High Temperature Corrosion [>400°F (204°C)] (उच्च तापमान क्षरण)

4.4.1 Oxidation (ऑक्सीकरण)

4.4.1.1 Description of Damage

High temperature पर oxygen, carbon steel और अन्य alloys के साथ react करता है और metal को oxide scale में बदल देता है। यह process अक्सर fired heaters और boilers में होती है क्योंकि वहाँ combustion के लिए लगभग 20% oxygen वाली हवा मौजूद होती है।

4.4.1.2 Affected Materials

a) सभी iron based materials प्रभावित होते हैं, जिनमें carbon steel और low alloy steels (cast और wrought दोनों शामिल हैं)।

b) 300 Series SS, 400 Series SS और nickel based alloys भी oxidize होते हैं, लेकिन उनकी degree उनकी composition और temperature पर निर्भर करती है।

4.4.1.3 Critical Factors

a) High temperature oxidation को प्रभावित करने वाले मुख्य factors metal temperature और alloy composition हैं।

b) Carbon steel में oxidation लगभग 1000°F (538°C) से significant होना शुरू होता है, और temperature बढ़ने के साथ metal loss की rate बढ़ती जाती है।

c) आम तौर पर carbon steel और अन्य alloys की resistance material में मौजूद chromium content पर निर्भर करती है। Chromium बढ़ने से एक अधिक protective oxide scale बनता है। 300 Series SS लगभग 1500°F (816°C) तक scaling के लिए resistant होते हैं (Table 4-8 देखें)।

4.4.1.4 Affected Units or Equipment

Oxidation fired heaters, boilers और अन्य combustion equipment में होता है। इसके अलावा piping और वह equipment जो high temperature environment में operate करता है और जहाँ metal temperature लगभग 1000°F (538°C) से अधिक होता है, वहाँ भी यह damage होता है।

4.4.1.5 Appearance or Morphology of Damage

a) Carbon steel और low alloy steels में आमतौर पर general thinning होता है क्योंकि oxidation लगातार metal loss करता रहता है। बाहरी surface पर oxide scale दिखाई देता है, जो temperature और exposure time पर depend करता है (Figure 4-111 से 4-113)।

b) 300 Series SS और nickel alloys में आमतौर पर बहुत thin और dark scale बनता है, लेकिन extreme high temperature पर metal loss rate बढ़ सकता है।

4.4.1.6 Prevention / Mitigation

a) Oxidation resistance बढ़ाने का सबसे effective तरीका है more resistant alloy का उपयोग करना।

b) Chromium मुख्य alloying element है जो oxidation resistance को improve करता है। Silicon और aluminum भी effective होते हैं, लेकिन उनकी मात्रा mechanical properties पर adverse effect डाल सकती है।

इन elements का उपयोग अक्सर special alloys में किया जाता है जैसे heater supports, burner tips और combustion equipment components।

4.4.1.7 Inspection and Monitoring

a) High temperature equipment में process conditions को monitor करना चाहिए ताकि oxidation trends को track किया जा सके।

b) Temperature monitoring के लिए tube skin thermocouples और infrared थर्मोग्राफी का उपयोग किया जा सकता है।

c) Oxidation के कारण होने वाली thickness loss को आमतौर पर external ultrasonic thickness measurements से मापा जाता है।

4.4.1.8 Related Mechanisms

यहाँ वर्णित oxidation damage surface scaling के कारण होता है। कुछ अन्य mechanisms internal oxidation से संबंधित होते हैं, लेकिन वे इस section के scope से बाहर हैं।

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Graphitic Corrosion (ग्राफिटिक कॉरोजन)

4.3.12 Graphitic Corrosion (ग्राफिटिक कॉरोजन)

4.3.12.1 Description of Damage

Cast irons में ग्रेफाइट particles iron matrix के अंदर embedded होते हैं। Graphitic corrosion एक प्रकार का de alloying है जिसमें iron matrix corrode हो जाता है, जबकि corrosion products और porous ग्रेफाइट बच जाता है। इस attack के कारण porous structure बनता है और material की strength, ductility और density में significant loss होता है। यह आमतौर पर low pH और stagnant conditions में होता है, खासकर जब यह soils या sulfate rich waters के संपर्क में हो।

