Galvanická korózia: Keď sa stretnú rôzne kovy

Čo je galvanická korózia?

Vo svojej chemickej továrni ste nainštalovali úplne{0}}nové potrubie z nehrdzavejúcej ocele, ktoré ste spojili mosadznými armatúrami a medenými skrutkami. Všetko vyzeralo na začiatku perfektne. Ale len o šesť mesiacov neskôr ste si všimli, že medené komponenty zozelenali, mosadzné armatúry boli popraskané a čo je najhoršie, - drahá rúrka z nehrdzavejúcej ocele mala v blízkosti spojovacích bodov zvláštne jamky.

Čo sa pokazilo? Odpoveďou je fenomén nazývaný galvanická korózia -, jedna z najbežnejších a najnákladnejších foriem degradácie materiálu v priemyselnom prostredí. Vyskytuje sa vždy, keď sú dva rôzne kovy elektricky spojené a ponorené do vodivého roztoku (ako je morská voda, kyslá voda alebo dokonca vlhký vzduch). Jednoducho povedané: keď sa dva rôzne kovy navzájom dotýkajú a navlhnú, jeden kov začne strácať elektróny pre druhý. Kov, ktorý stráca elektróny, sa nazýva anóda - koroduje. Kov, ktorý získava elektróny, sa nazýva katóda -, je chránený.

Tento proces je pomenovaný po Luigim Galvanim, talianskom fyzikovi, ktorý objavil tento jav v 80. rokoch 18. storočia. Pri štúdiu žabích stehien trhajúcich sa elektrinou nechtiac odhalil jeden z najdôležitejších princípov elektrochémie, na ktorý sa inžinieri spoliehajú dodnes.

Galvanická korózia (nazývaná aj bimetalická korózia) je elektrochemický proces, pri ktorom jeden kov prednostne koroduje, keď je v elektrickom kontakte s iným kovom v prítomnosti elektrolytu. Aktívnejší kov (vyššia tendencia ku korózii) sa stáva anódou a koroduje rýchlejšie ako samotný. Menej aktívny kov sa stáva katódou a koroduje pomalšie - alebo vôbec nekoroduje.

Galvanická korózia je obzvlášť nebezpečná, pretože môže spôsobiť rýchle, lokálne poškodenie. Zatiaľ čo všeobecná korózia sa šíri rovnomerne po povrchu, galvanická korózia napáda koncentrovanou intenzitou jednu špecifickú oblasť - spojenie dvoch kovov -. Spoj, ktorý by mal vydržať 20 rokov, môže zlyhať do 2 rokov, ak sa spárujú nesprávne kovy. Medzi najviac postihnuté odvetvia patria:

Námorné a pobrežné inžinierstvo (morská voda je vynikajúci elektrolyt)

Chemické a petrochemické spracovateľské závody

Elektrárne a odsoľovacie zariadenia

Architektúra a konštrukcia (rôzne kovové strešné krytiny a upevňovacie systémy)

Ropovodné a plynové potrubia a skladovacie systémy

Galvanická séria: Rebríček činnosti s kovmi

Séria Galvanic (nazývaná aj séria EMF alebo tabuľka galvanickej kompatibility) zoraďuje kovy a zliatiny na základe ich elektrochemického potenciálu v morskej vode. Kovy v hornej časti (viac negatívneho potenciálu) sú anodické (budú korodovať). Kovy na dne (pozitívnejší potenciál) sú katódové (budú chránené). Čím väčšia je vzdialenosť medzi dvoma kovmi v sérii, tým rýchlejšie nastane galvanická korózia, keď sú spojené.

Tu je zjednodušená galvanická séria relevantná pre priemysel nehrdzavejúcej ocele a zliatin niklu:

Tschopný 1: Zjednodušená galvanická séria v morskej vode (referenčná elektróda saturovaného kalomelu) - Zdroj: ASTM G82 a údaje o korózii NACE

Praktické pravidlo:Pri výbere kovových párov vyberte kovy, ktoré sú v galvanickej sérii susediace (do 100 mV od seba), aby ste minimalizovali riziko galvanickej korózie. Vzdialenosť väčšia ako 300 mV naznačuje kombináciu vysokého-rizika.

