Нагревательные трубы из нержавеющей стали 316 часто подвергаются кислотному травлению во время производства и монтажа, а в некоторых погружных нагревательных устройствах используется катодная защита для защиты от хлоридной коррозии. В этих двух типичных рабочих средах атомарный водород легко генерируется и проникает внутрь материалов из нержавеющей стали. Атомы водорода накапливаются на границах зерен, дислокациях и внутренних микро-дефектах, что приводит к локальной концентрации внутренних напряжений. Как только растягивающее напряжение превышает порог разрушения материала, водородные-микро-трещины возникают и быстро расширяются, что определяется как водородное охрупчивание. В отличие от обычной электрохимической коррозии, водородное охрупчивание относится к хрупкому разрушению без предварительной очевидной пластической деформации, что часто приводит к внезапному растрескиванию трубок и утечкам оборудования без сигналов раннего предупреждения. Многие заводы уделяют внимание только удалению поверхностной ржавчины и анти-коррозионным эффектам, игнорируя при этом скрытые опасности водородного охрупчивания в процессах кислотной и катодной защиты, что приводит к внезапному хрупкому разрушению высокопрочных-тонких-нагревательных трубок с тонкими стенками. Поэтому разработка мер по контролю над водородом имеет важное значение для устранения рисков водородного охрупчивания и обеспечения структурной безопасности нагревательных труб. Механизм образования водородного охрупчивания в основном включает проникновение водорода, внутреннее обогащение и распространение трещин,-вызванное напряжением. Во время травления химическая реакция между кислотным раствором и нержавеющей сталью приводит к образованию большого количества атомов водорода. Часть водорода уходит в виде водородных пузырьков, а остальная часть диффундирует в металлическую матрицу через поверхностные микротрещины и границы зерен. В условиях катодной защиты в ходе катодной реакции восстановления на поверхности трубки непрерывно образуются атомы водорода. Для холодно-обработанных изогнутых, тонко-стенных и высоко-нагревательных трубок внутреннее остаточное растягивающее напряжение является движущей силой агрегации водорода. Водород собирается на дефектах решетки, образуя давление водорода, которое вместе с внешними эксплуатационными растягивающими напряжениями вызывает разрыв связей зерен металла, постепенно расширяя микротрещины до проникающих хрупких трещин. В этом исследовании обобщены четыре систематические схемы предотвращения водородного охрупчивания. Во-первых, параметры процесса травления строго оптимизированы для снижения выделения водорода. Применяется травильный раствор низкой-концентрации, а в кислотную жидкость добавляются добавки-ингибиторы водорода, чтобы ограничить образование атомов водорода на поверхности нержавеющей стали. Время вымачивания при травлении максимально сокращается за счет удаления оксидной окалины и загрязняющих веществ, а травление при высокой-длительной- температуре запрещено, чтобы избежать чрезмерного проникновения водорода. После травления необходима немедленная тщательная промывка деионизированной водой для прекращения реакции кислотной коррозии. Во-вторых, после кислотного травления проводят водородную дегидрирующую обработку. Нагревательные трубки помещаются в печь с постоянной температурой 200–230 градусов на 2–4 часа для сохранения тепла, чтобы атомы водорода, растворенные внутри металла, могли выйти наружу посредством термодиффузии, что эффективно снижает внутреннюю концентрацию водорода и устраняет стресс, связанный с обогащением водородом. Этот процесс дегидрирования является обязательным для холодно-обработанных тонкостенных-нагревательных трубок с толщиной стенки менее 1,5 мм. В-третьих, потенциальный диапазон катодной защиты точно откалиброван, чтобы избежать чрезмерной-защиты. Чрезмерно отрицательный защитный потенциал вызовет бурную реакцию выделения водорода на поверхности трубки и усугубит проникновение водорода. Защитный потенциал нагревательных трубок из нержавеющей стали 316 следует контролировать в узком безопасном интервале, который может препятствовать коррозии анодного растворения, не вызывая при этом массивного осаждения водорода. Регулярный мониторинг потенциала проводится для предотвращения дрейфа параметров оборудования, приводящего к чрезмерной -защите. В-четвертых, перед травлением проводится обработка для снятия остаточных напряжений нагревательных трубок холодной штамповки. Низко-отжиг для снятия напряжений устраняет остаточные напряжения растяжения, возникающие в процессах гибки, штамповки и механической обработки. Снижение внутреннего напряжения может значительно снизить склонность к образованию водородных-трещин, существенно улучшая стойкость подложек из нержавеющей стали к водородному охрупчиванию. Ускоренные испытания на водородное охрупчивание подтверждают, что нагревательные трубы, обработанные ингибитором травления и дегидрирующим обжигом, не имеют водородного-растрескивания после длительных-экспериментов по старению под напряжением. Напротив, необработанные образцы подвергаются хрупкому растрескиванию в кислой среде в течение короткого периода эксплуатации. Данные по эксплуатации показывают, что стандартизированные меры по контролю над водородом снижают частоту внезапных хрупких отказов нагревательных трубок более чем на 78%. В заключение, подавление выделения водорода, реализация дегидрирующего обжига, оптимизация потенциала катодной защиты и снятие образующихся остаточных напряжений могут эффективно предотвратить разрушение нагревательных трубок из нержавеющей стали 316 из-за водородного охрупчивания. Эти спецификации по контролю безопасности устраняют скрытые риски хрупкого повреждения от источника процесса и гарантируют долгосрочную-конструкционную безопасность промышленного нагревательного оборудования в кислых и катодных средах.
c среды службы защиты.
