В резервуарах для химических реакций, трубопроводах нагрева циркулирующей воды, гальванических производственных линиях и других промышленных объектах нагревательные трубы из нержавеющей стали 316 часто собираются вместе с опорами из углеродистой стали, чугунными крепежными деталями, медными токопроводящими фитингами и другими различными металлическими компонентами. Когда два типа металлов с разными электродными потенциалами погружаются в проводящие электролиты, такие как сточные воды, гальванический раствор и технологическая циркулирующая вода, самопроизвольно образуется элемент гальванической коррозии. Металл с более низким электродным потенциалом служит анодом и подвергается быстрому селективному растворению, а пассивированная нержавеющая сталь 316 с более высоким потенциалом действует как катод и оказывает защитное действие. Однако местные щели, плохой контакт и неравномерное покрытие среды могут вызвать переворот катода-анода, что приведет к интенсивной точечной коррозии на поверхности нагревательной трубки. Многие проектировщики оборудования уделяют внимание только удобству сборки и механической прочности конструкции, игнорируя разницу потенциалов между разнородными металлами и необходимые меры изоляции, что в конечном итоге приводит к преждевременной локальной перфорации нагревательных трубок. Таким образом, рациональная конструкция согласования потенциалов и полная электрическая изоляция являются важными техническими средствами устранения рисков гальванической коррозии в много-системах сборки металлов.
Для возникновения гальванической коррозии необходимы одновременно три обязательных условия: разнородные металлы со значительной разностью потенциалов электродов, проводящая среда электролита и замкнутая проводящая цепь, соединяющая два металла. В нейтральных и слабощелочных средах,-содержащих хлориды, пассивированная нержавеющая сталь 316 обладает гораздо более высоким потенциалом разомкнутой-цепи, чем углеродистая сталь, чугун и обычные медные сплавы. В большинстве случаев аксессуары из углеродистой стали преимущественно подвержены коррозии, чтобы защитить нагревательные трубки из нержавеющей стали. Как только пассивная пленка нагревательной трубки будет повреждена механическим царапином, термической усталостью или эрозией жидкости, обнаженная свежая металлическая матрица превратится в анод гальванического элемента, вызывая чрезвычайно быстрое локализованное анодное растворение в дефектном положении. Большая разность потенциалов между согласованными металлами приводит к более высокой плотности гальванического тока и более высокой скорости анодной коррозии. Кроме того, необоснованное соотношение площади катода-анода значительно усугубит коррозию: катод из нержавеющей стали большой-площади в сочетании с крошечным поврежденным анодом из нержавеющей стали вызовет сильную концентрированную точечную коррозию в месте дефекта.
В этом исследовании предлагаются четыре систематические стратегии предотвращения гальванической коррозии нагревательных трубок из нержавеющей стали 316 в условиях работы в сборке из нескольких металлов.
Во-первых, оптимизируйте согласование металлов, чтобы контролировать разность потенциалов электродов в безопасном диапазоне. Приоритет следует отдавать использованию нержавеющей стали 316 или 316L для всех соответствующих аксессуаров, включая кронштейны, фланцы и соединительные болты, чтобы существенно устранить разницу потенциалов. Когда ограничения по стоимости не позволяют полностью использовать нержавеющую сталь, потенциальный зазор между парными металлами должен контролироваться ниже 150 мВ в реальных рабочих средах. Прямое соединение нагревательных трубок с металлами с высокой-активностью, такими как углеродистая сталь, чугун, алюминий и оцинкованная сталь, запрещено в условиях длительного-погружения с высокой проводимостью электролита.
Во-вторых, используйте изолирующие компоненты,-устойчивые к высоким температурам, чтобы разрезать проводящие петли между разнородными металлами. Прокладки из ПТФЭ, керамические втулки и термостойкие силиконовые изолирующие прокладки должны быть установлены во всех местах контакта между нагревательными трубками и опорами, болтами и корпусами резервуаров, не изготовленными из-нержавеющей стали. Каждый крепежный элемент должен быть оснащен изолирующей втулкой во избежание прямого контакта с металлом. Выбранные изоляционные материалы должны обладать превосходной устойчивостью к старению, гидролизу и способностью к сжатию, чтобы предотвратить разрушение изоляции, вызванное проникновением среды при переменной температурной нагрузке и длительной-размывке жидкостью. Даже для пар металлов с небольшой разностью потенциалов гальванические элементы не могут образоваться после полной электрической изоляции.
В-третьих, разумно отрегулируйте соотношение площадей катода-анода, чтобы избежать концентрированной ускоренной коррозии. Если невозможно избежать соединения разнородных металлов, спроектируйте анодный компонент с низким-потенциалом с большей площадью контакта и сведите к минимуму открытую дефектную зону на нагревательной трубке из нержавеющей стали. Своевременный локальный ремонт пассивации должен выполняться в случае царапин, зон окисления при сварке и повреждений пассивной пленки, чтобы предотвратить образование крошечных анодных областей на большой-поверхности катода из нержавеющей стали. Опоры из углеродистой стали должны быть покрыты высокоэффективными-анти-коррозионными покрытиями для уменьшения гальванического тока и замедления общего прогресса коррозии.
В-четвертых, используйте катодную защиту с защитным анодом в качестве вспомогательной меры против-коррозии в неизбежных сценариях сборки из нескольких-металлов. Блоки жертвенных анодов из цинка или магния располагаются рядом с пучком нагревательных трубок на дне реакционных резервуаров. Эти жертвенные аноды с низким-потенциалом преимущественно растворяются и заставляют все нагревательное оборудование оставаться в состоянии катодной защиты, что может препятствовать как гальванической коррозии разнородных металлов, так и анодному растворению,-индуцированному паразитным током. Регулярная проверка толщины расходных анодов необходима для своевременной замены до полного их использования во избежание отказа защиты.
Данные долгосрочного-использования в полевых условиях показывают, что нагревательные трубы, оснащенные полной изоляционной изоляцией, могут работать непрерывно более 24 месяцев без повреждений, вызванных гальванической коррозией. Напротив, сборки без изоляционной защиты подвергаются серьезной локальной точечной перфорации в течение 5–8 месяцев. В заключение, эквивалентное потенциальное соответствие материалов, полная-электрическая изоляция, оптимизированное расположение катода-анода и дополнительная защита протекторного анода могут полностью блокировать условия формирования гальванических элементов. Стандартизированные антикоррозионные требования к много-металлическим узлам-эффективно предотвращают ускоренные коррозионные отказы, вызванные связью разности потенциалов, значительно продлевая срок службы и улучшая эксплуатационные экономические преимущества нагревательных трубок из нержавеющей стали 316 в сложном промышленном оборудовании.