Štyri kľúčové faktory, ktoré urýchľujú galvanickú koróziu

Úloha elektrolytu

Elektrolyt je kvapalina alebo vlhkosť, ktorá vedie ióny medzi anódou a katódou. Čím je elektrolyt vodivejší, tým rýchlejšie prebieha galvanická korózia. Morská voda je najagresívnejší elektrolyt - jej vysoká slanosť (približne 3,5 % soli) z nej robí vynikajúci vodič. To je dôvod, prečo sú morské prostredia najnáročnejšie na rozdielne kovové spojenia. Medzi ďalšie bežné elektrolyty patria: sladká voda (stredná vodivosť), kyslé roztoky (vysoko vodivé a korozívne), vlhký vzduch (tvorí tenký elektrolytický film) a betón (voda s alkalickými pórmi urýchľuje koróziu zabudovanej ocele).

Pomer plochy povrchu

Na relatívnej povrchovej ploche anódy a katódy veľmi záleží. Malá anóda spojená s veľkou katódou je nebezpečná kombinácia. prečo? Pretože rovnaké množstvo korózneho prúdu je distribuované na menšiu plochu anódy, čo spôsobuje koncentrovanejšie a rýchlejšie poškodenie.

Naopak, veľká anóda s malou katódou šíri koróziu na väčšiu plochu, čím sa znižuje miera poškodenia. Príklad: malá nerezová skrutka (katóda) zaskrutkovaná do veľkej hliníkovej platne (anódy) spôsobuje rýchlu koróziu hliníka na rozhraní závitu. Ale veľká zinková obetná anóda pripevnená k oceľovej konštrukcii pomaly koroduje a chráni oceľ roky.

Teplota

Vyššie teploty vo všeobecnosti urýchľujú elektrochemické reakcie. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje vodivosť vody, ióny sa pohybujú rýchlejšie a rýchlosť korózie stúpa. Existuje však významná výnimka: v niektorých systémoch z pasivovanej nehrdzavejúcej ocele sa rýchlosť korózie môže znížiť pri veľmi vysokých teplotách v dôsledku zmien v stabilite oxidovej vrstvy. Správanie špecifické pre teplotu-vždy si pozrite v hárku s údajmi o materiáli.

Mechanický dizajn a mikrobiálny vplyv

Zlá mechanická konštrukcia môže zachytávať vlhkosť a vytvárať štrbiny, kde sa hromadí elektrolyt. Tieto štrbinové korózne zóny sa samy o sebe-udržiavajú -, elektrolyt vo vnútri sa časom stáva koncentrovanejším a korozívnejším. Okrem toho môže mikrobiologicky ovplyvnená korózia (MIC) urýchliť galvanický útok, keď sa kolónie baktérií tvoria v štrbinách a vytvárajú lokálne kyslé prostredie.

Prípadové štúdie v kovopriemysle

Porucha lodného výmenníka tepla

Pobrežné odsoľovacie zariadenie použilo titánové rúrky v plášti zo zliatiny medi-niklu (Cu-Ni). Hoci oba materiály boli vybrané pre ich odolnosť voči morskej vode, medzi titánom a Cu-Ni vznikol galvanický pár. V priebehu 18 mesiacov sa v plášti Cu-Ni vyvinula silná ryhovaná korózia na rozhraní rúrkovnice. Hlavná príčina: titán je v morskej vode výrazne katodickejší ako Cu-Ni (+200 mV oproti +50 mV), čo vytvára silnú galvanickú hnaciu silu. Riešenie: inštalácia nevodivého tesnenia medzi rúrkovnicu a plášť prerušila elektrický obvod a odstránila galvanický pár.

Incident chemického skladu

Chemické zariadenie používalo nádrž z nehrdzavejúcej ocele s objemom 316 l na skladovanie roztoku kyseliny chlorovodíkovej (HCl). Nádrž bola vybavená nosnými nohami z uhlíkovej ocele. Kyslý elektrolyt z roztoku HCl premostil spojenie medzi uhlíkovou oceľou (anóda) a nehrdzavejúcou oceľou 316L (katóda). Nohy z uhlíkovej ocele skorodovali len za 8 mesiacov, čo predstavovalo kritické bezpečnostné riziko. Riešenie: Výmena nôh z uhlíkovej ocele za konzoly z nehrdzavejúcej ocele 316L a pridanie ochranného náteru na izoláciu všetkých zostávajúcich komponentov z uhlíkovej ocele vyriešilo problém.

Príbeh Offshore Pipeline

Pobrežná ropná plošina používala 254 SMO superaustenitických prírub z nehrdzavejúcej ocele spojených skrutkami Hastelloy C-276 v prostredí s morskou vodou. Na prvý pohľad sú obe zliatiny{10} vysoko odolné voči korózii. Avšak 254 SMO je v galvanickej sérii vyššie ako Hastelloy C-276, vďaka čomu je 254 SMO anódou. Skrutky Hastelloy C-276 (katóda) boli chránené - ale drahé príruby 254 SMO utrpeli selektívnu koróziu na rozhraniach otvorov pre skrutky. Riešenie: prechod na skrutkovanie Alloy 625 (galvanicky bližšie k 254 SMO) zastavil koróziu a predĺžil životnosť odhadom o 15 rokov.

