"se***?"' t.'»fc-!t.-

"se***?"'

•t.' »fc-!t.-

Li t tera turvärde rii^; A/seende järnhaltiga korrosions- produkters lösligl.rc i vatten

T

CF Fa

Kelén

S I M ' i l l

1 3 • X

A l - MK-337

A M C ! »i/A-ita: lid

/16 1972-05-08

£ t (

Sammanfattning

På uppdrag av Stiftelsen för Värmeteknisk Forskning har en litteraturvärdering avseende järnhaltiga korrosions- produkters löslighet utförts. Det konstateras, att ett

stort antal järnhaltiga faser kan uppträda vid ståls korrosion i vatten, vilket utesluter möjligheterna att bestämma mängden löst järn genom beräkning på löslig- hetsjämvikter för enstaka faser. Vidare understryks den

stora osäkerheten i sådana beräkningar. Den enda fram- komliga vägen har bedömts vara teknologiska försökr där korrosionsprodukter som genereras under driftsbetingel-

ser undersöks m a p filtrérbarhet och löslighet vid olika temperaturer. Möjligheterna att hitta litteraturupp-

gifter om sådana försök har testats med en retrospektiv datorsökning vid EURATOMrs dokumentationscentral i

Luxemburg, förmedlad av Atomenergis SDI-grupp. Sök- ningen har givit ett antal referenser inom det angivna ämnesområdet, men det har inte framkommit några tecken på att experiment av den ovan beskrivna typen har ut-

förts. Bland annat med ledning av detta, har chanserna att hitta tillräckliga litteraturuppgifter bedömts som mycket små.

STU-rapport nr 69 13 20/U 944 SVF 04

Litteraturvärdering avseende järnhaltiga korrosionsprodukters löslighet i vatten

T Kelén

AB Atomenergi Studsvik

Fack

611 01 Nyköping

September 1972 Slutrapport

Arbetet finansierat med anslag från Styrelsen för Teknisk Utveckling Fack, 100 72 Stockholm 43

- I -

Sammanfattning

På uppdrag av Stiftelsen för Värmeteknisk Forskning har en littera- turvärdering avseende järnhaltiga korrosionsprodukters löslighet ut- förts. Det konstateras, att ett stort antal järnhaltiga faser kan uppträda vid ståls korrosion i vatten, vilket utesluter möjligheterna att bestämma mängden löst järn genom beräkning på löslighetsjämvikter för enstaka faser. Vidare understryks den stora osäkerheten i sådana beräkningar, uen enda framkomliga vägen har bedömts vara teknologiska försök, där korrosionsprodukter som genereras under driftsbetingelser undersöks m a p filtrerbarhet och löslighet vid olika temperturer.

Möjligheterna att hitta litteraturuppgifter om sådana försök har testats med en retrospektiv datorsökning vid EURATOM:s dokumenta- tionscentral i Luxemburg, förmedlad av Atomenergis SDI-grupp. Sök- ningen har givit ett antal referenser inom det angivna ämnesområdet, men det har inte framkommit några tecken på att experiment av den ovan beskrivna typen har utförts. Bland annat med ledning av detta, har chanserna att uitta tillräckliga litteraturuppgifter bedömts som mycket små.

- 2 - AE-MK-337

inneha!lsförteckning 1. Inledning

2. Litteraturuppgifter

2.1 Viltca reaktionsprodukter får man vid ståls korrosion i matarvatten?

2.2 Hur beror korrosions-" och avlossningshastigheterne av temperaturen?

2.3 Hur inverkar syre på korrosionshastigheterna?

2.4 Hur inverkar temperaturen på lösligheten av olika järnföreningar?

2.5 Hur inverkar en provtagningskylare på provtagningen?

3. Slutsatser beträffande litteraturuppgifternas användbarhet 6 Referenser 8 Tabell

Figurer

4 5 5 6

AK-MK- M /

1. Inledning

På uppdrag av Stiftelsen för Värmeteknisk Forskning har en litteratur- värdering avseende järnhaltiga korrosionsprodukters löslighet i vatten

utförts. Arbetet har bi kostats med anslag från kraftindustrin och STU och har utförts vid AB Atomenergi. Utgångspunkten har varit, att man i matarvattensystemen till reaktorer cch ångpannor har svårigheter att välja rätt typ av filter, eftersom inan vet ganska litet om hur stor del av mängden korrosionsprodukter som är löst och hur stor del som föreligger som kolloida och grovciispersa uppslämningar vid de olika

temperaturerna som förekommer i systemen. Pga samma orsaker är det utom- ordentligt svårt att rätt bedöma ett kylt matarvattenprov.

