сталей по данным ассоциации производителей нержавеющих сталей:


Соответственно применение даже нержавеющей стали 316 очень рискованно (об использовании 304 не может быть и речи). Насос сможет исправно работать год, и даже больше, но, учитывая, что это пожарный насос, который должен запуститься в самый ответственный момент, риск может быть очень велик.

В данном случае наиболее приемлемой конструкцией будет являться либо бронза, либо дуплексная нержавеющая сталь. Желательно, чтобы колеса были литые, а не штампованные. В нашем ряду это насосы TVS

Литое колесо насоса TVS

Штампованное колесо обычного скважинного насоса

Штампованно-сварное колесо скважинного насоса

Толщина стенки гораздо меньше, сварка выжигает легирующие элементы и так далее, что существенно понижает стойкость данных насосов в морской воде.

И это только хлориды. Помимо них на материалы действует огромное количество других факторов, особенно на те, что стоят в резерве. Это и биология, и растворенные газы и все остальное.

Для сухих насосов — чугун + бронзовое колесо – наиболее стандартная конструкция для насосов, которые все время в работе. Подразумевается, что в случае если насос вышел из строя, особенной проблемы замены корпуса, нет. В случае с пожарными насосами, если насос вышел из строя,  проблема будет несколько глубже. Впрочем, в данном случае решение по вопросу цена/риск может принять только заказчик. Мы можем поставить любую конструкцию (благодаря нашему производственному ряду) и соответственно мы сделаем предложение на тот тип, который наиболее устраивает по соотношению цена/качество.

Данные по общему солесодержанию в разных морях:
Водяной бассейн    Общее количество растворенных веществ (TDS)
Балтийское море      8,000
Каспийское море              13,000
Черное море                              22,000
Ирландское море                              32,500
Атлантический океан                               37,500
Средиземное море                                          41,000
Красное море                                                       42,000
Морская вода Персидского залива                                46,000 — 48,000

Факторы, влияющие на нержавеющую сталь в соленых водах:

  • Кислород (и другие виды окислителей)
  • Концентрация ионов хлора
  • Электропроводимость (TDS) и гальванические эффекты
  • Трещины и седиментация
  • Биологическая активность
  • Практика хлорирования (уровни остаточного хлора)
  • Состояние поверхности
  • pH (менее 6 является агрессивным)
  • Температура (в теплых водах коррозия больше)
  • Кислород и хлориды имеют большое влияние и перечисленных выше факторов.
  • Хлориды делают морскую воду агрессивной. Нержавеющие стали восприимчивы к локальной коррозии в соленой воде.
  • Выбор материалов должен соответствовать рабочим условиям.
  • История широкого применения стали типа 316 SS показала, что стойкость к питтинговой коррозии и  появлению трещин недостаточна.
  • Супер-аустенитные (UNS S31254) и супер-дуплексные (UNS S32750) нержавеющие стали, успешно используются и могут предложить решение проблем щелевой коррозии.

Данные по стойкости различных материалов в морской воде:

Линии относительного сопротивления в морской воде показывают, что щелевая коррозия случается реже, если уровень хлоридов:

  • ниже 200 ppm для 304 стали
  • ниже 1000 ppm для стали 316L
  • ниже 2500 ppm для стали 317L
  • ниже 3500 ppm для стали 904L
  • ниже 20000 ppm для стали 254SMO
  • 4% молибден и дуплекс более устойчивы, чем сталь 316, но они также страдают от точечной и щелевой коррозии в сильно соленых и морских водах.

Сталь Duplex и Super Duplex: марки и характеристики

Современная аустенитно-ферритная сталь делится на:

Сталь Duplex – нержавеющая сталь, полученная в результате дуплекс-процесса. При добавлении никеля в ферритную хромовую сталь формируется мелкозернистая микроструктура с основой, которая содержит феррит и аустенит практически в равных долях. В состав дуплексной стали стандартно входит хром – 18-20%, никель – 4-7%. Дуплексная структура стали обеспечивает высокую механическую прочность, предел текучести при растяжении, более лучшее противостояние образованию трещин от коррозии под напряжением, и отличную свариваемость материала.

Сталь Super Duplex – нержавеющая сталь, которая относится к группе «суперсталей». Такая сталь пригодна даже для эксплуатации в открытом космосе. Главное отличие, которым характеризуется супердуплексная сталь – большой процент хрома и молибдена в химическом составе. Из-за этого на нее практически не оказывают воздействие кислоты и щелочи, например, супердуплексная нержавеющая сталь абсолютно невосприимчива к хлоридам. Повышенное содержание легирующих элементов наделил сталь рядом характеристик: еще более повышенной устойчивостью к коррозии, механической прочностью, превосходящей прочность дуплексных сталей, устойчивостью к коррозионным процессам.

Преимущество и применение Duplex и Super Duplex

К основному преимуществу дуплексных и супердуплексных сталей стоит отнести повышенный предел текучести по сравнению с простыми аустенитными марками стали. Кроме того, сталь аустенитно-ферритного класса характеризуются:

высокой механической прочностью;

повышенной устойчивостью к точечной и щелевой коррозии;

повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением;

хорошей коррозионной стойкостью к сульфидному напряжению;

хорошей свариваемостью;

легкостью в обработке;

низким тепловым расширением;

высокими энергопоглащением и теплопроводностью;

повышенной устойчивостью к коррозионной усталости;

износостойкостью.

Стоит отметить, что за счет небольшого содержания дорогостоящего никеля в составе, цена дуплекс стали будет более доступной, что немаловажно для современной промышленности. Дуплексная нержавеющая сталь нашла применение в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к коррозионной стойкости в агрессивных условиях.

Как отличная альтернатива простым аустенитным сталям дуплекс нашел широкое применение в:

нефтегазовой промышленности;

химической и пищевой промышленности;

целлюлозно-бумажном производстве;

энергетической отрасли;

судостроении, машиностроении и авиации;

производстве оборудования и аппаратуры для работы в серной и соляной кислотах;

производстве оборудования для опреснения морской воды;

производстве теплообменников, водонагревателей, роторов и сосудов, работающих под давлением;

производстве емкостей и цистерн.

Cтали дуплекс и супердуплекс также используют для пожарозащитных перегородок на нефтедобывающих платформах, работающих в морской воде.

Все приведенные выше данные и материалы взяты из открытых источников, которые не сложно проверить!


Explore
Drag