4.3.12.2 Affected Materials

मुख्य रूप से gray cast iron प्रभावित होता है, लेकिन nodular और malleable cast irons भी graphitic corrosion का अनुभव कर सकते हैं। हालांकि, इन दोनों में attack होने पर material अक्सर crumble हो जाता है। White iron इस damage से प्रभावित नहीं होता क्योंकि उसमें free ग्रेफाइट present नहीं होता।

4.3.12.3 Critical Factors

a) Graphitic corrosion कई cast iron alloys में हो सकता है, लेकिन यह आमतौर पर specific microstructure–environment combinations तक सीमित होता है। इसे प्रभावित करने वाले factors में alloy composition और exposure conditions शामिल हैं जैसे temperature, degree of aeration, pH और exposure time।

b) यह damage आमतौर पर moisture या aqueous phase की उपस्थिति में होता है, और अक्सर 200°F (93°C) से नीचे पाया जाता है।

c) यह damage कई महीनों या वर्षों में develop हो सकता है, लेकिन pH गिरने पर इसकी severity बढ़ सकती है।

d) अधिकांश damage stagnant conditions में होता है, जब sulfate concentration अधिक होता है।

e) ग्रेफाइट cathodic होता है iron matrix के मुकाबले, इसलिए iron matrix preferentially corrode होकर ग्रेफाइट को cathodically protect करता है कैथोडिक रूप से waters या soils में।

f) Graphitic corrosion adjacent components में भी galvanic corrosion cause कर सकता है।

4.3.12.4 Affected Units or Equipment

Graphitic corrosion soft water, salt water, mine waters, dilute acids और under ground piping में हो सकता है। इसके अलावा boiler feed water equipment भी प्रभावित हो सकता है। Typical examples में feedwater piping, pumps (pump impellers सहित), valves और underground cast iron pipe शामिल हैं। Fire water systems विशेष रूप से vulnerable होते हैं।

4.3.12.5 Appearance or Morphology of Damage

a) Damage widespread भी हो सकता है या localized areas में भी, जहाँ component का बाकी हिस्सा unaffected रहता है।

b) कई बार यह damage visual inspection में स्पष्ट नहीं होता, भले ही full wall thickness degrade हो चुकी हो।

c) प्रभावित areas soft होते हैं और आसानी से knife या hand tool से gouge किए जा सकते हैं।

d) Damage की extent confirm करने के लिए metallographic examination की आवश्यकता हो सकती है (Figure 4-103 से 4-110 तक)।

4.3.12.6 Prevention / Mitigation

a) UT (Ultrasonic Testing) इस damage को detect करने के लिए अच्छा method नहीं है।

b) Acoustic techniques जैसे “loss of metallic ring” और ultrasonic attenuation लागू हो सकते हैं।

c) De alloying के साथ significant hardness reduction हो सकता है, हालांकि यह localized भी हो सकता है।

4.3.12.7 Inspection and Monitoring

a) यह predict करना मुश्किल होता है कि किस environment में यह damage होगा, इसलिए cast irons की susceptibility को ध्यान में रखना जरूरी है।

b) Internal graphitic corrosion को coatings और/या cement linings से रोका जा सकता है।

c) External graphitic corrosion को external coatings या कैथोडिक protection से prevent किया जा सकता है, खासकर severely corrosive soils में।

4.3.12.8 Related Mechanisms

Graphitic corrosion को selective leaching भी कहा जाता है और यह cast irons में होने वाला de alloying का एक रूप है (देखें 4.3.11)। इसे ग्रेफ़ाइटीकरण से confuse नहीं करना चाहिए, जो high temperatures पर carbides के decomposition से related है (देखें 4.2.1)।।

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Dealloying (डी-अलॉयिंग)