Frågeställningen kan formuleras på följande sätt:

Hur stora blir koncentrationerna av lösta, mekaniskt filtrerbara samt icke mekaniskt filtrerbara korrosionsprodukter när stål korroderar i kondensat och matarvatten vid olika temperaturer?

2. Litteraturuppgifter

imatarvatten?

För reaktionen mellan järn och syrefritt vatten finns flera reaktions- mekanismer angivna i litteraturen. En av dem har utvecklats i en lit-

teraturstudie av Bohnsack (1) och går ut på följande:

Vid järnets kontakt med vattnet bildas primärt tvåvärt järn i form av Fe ⁺, Fe(OH)⁺ och Fe(OH)²(aq). En del av det tvåvärda järnet oxideras

sedan av vattnet till trevärt järn, varvid atomärt väte bildas i en viss fas av reaktionen. För att oxidationen skall komma till stånd, krävs det att det atomära vätet kan bindas vid lämpliga katalytiska ytor, då annars reaktionshämningarna blir mycket stora. Det trevärda järnet kondenseras genom bildning av syrebryggor till FeO(OH)-kedjor, som i sin tur reagerar med Fe(OH)²(aq) till en tredimensionell struk- tur. Slutprodukten blir magnetit.

En annan reaktionsväg går ut på att järnet oxideras direkt till magne- tit utan att Fe(OH)² bildas som melianprodukt (2), sid 332.

En tredje reaktionsväg har påvisats av Resten och Lasher (13). De upp- hettade Fe(OH)² i syrefritt avjoniserat vatten och fann, att den till större eller mindre grad sönderföll i magnetit och järn i temperatur- intervallet 84 - 253°C.

AE-MK-337

Sammanfattningsvis kau Jet konstateras, att don första reaktionsvägen troligen överväger vid temperaturer under ca 200 C. Vid högre tempe- raturer kan den andra reaktionsvägen tänkas bli aktuell.

Referenser som behandlar ovanstående är bl a (3), (4)» (5), (6), (19) och (21).

De järnföreningar som förekommer på ytorna och i vattnet i ångpannor och reaktorer tycks i första hand utgöras av Fe~0,, men även a- och Y-Fe²O_, a-, B- och Y-FeO(OH) samt föreningar av typen Fe0(0H).nH²0 förekommer. I någon enstaka referens (12) nämns Fe(0H)^?, men denna har troligen endast uppträtt som en amorf vattenhaltig fällning. Några upp- gifter om Fe(0H)-⁾ identifierad med diffraktionsanalys har inte påträf- fats. Intressanta referenser i detta sammanhang är bl a (7), (8), (9),

(10), (11), (15) och (18).

En god överblick över de olika järnhydroxieierna och oxiderna ges i referens (14) och (16). Referens (17) är också värdefull.

Referens (20) behandlar bl a morfologin hos korrosionsprodukter från vattnet i en högtrycksslinga.

2^2 _Hur beror_korrosions-_och §ylossningshastigheterna_ay temperaturen?

Bohnsack (2), sid 332, har bearbetat data från Freier (22) och samman- fattat i fig I. Man ser att halten av "löst järn" som funktion av tempe- raturen har ett maximum vid ca 170 C. Tyvärr framgår det inte vilka

uppgifter från Freiers artikel som har lagts till grund för kurvan.

Möjligen har Bohnsack utgått från Freiers tabell sid 15 där järnhal- terna har angivits för ett antal olika provtagningsställen vid HEW- Kraftwerk Wedel, Block 1.

