В промышленных реакционных резервуарах, системах обогрева трубопроводов и производственных линиях гальваники нагревательные трубы из нержавеющей стали 316 часто устанавливаются вместе с кронштейнами из углеродистой стали, обычными чугунными креплениями, медными токопроводящими компонентами и другими металлическими аксессуарами. Когда два разнородных металла с разными электродными потенциалами погружаются в проводящую электролитную среду, такую как сточные воды, гальванический раствор и циркулирующая вода, самопроизвольно образуется гальванический элемент. Металл с более низким потенциалом действует как анод и подвергается быстрому селективному растворению, тогда как нержавеющая сталь 316 с более высоким потенциалом служит защищаемым катодом. Однако локальные щели, неплотный контакт и неравномерное покрытие среды часто приводят к частичному переворачиванию катода-анода, что приводит к концентрированной точечной коррозии на поверхности нагревательных трубок. Многие проектировщики оборудования учитывают только удобство сборки конструкции и прочность механического соединения, игнорируя согласование разности потенциалов между различными металлами и эффективные меры изоляции, что приводит к быстрому локальному перфорированию нагревательных трубок в течение короткого срока службы. Таким образом, стандартизированная конструкция согласования потенциалов и меры по электрической изоляции являются важными техническими средствами для устранения рисков гальванической коррозии в сценариях сборки из нескольких-металлов.
Гальваническая коррозия возникает при одновременном выполнении трех необходимых условий: разнородных металлов с явной разностью потенциалов, проводящей среды электролита и замкнутого проводящего контура между металлическими компонентами. В нейтральных и слабощелочных средах,-содержащих хлориды, потенциал разомкнутой-цепи нержавеющей стали 316 в пассивном состоянии намного выше, чем у углеродистой стали, железных и медных сплавов. При прямом соединении кронштейны из углеродистой стали в большинстве случаев преимущественно подвергаются коррозии, чтобы защитить нагревательную трубку. Тем не менее, как только местная пассивная пленка из нержавеющей стали будет повреждена царапинами, термической усталостью или жидкостной эрозией, обнаженная свежая металлическая матрица превратится в анод гальванического элемента, что приведет к чрезвычайно быстрому локализованному анодному растворению в месте дефекта. Чем больше разность потенциалов между двумя металлами, тем выше плотность тока гальванической коррозии и тем быстрее корродирует анодный металл. Кроме того, необоснованное соотношение площадей катода и анода усугубит коррозию: катод из нержавеющей стали большой-площади в сочетании с крошечным поврежденным анодом из нержавеющей стали вызовет сильную концентрированную питтинговую коррозию в месте дефекта.
В этом исследовании обобщаются четыре целевые стратегии предотвращения гальванической коррозии нагревательных трубок из нержавеющей стали 316 в много-системах сборки металлов.
Во-первых, оптимизируйте соответствие металлического материала, чтобы контролировать разность потенциалов электродов в безопасном диапазоне. Постарайтесь выбрать нержавеющую сталь 316 или низкоуглеродистую-нержавеющую сталь 316L для всех опор, фланцев, соединительных болтов и крепежных аксессуаров, соответствующих нагревательным трубкам, чтобы существенно устранить разницу потенциалов. Если стоимость конструкции ограничивает полное внедрение материалов из нержавеющей стали, разность потенциалов между парными металлами должна контролироваться ниже 150 мВ в рабочей среде; углеродистую сталь и чугун с большой разностью потенциалов строго запрещено напрямую подключать к нагревательным трубкам в средах с электролитом с высокой-проводимостью. Медь, алюминий и оцинкованные материалы с высокой электрохимической активностью запрещается вступать в прямой контакт с нагревательными трубками из нержавеющей стали в условиях длительного-погружения.
Во-вторых, установите жаростойкие изолирующие компоненты,-чтобы разрезать проводящую петлю между разнородными металлами. Изолирующие прокладки из ПТФЭ, керамические втулки и жаропрочные силиконовые изоляционные прокладки должны быть расположены во всех точках контакта между нагревательными трубками и кронштейнами, болтами и корпусами резервуаров оборудования, не изготовленными из-нержавеющей стали. Все соединительные крепления должны быть снабжены изолирующими втулками во избежание прямого контакта-к-металлам. Изоляционные материалы должны обладать превосходной стойкостью к старению, гидролизу и характеристикам сжатия, чтобы предотвратить проникновение среды и разрушение изоляции при длительных-переменных температурах и размыве жидкостью. Даже если между согласованными металлами существует небольшая разность потенциалов, после изоляции не может быть сформирован закрытый гальванический элемент.
В-третьих, разумно оптимизируйте соотношение площади катода-анода, чтобы избежать концентрированной ускоренной коррозии. Если невозможно избежать частичного соединения разнородных металлов, анодный металл (аксессуары из углеродистой стали с низким-потенциалом) должен быть спроектирован с большей площадью контакта, ограничивая при этом площадь открытых дефектов нагревательной трубки из нержавеющей стали. Регулярно проверяйте и устраняйте царапины, участки сварочного окисления и места повреждения пассивной пленки на поверхности нагревательной трубки посредством своевременной местной пассивационной обработки, чтобы избежать образования крошечных анодных областей на большой поверхности катода из нержавеющей стали. Для опор из углеродистой стали, которые необходимо использовать, используйте усиленное-анти-защитное покрытие от коррозии, чтобы уменьшить эффективный катодный-анодный ток и замедлить общую скорость гальванической коррозии.
В-четвертых, используйте катодную защиту с защитным анодом в качестве вспомогательной меры против-коррозии в неизбежных условиях сборки из нескольких-металлов. Установите цинковые или магниевые протекторные анодные блоки на дне реакционного резервуара рядом с пучком нагревательных трубок. Жертвенный анод с наименьшим электродным потенциалом будет преимущественно растворять и выделять электроны, переводя всю нагревательную трубку и подключенные металлические аксессуары в состояние катодной защиты, что может сдерживать как гальваническую коррозию разнородных металлов, так и анодное растворение, вызванное блуждающими токами. Регулярно проверяйте остаточную толщину расходных анодов и своевременно заменяйте их до полного израсходования, чтобы предотвратить выход из строя защиты.
Проверка практического применения показывает, что нагревательные трубы, оснащенные полной изоляционной изоляцией в многометаллическом сборочном оборудовании, могут работать непрерывно более 24 месяцев без гальванической коррозии. Напротив, непосредственно собранные нагревательные трубки без изоляционной защиты подвергаются явной локальной точечной перфорации в течение 5–8 месяцев. В заключение, соответствие эквивалентного потенциала материала, полная-электрическая изоляция положения, разумный контроль площади катода-анода и дополнительная защита протекторного анода могут полностью блокировать условия формирования гальванических элементов. Эти стандартизированные анти-технические требования к сборке эффективно предотвращают ускоренный коррозионный отказ, вызванный связью разности потенциалов нескольких-металлов, что значительно повышает безопасность эксплуатации и экономическую выгоду от нагревательных трубок из нержавеющей стали 316 в сложном многометаллическом промышленном оборудовании.