4.3.11 De alloying (डी-अलॉयिंग)

4.3.11.1 Description of Damage

De alloying एक selective corrosion mechanism है जिसमें किसी alloy के एक या अधिक constituents को preferentially attack किया जाता है, जिससे एक कम density वाला (de alloyed) और अक्सर porous structure बच जाता है। Component failure अचानक और बिना चेतावनी के हो सकता है क्योंकि de alloyed material के mechanical properties काफी हद तक degrade हो जाते हैं।

4.3.11.2 Affected Materials

मुख्य रूप से copper alloys (जैसे brass, bronze, tin) के साथ-साथ Alloy 400 और cast iron प्रभावित होते हैं।

4.3.11.3 Critical Factors

a) De alloying को प्रभावित करने वाले factors में alloy की composition और exposure conditions शामिल हैं, जैसे temperature, degree of aeration, pH और exposure time।

b) De alloying कई अलग-अलग alloys में हो सकता है, लेकिन यह आमतौर पर बहुत specific alloyn environment combinations तक सीमित रहता है।

c) Exact conditions जिनमें de alloying होता है, अक्सर define करना मुश्किल होता है और damage कई वर्षों तक धीरे-धीरे develop हो सकता है।

4.3.11.4 Affected Units or Equipment

a) Underground cast iron piping जो कुछ soils के संपर्क में आता है।

b) Cooling water applications में heat exchanger tubing (brass, Al brass) कुछ brackish और seawater environments में de alloying के लिए susceptible होती है, लेकिन अक्सर tube sheets ज्यादा damage suffer करते हैं।

c) कुछ fresh या domestic water systems में भी समस्याएँ हो सकती हैं।

d) Boiler feed water piping systems और after boiler components में de alloying हो सकता है, जिसमें bronze pumps, मोनेल strainers और brass pressure gauge fittings शामिल हैं।

4.3.11.5 Appearance or Morphology of Damage

a) अक्सर significant color change या deep etched (corroded) appearance दिखाई देता है क्योंकि alloy का एक element remove हो जाता है। हालांकि, कुछ cases में visual inspection से बाहरी रूप से damage स्पष्ट नहीं होता, भले ही full wall thickness degrade हो चुकी हो।

b) Attack uniform (layer type) भी हो सकता है या localized (plug type) भी हो सकता है (Figure 4-101 और Figure 4-102)।

c) कुछ मामलों में original material पूरी तरह de alloyed हो जाता है, फिर भी component में लगभग कोई dimensional या visible change नहीं दिखता।

4.3.11.6 Prevention / Mitigation

a) यह predict करना अक्सर कठिन होता है कि कौन से environment में de alloying होगा, इसलिए certain alloys की susceptibility और उसके consequences को ध्यान में रखना जरूरी है।

b) De alloying resistance को कभी-कभी alloying elements जोड़कर improve किया जा सकता है। उदाहरण के लिए:

Tin copper alloys में de alloying को inhibit करता है।

Admiralty brass में बहुत छोटे मात्रा में phosphorus, antimony या arsenic जोड़ने से resistance बढ़ता है।

Aluminum bronze में डी-एल्युमिनाइज़ेशन को heat treatment से α (alpha) और β (Beta) microstructure बनाकर रोका जा सकता है।

c) De alloyed component की further degradation को रोकने का एकमात्र तरीका exposure conditions को बदलना या उसे resistant material से replace करना है।

d) कुछ alloy environment combinations में cathodic protection या barrier coatings effective हो सकते हैं।

4.3.11.7 Inspection and Monitoring

a) कई alloys affected area में color change दिखाते हैं, लेकिन scale removal के बाद ही attack की depth स्पष्ट होती है।

b) Brasses में dealloying visually red copper color के रूप में दिखाई देता है, जबकि original yellow brass color गायब हो जाता है।

c) Cast iron में graphitic corrosion होने पर material charcoal gray हो जाता है और इसे knife से आसानी से cut या gouge किया जा सकता है।

d) Damage की extent confirm करने के लिए metallographic examination की आवश्यकता हो सकती है।

e) De alloying के साथ hardness में significant reduction हो सकता है, हालांकि यह localized भी हो सकता है।

f) Acoustic techniques (जैसे metallic ring का loss) और ultrasonic attenuation लागू हो सकते हैं, लेकिन UT thickness measurements उपयुक्त नहीं होते।

g) फिटनेस फॉर सर्विस (FFS) analysis में यह ध्यान रखना चाहिए कि de alloyed हिस्सा brittle हो सकता है और load bearing strength में बहुत कम या कोई योगदान नहीं देता।