Bohnsack beskriver också ett laboratorieförsök där högtemperaturvatten fick passera en kolonn med järnfilspån. Järnhalten i vattnet efter ko- lonnen bestämdes efter filtrering. Tyvärr sägs det inte något om vil- ken typ av filter som användes. Resultaten *v försöken visas i fig 2.

Maximat för halten av "löst järn" ligger på ungefär samma temperatur som i fig 1.

Warzee och medarbetare (23) har autoklaverat olika stålsorter i tempe- raturintervallet 150 - 300°C. För vissa av stålen uppträder korrosion-

och löslighetsmaxima vid temperaturer omkring 200 C, men det förekommer också stålsorter som inte ger några maxima.

Bland referenser som behandlar tillväxthastigheten för magnetitskikt och i vissa fall även morfologin, kan nämnas referens (24), (25), (26),

(27), (28;, sid 15, och (29), sid 27.

2^3 Hur_inverkar_s^re_£a_korrosionshastigheterna?

Kinetiken för oxidation av tvåvärt järn med luftsyre behandlas i refe- rens (30). Det kan vara värt att lägga märke till, att denna oxidations- hastighet ökar kraftigt om pH höjs. Oxidation av järnfällningar utreds i referens (31).

Ledningsförmågan tycks spela en stor roll för hur syre påverkar korro- sionshastigheten. Resch (32) visar ett diagram, fig 3, där syret sänker korrosionshastigheten vid 0.1 uS/cm men höjer den vid 7 uS/cm och högre värden på ledningsförmågan.

2^4 Hur_inverkar_temgeraturen_2å_^ösli^

Monika Eiborn (33) har beräknat lösligheten för Fe(0HK(s) i syrefritt vatten inom temperaturintervallet 25 - 150 C med utgångspunkt från ar- beten av Sweeton och Baes (34), (35) samt Lewis (36). Hon redovisar ett diagram, fig 4, där den totala halten löst järn har plottats som funktion av temperaturen. Tre olika kurvor har framtagits, som bygger på olika uppgifter om löslighetsprodukter och hydrolyskonstanter. Dessa tre kurvor skiljer sig ganska kraftigt åt. Kurva nr I går från ca 7 till 17 uM när temperaturen höjs från 25 till 150 C. Motsvarande vär- den för kurva nr 2 är 7 - 138 och för kurva nr 3 36 - 54 uM. Även om man antar att Fe(0H)~(s) är den enda fas som förekommer, kan man så- ledes inte lägga dessa kurvor till grund för några säkra utsagor om mängden löst järn i matarvatten.

Experimentella bestämningar av magnetits löslighet vid olika tempera- turer har gjorts av Sweeton och Baes (34), (35). Ett diagram över lös- ligheten vid olika temperaturer visas i fig 5. Även Holser och Schneer (37) redovisar löslighetsdata för magnetit, tabell 1, Vissa slutsatser om lösligheten kan även dras ur Eggers arbete (38).

AE-MK-337

Av artiklar som behandlar järn(IIl)Uydroxids löslighet kan nämn.is re Tö- rens (39), (40) och (41).

2^5 Hur_inyerkar_en_Brovtagningskylare_gå_2rovtagningen?

Förutom svårigheterna att dra slutsatser om fördelningen mellan fast och löst material från kylda vattenprov kan man befara svårigheter med deponering på de kylda ytorna. 1 detta sammanhang kan det nämnas, att Lister et al. (42) presenterar en kurva, fig 6, som inte tyder på att deponering är något större problem på kylda ytor.

3. Slutsatser beträffande litteraturuppgifternas användbarhet

I avsnitt 2.1 konstaterades det, att ett stort antal järnhaltiga faser kunde uppträda vid ståls korrosion i vatten. Detta utesluter möjlig-

heterna att bestämma mängden löst järn genom beräkning på löslighets- jämvikter för enstaka faser. Vidare påvisades i avsnitt 2.4 den stora osäkerheten i sådana beräkningar. Faktorer som ytterligare komplicerar alla beräkningar är inverkan av syrehalten och pH. Den enda framkomliga vägen får därför anses vara teknologiska försök av liknande typ som Bohnsack (2) redovisar.