Ako zabrániť galvanickej korózii?

Stratégia výberu materiálu

Najúčinnejšia stratégia prevencie začína vo fáze návrhu. Použite nasledujúci rámec rozhodovania:

Tabuľka 2: Pokyny pre hodnotenie galvanického rizika a opatrenia - Na základe noriem NACE SP0177 a ASTM G82

Izolácia a izolácia

Inštalácia nevodivých materiálov medzi rôzne kovy je jednou z najúčinnejších a najhospodárnejších metód prevencie. Bežné riešenia zahŕňajú:

Termoplastické podložky (nylon, PTFE/teflón) medzi prírubami

Gumové tesnenia na spojoch rúr

Nevodivé vešiaky a svorky na rúry

Epoxidové alebo polymérové ​​nátery na jednom alebo oboch kovových povrchoch

Dielektrické spoje v potrubných systémoch

Katódová ochrana

V prípade zakopaných alebo ponorených konštrukcií je katódová ochrana odvetvovým-štandardným riešením. Používajú sa dva prístupy:

Systém obetnej anódy: Na konštrukciu pripevnite aktívnejší kov (zinok, horčík alebo zliatinu hliníka). Namiesto chránenej konštrukcie koroduje obetná anóda. Bežné pre pobrežné plošiny, vodné nádrže a podzemné potrubia.

Systém s vloženým prúdom: Použite externý zdroj energie na privedenie ochranného jednosmerného prúdu do konštrukcie, čím ju posuniete do katodického (chráneného) stavu. Používa sa na veľké konštrukcie, ako sú trupy lodí a potrubia s-veľkým priemerom.

Princípy dizajnu

Dobrý dizajn môže eliminovať galvanickú koróziu bez akýchkoľvek špeciálnych materiálov. Kľúčové princípy:

Vyhnite sa malým anódam susediacim s veľkými katódami - používajte veľké obetné anódy alebo vyrovnávajte povrchy.

Dizajn pre drenáž: Zabezpečte, aby sa voda nemohla hromadiť na kovových spojoch.

Umožnite kontrolu: Nezakopávajte rozdielne kovové spoje na neprístupných miestach.

Vždy, keď je to možné, používajte rovnaké-materiály rodiny: skrutky z nehrdzavejúcej ocele s prírubami z nehrdzavejúcej ocele.

Aplikujte nátery námornej{0}}triedy (epoxidové, polyuretánové alebo tepelne striekaný hliník) na komponenty z uhlíkovej ocele v námornom prostredí.

Sprievodca párovaním materiálov pre používateľov nehrdzavejúcej ocele a zliatiny niklu

Pre profesionálov pracujúcich snehrdzavejúca oceľa produktoch zo zliatiny niklu, nasledujúca tabuľka poskytuje praktický návod na párovanie na základe priemyselných skúseností a údajov o korózii:

Tabuľka 3: Sprievodca párovaním materiálov pre priemyselné aplikácie - Na použitie ako všeobecný návod; špecifické podmienky používania vždy konzultujte s materiálovým špecialistom

Zhrnutie

Tabuľka 4: Kľúčové poznatky z tohto článku

Záver

Galvanická korózia je predvídateľný, predchádzateľný a zvládnuteľný jav. Nemusí to byť záhada alebo nevyhnutné nebezpečenstvo. Pochopením galvanického radu, poznaním svojho prostredia, uplatnením princípov inteligentného dizajnu a výberom kompatibilných kombinácií materiálov môžete výrazne predĺžiť životnosť vášho zariadenia a znížiť nákladné poruchy.

OJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., máme viac ako 15-ročné skúsenosti, ktoré pomáhajú zákazníkom vybrať tie správne materiály pre náročné aplikácie. Náš technický tím chápe nuansy galvanickej kompatibility v morskej vode, kyslom prostredí a prostredí s vysokou-teplotou. Či už potrebujete potrubie z nehrdzavejúcej ocele 316L, fitingy Hastelloy C276 alebo super duplexné príruby, neposkytujeme len produkty -, ale aj odborné znalosti, aby sme zaistili, že budú spoľahlivo fungovať vo vašich špecifických prevádzkových podmienkach.

Ak máte špecifickú materiálovú výzvu alebo potrebujete technické poradenstvo pri výbere materiálu pre korozívne prostredie, naši inžinieri súpripravený pomôcť.

Kontaktujte nás:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com