4.3.11.8 Related Mechanisms

a) De alloying को अक्सर उस element के नाम से refer किया जाता है जो remove होता है, जैसे डीजिंकिफिकेशन, डी स्टेनसिफिकेशन, डेनिकेलिफिकेशन, डील्युमिनिफिकेशन और graphitic corrosion। इसे selective leaching भी कहा जाता है।

b) Graphitic corrosion cast irons को प्रभावित करता है और इसका विवरण section 4.3.12 में दिया गया है।

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Caustic Corrosion

4.3.10 Caustic Corrosion

4.3.10.1 Description of Damage

Caustic Corrosion एक ऐसी corrosion है जो localized corrosion के रूप में होती है, जिसमें caustic या alkaline salts (जैसे NaOH या KOH) की concentration के कारण metal का नुकसान होता है। यह आमतौर पर evaporative conditions या high heat transfer areas में होती है, जहाँ water evaporate होकर caustic salts को concentrate कर देता है। हालांकि कुछ परिस्थितियों में, caustic solution की strength ज्यादा होने पर general corrosion भी हो सकता है।

4.3.10.2 Affected Materials

यह मुख्य रूप से carbon steel, low alloy steels और 300 Series SS को प्रभावित करता है।

4.3.10.3 Critical Factors

Caustic corrosion के मुख्य कारण NaOH (sodium hydroxide) या KOH (potassium hydroxide) की presence है। Caustic कई sources से system में आ सकता है, जैसे:

a) Process streams में neutralization या reaction के लिए caustic का intentional addition।

b) Boiler feed water में low concentration में addition या de mineralizer regeneration के दौरान accidental entry।

c) Condenser या equipment leaks के कारण alkaline salts का process stream में आ जाना।

d) कुछ process units में sulfur compounds या chloride removal के लिए caustic use किया जाता है।

e) Caustic का concentration बढ़ने के लिए evaporation या deposition जैसे mechanisms होने चाहिए।

f) Departure from DNB (Departure from न्यूक्लिएट Boiling), evaporation और deposition के कारण caustic locally concentrate हो सकता है।

Soil resistivity अक्सर corrosivity (कॉरोसिविटी) का indicator माना जाता है क्योंकि इसे आसानी से measure किया जा सकता है। यह soil की moisture और dissolved salts पर depend करता है। High moisture, high salt content और acidic soils ज्यादा corrosive होते हैं। Soil - to - air (मिट्टी से हवा में) interface areas ज्यादा corrosive होते हैं क्योंकि वहाँ oxygen और moisture दोनों उपलब्ध होते हैं। Metal temperature बढ़ने से corrosion rate भी बढ़ता है। इसके अलावा galvanic corrosion, stray currents, differential aeration cells और MIC भी soil corrosion को influence करते हैं।

4.3.10.4 Affected Units or Equipment

Caustic corrosion अक्सर boiler systems और steam generating equipment में पाई जाती है, खासकर heat exchangers में। Crude unit charge systems में caustic injection के कारण भी localized corrosion हो सकती है। Preheat exchangers, furnace tubes और transfer lines में भी यह समस्या हो सकती है यदि caustic अच्छी तरह mix न हो। इसके अलावा, वे units जो product streams से sulfur compounds हटाने के लिए caustic use करते हैं, भी प्रभावित हो सकते हैं।

Caustic Corrosion / Caustic Stress Corrosion Cracking (CSCC) होने वाले Equipment की सूची