Det principiella utseendet hos Bohnsacks kurva, fig 1, är troligen rik- tigt, vad beträffar maximat vid 170 - 180 C. Lutningen och höjdläget på kurvan får däremot anses vara mycket osäkra. Vidare framgår det

inte hur filtreringen har utförts.

Möjligheterna att hitta litteraturuppgifter om försök av Bohnsacks typ testades genom en retrospektiv datorsökning vid EURATOM's doku- mentationscentral i Luxemburg (kostnadsfri, förmedlad av AE's SDI- grupp). Följande definition av sökomrädet gavs:

"Solubility and/or filterability in the range 25 - 300 C of corrosion products from steel in contact with feed water in nuclear reactors and conventional steam boilers. Subjects of interest in this connec- tion are theoretical and experimental high temperature solubility data for various iron oxides and hydroxides, data from technological experiments with filtering of such species at various temperatures etc."

AK-MK-JJ/

Sökningen resulterade i abstracts på 17 dokument, varav 13 kan be- tecknas som relevanta. Abstracten tydde emellertid inte på, att några försök av Bohnsacks typ hade gjorts. Bland annat mot bakgrund av detta får chanserna att hitta litteraturuppgifter om sådana försök anses vara mycket små.

1

Referenser

1. G Boimsack,

Zum Verständnis der Schikorr-Reaktion (eine kritische Littera- turstudie) .

Mitt. VGB. 51, 1971, sid 61 - 75.

2. G Bohnsack,

Das Vernal ten des Eisen(II)-hydroxids bei höheren Temperaturen.

Mitt. VGB 51:4, 1971, sid 328 - 338.

3. V J Linnenbom,

The reaction between iron and water in the absence ot oxygen.

Journal electrochem. Soc., Vol. 105, No 6, 1958, sid 322 - 324.

4. R C Corey, T J Finnegan,

The pH, dissolved iron concentration and solid product resulting from the reaction between iron and pure water at room temperature.

Proc. Am. Soc. Test. Mat. 39 (1939), sid 1242 - 1253.

5. M de Kay Thompson,

The reaction between iron and water in the absence of oxygen.

Trans. Electrochem. Soc. 78^ (1940).

6. P W Teare, P L Harrison, D R Holmes,

Struktur und Eigenschaften von spinelIförmigen Korrosionsprodukten, VGB-Speisewassertagung 1965, sid 2 - 7 .

7. H Kirsch, S Pollmann,

Ablagerungs- und Korrosionsprodukte im Wasser/Dampf-Kreislauf von Dampferzeugeraniagen.

Chemie-Ing.-Techn. 40 Jahrg. 1968/Heft 18, sid 897 - 903.

8. R Winkler, I Mittag, G Sachse,

Korrosionsprodukte im Primärkreislauf von Druckwasserreaktoren.

Kernenergie, 12 Jahrgang, Heft 11/1969.

9. K H Haller, N J Mravich, J W Seifert,

The nature and behaviour of corrosion products in once through boilers.

Corrosion/71, Paper No 9.

10. G Pfefferkorn, J Vahl,

Elektronenoptische und vergleichende lichtmikroskopische sowie

röntgenographische Untersuchungen von Oxydschichten in Dampfkessel- rohren.

Mitt. VGB 76, 1962, sid 23 - 31.

11. G Pfefferkorn, J Vahl,

Die Kombination von elektronenoptischen und röntgenographischen Untersuchungen fiir Korrosionsschichten in Kesselrohren.

Mitt. VGB 71, 1961, sid 131 - 136.

12. C Ribon, J-P Berge,

Magnetite deposits in boilers from iron in solution.

Proceedings of th« American Power Conference, Vol. 32, 1970, sid 721 - 728.

Ah-MK- Til

li. A S Kesten, L S Lasher,

Decomposition of solid ferrous hydroxide in high-temperature water WAPD-BT-16, 1959.

14. J D Berna! et al.,

The oxides and hydroxides of iron and their structural inter- re iationships.

Clay Minerals Bulletin Vol. 4, No 21, 1959, sid 1 5 - 3 0 . 15. F J Brutschy, R S Gilbert, R N Osborne,

The behaviour of corrosion products in boiling-water reactors.

Corrosion of reactor materials I, Proc. Conf. IAEA 1962, sid 133 - 159.

16. Laborberichte,

VGB-Inforraation fur VGB-Mitglieder Nr 28, mars 1972, sid 21 - 23.

17. G F Huttig, H Möldner,

Das System Eisen(ll)oxyd/Wasser und seine Obergänge zu dem System Eisen(III)oxyd/Wasser.

Z. anorg. u. allg. Chem. Bd. 196 (1931), sid 177 - 187.

18. J M Francis, W H Whitlow,

The morphology of oxide film growth on AISI type 304 stainless steel in high temperature water at 300 and 350 C.

J. Nucl. Mater. 2£ (1966), sid 1 - 10.

19. J E Castle, R G Thompson,

Stability of ferrous hydroxide in aqueous suspension at 300°C.

J. Appl. Chem. 17 (1967), sid 177 - 178.

20. T J Kabele, J L Daniel,

Corrosion product study by the scanning electron microscope.

BNWL-1184, 1969.

21. M C Bloom,

A survey of steel corrosion mechanisms pertinent to steam power generation.

21st A. Wat. Conf., Engineers Society of Western Pennsylvania, 1960, sid 1 - 2 1 .

22. R K Freier,

Deckschichtbildung auf Stahl durch Sauerstoff in neutralem, salzfreiem Wasser.

VGB-Speisewassertagung 1969, sid 11 - 17.

23. M Warzee, C Sonnen, Ph Berge,

Corrosion des aciers au carbone et des aciers inoxydables dans l'eau sous pression a haute temperature.

EUR 3388 f, 1967.

24. E C Potter, G M W Mann,

Oxidation of mild steel in high-temperature aqueous sytems.

First Int. Congress on Metallic Corrosion, 1961. Butterworths, London, sid 417, 425.

«

2->. J K Castle, I! C Masii-rson,

Die physikalische Struktur von Magnct i tal) lagerungen auf Stahl in wässrigen Lösungen.

VGB-Speisewassertagung 1965, sid 7 - 1 2 . 26. J K Cast le, G M W Mann

The mechanism of formation of a porous oxide film on steel.

Corrosion Science, 1966, Vol. 6, sid 253 - 262.

27. E C Potter,

Neue Vorstelluiigen uber die Reaktion zwischen Stahl und Wasser bei hohen Temperaturen.

Mitt. VGB 76, 1962, sid 1 9 - 2 2 . 28. G P Simon,

Deposition of corrosion products under irradiation. Van de Graaff study.

WAPD-CDA(AD)-466.

29. G P Simon,

Van de Graaff study: Third interim report on tie deposition of corrosion products under irradiation.

WAPD-BT-11.

30. J Holluta, W Kölle,

a Uber die Oxydation von zweiwertigem Eisen durch Luftsauerstoff.

GWF 105 Jg. Heft 18, 1964, sid 471 - 474.

31. W Feitknecht,

Uber die Oxydation von festen Hydroxyverbindungen des Eisens in wässrigen Lösungen.

Zeitschrift fur Elektrochemie 63, 1959, sid 34 - 43.

32. G Resch,

Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf die Beständigkeit von Stahl in wässrigen Lösungen.

VGB-Speisewassertagung 1969, sid 17 - 2?.

33. M Eiborn,

Litteraturstudie angående järn(IT)hydroxids löslighet i syrefritt vatten inom temperaturintervalle t 25 - 150 C.

Asea-Atom, KU 7 0 - 6 1 , 1970.

34. F H Sweeton, C F Baes Jr, + +

Solubility of Fe,O, and hydrolysis of Fe in aqueous solutions at elevated temperatures.