1. Boiler Steam Drum - Boiler water में NaOH concentration बढ़ने पर

2. Boiler Tubes - Water wall tubes, generating tubes, superheater tubes

3.Heat Exchanger - Caustic solution side tubes/shell

4.Evaporator - Caustic concentration process equipment

5.Caustic Soda Evaporator - Chlor-alkali plant service

6.Caustic Storage Tank - NaOH storage vessels

7. Caustic Transfer Piping - NaOH transportation lines

8.Pumps - Caustic circulation pumps, seal areas

9.Valves - Caustic isolation/control valves

10.Pressure Vessels - Caustic process vessels

11.Reactors - Alkali chemical processing reactors

12.Columns / Towers - Caustic wash sections

13.Absorbers - Caustic absorption systems

14.Scrubbers - Caustic gas cleaning systems

15.Fired Heater Tubes - Caustic contaminated deposits वाले tubes

16.Heat Recovery Steam Generator (HRSG) - Boiler water chemistry related areas

17.Deaerator - Alkaline water chemistry conditions

18.Boiler Feed Water System - High alkalinity conditions

19.Steam Injection Lines - Caustic carryover वाले systems

20.Caustic Cleaning System (CIP) - Chemical cleaning circuits

21.Alkylation Unit Equipment - Caustic wash sections

22.FCC Unit Equipment - Caustic treating sections

23.Hydroprocessing Units - Caustic wash drums and piping

24.Amine Treating Equipment - Caustic contamination cases

25.Flare Gas Scrubber System - NaOH scrubbing service

4.3.10.5 Appearance or Morphology of Damage

यह damage आमतौर पर localized metal loss के रूप में दिखाई देता है, जो boiler tubes में grooves या locally thinned areas के रूप में हो सकता है, खासकर deposits के नीचे। कई बार deposits damage को छुपा लेते हैं। Vertical tubes में यह circumferential groove के रूप में दिख सकता है, जबकि horizontal या sloped tubes में top surface पर या opposite sides पर longitudinal grooves बन सकते हैं। High-strength caustic solution में carbon steel पर 175°F (79°C) से ऊपर general corrosion और 200°F (93°C) से ऊपर बहुत तेज corrosion हो सकता है।

4.3.10.6 Prevention / Mitigation

Steam generating equipment में prevention के लिए proper design बहुत जरूरी है, जैसे free caustic को कम करना, proper water flow सुनिश्चित करना, burner management को optimize करना और alkaline salts के condenser में entry को रोकना। Process equipment में caustic injection को इस तरह design करना चाहिए कि proper mixing और dilution हो, ताकि hot metal surfaces पर concentration न बने। Carbon steel और 300 Series SS high strength caustic (>150°F / 66°C) में जल्दी corrode करते हैं, जबकि Alloy 400 और कुछ nickel base alloys बेहतर resistance दिखाते हैं।

4.3.10.7 Inspection and Monitoring

UT thickness gauging से general corrosion detect किया जा सकता है, लेकिन localized caustic corrosion को ढूंढना मुश्किल हो सकता है। Injection points की inspection API 570 के अनुसार करनी चाहिए। UT scans और radiography उपयोगी हैं। Steam systems में boroscope inspection भी किया जा सकता है।

4.3.10.8 Related Mechanisms Caustic corrosion को caustic gouging या ductile gouging भी कहा जाता है। यह Departure from Nucleate Boiling (DNB) mechanism से भी related है, जैसा कि steam blanketing (4.2.11) में बताया गया है।

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0.5 × RPM	Mechanical Looseness / Rubbing / Oil Whirl
1 × RPM	Rotor Unbalance / Bent Shaft / Eccentricity
2 × RPM	Misalignment / Bent Shaft
3 × RPM	Looseness
3 × RPM – 4 × RPM HIGHER SIDE	Mechanical Looseness / Coupling Problem,Soft Foot,Structural Resonance
Medium (20 Hz to 2,000 Hz)	Shows common issues like rotor unbalance or bad alignment.
High (Over 2,000 Hz)	Points to damaged gear teeth or worn-out bearings.
Low (Under 20 Hz)	Often means structural looseness or issues with slow rotating parts
High Frequency	Bearing Defect / Gear Mesh / Lubrication Failure
Blade Pass	Cavitation / Hydraulic Problem
1 × RPM HIGHER & 2X, 3X lower	Rotor Unbalance

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