Rapport utan kod och nummer.

35. F H Sweeton, C F Baes, G H Jenks,

The solubility of Feo0, in dilute acid and base solutions to

300°C. 3 4

ORNL-TM-2667, 1969.

36. D Lewis,

Theoretical studies of aqueous systems above 25 C. 2. The iron- water system.

AE-432, 1971.

37. W T Holser, C J Schneer, Hydrothermal magnetite.

Geol. Soc. Amer. Bull., Vol. 72, 1961, sid 369 - 386.

38. K Kgger,

148. Der heterogene Isotopenaustausch. I. Der Austausch an Fe_O,

mit 5 9F e. 3 4

Helv. Chim. Acta. Vol. XLVI (1963) No 148.

39. K H Gayer, L Woontner,

The solubility of ferrous hydroxide and ferric hydroxide in acidic and basic media at 25 C.

J. Physic. Chemistry 60^ (1956).

40. H Lengweiler, W Buser, W Feitknecht,

Die Ermittlung der Löslichkeit von Eisen(III)hydroxiden mit 59-Fe.

Helv. Chim. Acta. Vol. XLIV, No 91, sid 796 - 811.

41. G N Biedermann, P Schindler,

On the solubility product of precipitated iron(III)hydroxide.

Acta Chem. Scard. U_, (1957), sid 731 - 740.

42. D H Lister, D H Charlesworth, B D Bowen,

Exploratory studies of the movement of activated corrosion products Corrosion-NACE, Vol. 27, No 7, 1971, sid 201 - 288.

F.Xl't WIMf.NlS UN' SoLLUIHN OF M M . N M U K IN I 1 0 1 Si>t>'lt>>Nx \ i I lit.II TtMI'F.KATliU». ANU |*MI SSI'NK

Kxperimeiu no.

202 204 205 207 221 257 259 260 262 267 273 274 275 276 277 278 279 280 281 2«2 283 284

285

2H6 ' 287 288

• -

Loading atmosphere*

N;

N2 N-2

\->

N i N>

A A A A A A A A A A A A A A A

o²

Hi

1 Hj

A "

A "

Molar emu cm ration

ofHCl (hnal)

0 000002 0.000005 0 0O00C>

0 0003 0.00016 0.00009 0.00013 0 00009 0.00016 0.00015 0.00013

o.ooon

0 OOOlh 0 00016 0 00016 0.00016 fl.000I8 0 00017 0.00016 0 00019 0.00016 0.00015 0 00014 0 00015 0 0008 0.00025

Tcinpcra- lure

(°c:.)

379 383

?8S 58»

393 382

?9O 3N'>

391 37S 4 0 i 391 400

\')\

2<)«>

2'»».

3S0 345 502 495 199 400 4 0 | 401 3S.3 3V8

1'rrssurr (bars)

380 4 0 0 420 420 450 Wit) 4 | O 410 120 320 4*'O 4 <O 4.H0 4>n HS»

HI»

li.S 15S 1130 i«)90 IS' 4M>

4K0 480 3f.O 470

lune (lllHIM)

71 42 III 119 120 4'»

IDS t««i 4<.

47 44 44 19 17 24 21 2*

2\

l < |

19 IH 17 17 40 l'>

41

Analysts i.t s>>

O i l

0 IMI 0 III 4 7 17 I II N 17 K 297

)•;«, 2i,s 295 2».4

2 40 .'S4 H.5.

I'M l»,4

s;

14 •»

7 4 I f . ii V

2«>

If. <

214 2H4

I l l l l . » . . )>).,

1 . '

0 IH 0 IK 0 I I ' 1 1 1 I)

* 7 0 II

I'»

s

4

t

II .'.»

t,

1 .»

•, II i.

II r.

II S 0 .'

II II >

{

II

* All experiments were in homl» lined with plarir.um or t.tiu.iliun \luii.

1 Sample was in the denser ot t lie two fluid phases.

** Bomb was baked out at ISO" C. in A atmmphc-rc Infori- lo.ultii)>.

Tabell I . Referens (37)

50 100 150 200 250 300 350

Abhangigktii von dar Tamparatur ti»hm Speistwster mi Htéikfhwetk Marburg, nach R. K. ffitr.

Fig. 1. Referens (2)

SO 100 150 200 2S0 300 350

Bild 2 Konicntntion ties ge/oitcn £itens in 4/;/>.>m/«y4r/r von o'er Wassertemperatur.

Fig. 2. Referens (2)

moo

Bild 15.

Korronion unö Sauemtortkonientwtion bei unicrschiedlichem Saizgehall (NaCI).

Fig. 3. Referens (32)

ranktion AV tenperaturen,

.J Kurva nr. *. Fe. . beräknat sed D. Lewis' värde p3L S^o

tot c.

och Sweet on cch Baes1 värde på IC.

beräknat med D. Lewis' termodynamiskt .re

3 .

beriiknade xårtien på S- och K. .

?e beräknat sied Sweetons värden på och

o

/O J-

l r

OBS. Kurva 3 är en 10 pot.

för låg. Fe vid 25°C är *g. 3,66 - I C T⁴ !f " ".-

. • . - # • ' » * •

— ^ i ^

Fig. 4. Referens (33)

i i

oo

8

o

O h-3

_ l

O(/)

07

O

<

a:

100

50 r-.~— -

20 10

ORNL-DWG 6 9 - ^ 0 4 / ;

2 -

2

O

o 0.1

0.05

0.5 i ^

O 100 200 TEMPERATURE !^CC)

Solubility of Fe

0

in Aqueous Solutions Soturoted with H

o t lotm ct 25°C.

300

Pig. 5. Referens (34)

W r -

it —

tilt* Xt L'IM.

Effect on Co° deposition of heating or6 0

cooling test section.

Fig. 6. Referens (42)

Inverkan av temperaturen på filtrcrbarheten för järnhältiga korrosionsprodukter i vatten. Förslag till undersökningar

T Kelen

MK-351

1972-07-04

tJ*lÖ*!CCJ i 't

CF F5

1 e<

3 e»

.'t ' **/ A iro; t a

Cot:..i--

•t*

Sammanfattning

Ett förslag till försöksutrustning i högtrycksutförande samt en detaljerad försöksplan redovisas.

- I -

I 1. Inledning

I

I I föreliggande rapport föreslås en undersökning av hur filtrerbarheten hos järnhaltiga korrosionsprodukter i vatten påverkas av temperaturen vid olika syrehalter och ledningsförmågor. Bakgrunden till undersök- ningen har tidigare utretts i rapporten AE-MK-337. Planeringen har ut-

förts på uppdrag av Stiftelsen för Värmeteknisk Forskning, GKVF.

Den kostnadsram som har lagts till grund för planeringen kommer att specificeras i särskild offert.

I 2j Diskussion av förutsättningarna för undersökningen

Huvudsyftet med undersökningen har ansetts vara att studera inverkan av korrosions- och filtreringstemperaturen på filtrerbarheten hos de korrosionsprodukter som bildas när stål korroderar i vatten vid olika

temperaturer.

Det framkom vid litteraturundersökningen att man inte utan vidare kunde ange sammansättningen och strukturen på de olika produkter som kan bil- das vid en given temperatur, varför man i stället får referera under- sökningsresultaten till den miljö vid vilken korrosionen sker. Denna miljö definieras av vattenkemin, korrosionstemperaturen och den korro- der ande ytans beskaffenhet med avseende på tidigare bildade korrosions- produkter.

Vattenkemin och temperaturen bör vara lätta att fastlägga, medan yt- beskaffenheten däremot kan vålla vissa svårigheter. Ett sätt att defi- niera ytan är att beta den och därefter konditionera den vid en tempe- ratur och vattenkemi som alltid är de samma. Man har då samma yta vid början av varje nytt försök. Ett annat sätt är att beta den och därefter konditionera den under sådana förhållanden som sedan skall råda under det aktuella försöket. Man startar då med olika ytor vid de olika för- söken. Det är inte självklart vilken metod som är att föredra, men den sistnämnda innebär att man tar med konditioneringsmiljön som en variabel i försöket, vilket bör vara en fördel när man skall överföra resultaten till den praktiska verkligheten. Därför har detta konditioneringssätt valts för undersökningen.

3. Försöksutrustning

Principen för försöksuppställningen framgår av Fig 1. Utrustningen

di mun si one ras lör 100 C oi-ii 120 bar. Materialet i k out ak t iiteil valluci

utgöres av rostfritt stal utom den radioaktiverade testycan i crud- generatorn som tillverkas i kolstål.

Temperaturen vid testytan, t , regleras med förvärmaren, och tempe- raturen i filtret, ^cr-i^t > ^{m e d} reglerkylåren. Volymsflödet hålles

konstant vid ca 10 l/h.

Utrustningen for rening och kemikontroll av det ingående vattnet har inte utritats i Fig I, men kommer att utföras så att vattenkvaliteten enligt försöksprogrammet kan garanteras.

Crudgeneratorn tillverkas av stålplåt som rullas till en spiral. Vattnets linjära hastighet i crudgeneratorn beräknas bli ca 5 mm/s.

4_. Fö r söksp rogr am

En körning beräknas tillgå på följande sätt:

1. Kretsen dekontamineras. För några körningar dekontamineras prov- tagningskylaren efter filtret separat.

2. Vattenkvaliteten justeras till de värden som finns angivna för körningen i fråga.

3. Plungepumpen startas. Ventilen före filtret skall vara stängd»

t. justeras in.

korr ^J

4. Inkörningen av crudgeneratorn följs genom mätning av lednings- förmågan och aktiviteten Fe-55 i vattnet efter konstanttrycks- regulatorn.

5. t,.. justeras till angivet värde.

6. Flödet genom filtret släpps på. Filtreringen får pågå så länge att tiden för uppvärmning av filterhållåren blir försumbar.

7. Flödet genom filtret stängs varefter aktiviteten Fe-55 näts på filtret, filtratet och vattnet efter konstanttrycksregulatorn.

Även ledningsförmågan mäts.

8. Ett nytt filter monteras, och punkt 6 och 7 upprepas tills det angivna antalet filtertemperaturer har körts.

Vid varje temperaturkombinåt ion görs liera fil trerin^ar, s.i atL rop ro- ducerbarheten säkerställs.

Det bör observeras, att vattenkvaliteten och t, måste hållas konstanta korr

under en körning, medan däremot ett flertal tf.. -värden kan köras.

Inom kostnadsramen bör 11 st körningar kanna utföras. De kan förslags- vis planeras enligt följande:

Syrehalt < 5 ppb, ledningsförmåga 0.1 |iS/cm

Nr

1 2 3 4 5 6 7

korr

20 70 120 160 200 250 300

20 20, 20, 20, 20, 20, 20,

lter'

70 70, 70, 70, 70, 70,

°C

120 120, 120, 120, 120,

160 160 160 160

Summa 22 kombinationer.

Serie_2JL_flltrerbarhetens beroende_ay_sy^ehalten_vid låg temperatur och_ledningsförmåga

t, • 120 C, ledningsförmågan -•• 0.1 pS/cm

Nr

8 9

[0

], ppb

30 300

filter' ^C

20, 70, 120 20, 70, 120

Summa 6 kombinationer.

och_ledningsförmåga

t, = 250°C, ledningsförmågan * 1.0 uS/cm med Na^SO, korr 2 4 Nr

10 11

[O2j , ppb

30 300

filter» ^C

20, 70, 120, 160 20, 70, 120, 160

Summa 6 kombinationer.

f För serierna 1 - 3 erhålles totalt 34 kombinationer

Vatten med specificerad kemi in

Plunge- pump

Förvärmare

Kylare för

terap.-reglering

Konstanttrycks- regulator

TT ^g

Radioaktiverad testyta, kolstål

temp t, korr

Filter, temp t .

r

txh-

Uppsamling av filtrat

Fig I. Principschema för högtryckskretsen