Гальванічна корозія: коли зустрічаються різні метали

Що таке гальванічна корозія?

Ви встановили-новий трубопровід із нержавіючої сталі на своєму хімічному заводі, з’єднавши його латунними фітингами та мідними болтами. На початку все виглядало ідеально. Але лише через шість місяців ви помітили, що мідні компоненти позеленіли, латунні фітинги потріскалися, а найгірше - дорога труба з нержавіючої сталі утворила дивні ямки біля точок з’єднання.

Що пішло не так? Відповідь полягає в явищі під назвою гальванічна корозія -, яка є однією з найпоширеніших і дорогих форм руйнування матеріалів у промислових умовах. Це відбувається щоразу, коли два різні метали електрично з’єднані та занурені в провідний розчин (наприклад, морську воду, кислу воду або навіть вологе повітря). Простіше кажучи: коли два різні метали торкаються один одного і намокають, один метал починає втрачати електрони іншому. Метал, який втрачає електрони, називається анодом -, який він роз’їдає. Метал, який отримує електрони, називається катодом - він захищений.

Цей процес названий на честь Луїджі Гальвані, італійського фізика, який відкрив це явище у 1780-х роках. Вивчаючи жаб’ячі лапки, що посмикуються електрикою, він випадково відкрив один із найважливіших принципів електрохімії, на який інженери покладаються й сьогодні.

Гальванічна корозія (також звана біметалевою корозією) — це електрохімічний процес, у якому один метал кородує переважно під час електричного контакту з іншим металом у присутності електроліту. Більш активний метал (з більшою схильністю до корозії) стає анодом і кородує швидше, ніж сам. Менш активний метал стає катодом і кородує повільніше - або взагалі не кородує.

Гальванічна корозія особливо небезпечна, оскільки вона може спричинити швидке локальне пошкодження. У той час як загальна корозія рівномірно поширюється поверхнею, гальванічна корозія атакує одну конкретну область - з’єднання двох металів - із зосередженою інтенсивністю. З’єднання, яке має прослужити 20 років, може вийти з ладу протягом 2 років, якщо поєднати неправильні метали. Найбільш постраждалі галузі:

Морська та морська техніка (морська вода є чудовим електролітом)

Хімічні та нафтопереробні підприємства

Електричні та опріснювальні установки

Архітектура та будівництво (різні металеві покрівлі та системи кріплення)

Нафто- і газопроводи та системи зберігання

Гальванічна серія: рейтинг активності металів

Гальванічна серія (також називається серією EMF або діаграмою гальванічної сумісності) класифікує метали та сплави на основі їх електрохімічного потенціалу в морській воді. Метали у верхній частині (більше негативного потенціалу) є анодними (піддаються корозії). Метали на дні (більш позитивний потенціал) є катодними (будуть захищені). Чим більша відстань між двома металами в серії, тим швидше відбуватиметься гальванічна корозія при їх з’єднанні.

Ось спрощена гальванічна серія, що стосується промисловості з нержавіючої сталі та нікелевих сплавів:

Tможливість 1: Спрощений гальванічний ряд у морській воді (Еталонний електрод із насиченим каломелем) - Джерело: ASTM G82 і дані NACE щодо корозії

Практичне правило:Вибираючи металеві пари, вибирайте метали, які розташовані поруч у гальванічному ряду (в межах 100 мВ один від одного), щоб мінімізувати ризик гальванічної корозії. Відстань понад 300 мВ вказує на високий{3}}комбінаційний ризик.

Чотири ключові фактори, які прискорюють гальванічну корозію

Роль електроліту

Електроліт - це рідина або волога, яка проводить іони між анодом і катодом. Чим більше електропровідність електроліту, тим швидше протікає гальванічна корозія. Морська вода є найагресивнішим електролітом - її висока солоність (приблизно 3,5% солі) робить її чудовим провідником. Ось чому морське середовище є найбільш вимогливим до різнорідних металевих з’єднань. Інші поширені електроліти включають: прісну воду (помірна провідність), кислотні розчини (високо провідні та корозійні), вологе повітря (утворює тонку плівку електроліту) і бетон (лужна вода в порах прискорює корозію вбудованої сталі).

Коефіцієнт площі поверхні

Відносна площа поверхні анода і катода має величезне значення. Маленький анод у поєднанні з великим катодом є небезпечною комбінацією. чому Оскільки однаковий струм корозії розподіляється на меншу площу анода, спричиняючи більш концентроване та швидке пошкодження.

І навпаки, великий анод із маленьким катодом поширює корозію на більшу площу, зменшуючи рівень пошкодження. Приклад: невеликий гвинт із нержавіючої сталі (катод), закручений у велику алюмінієву пластину (анод), викликає швидку корозію алюмінію на межі різьби. Але великий цинковий тимчасовий анод, прикріплений до сталевої конструкції, повільно піддається корозії та захищає сталь роками.

температура

Більш високі температури зазвичай прискорюють електрохімічні реакції. З підвищенням температури провідність води збільшується, іони рухаються швидше, а швидкість корозії зростає. Однак є помітний виняток: у деяких пасивованих системах з нержавіючої сталі швидкість корозії може зменшуватися при дуже високих температурах через зміни стабільності оксидного шару. Завжди дивіться специфіку температури-в паспорті матеріалу.

Механічна конструкція та мікробний вплив

Погана механічна конструкція може затримувати вологу та створювати щілини, де накопичується електроліт. Ці щілинні зони корозії само-зберігаються - електроліт всередині з часом стає більш концентрованим і корозійним. Крім того, мікробіологічна корозія (MIC) може прискорити гальванічну атаку, коли колонії бактерій утворюються в щілинах, утворюючи локальне кисле середовище.

Тематичні дослідження в металургійній промисловості

Несправність морського теплообмінника

На прибережній опріснювальній установці використовувалися титанові труби в оболонці зі сплаву міді-нікелю (Cu-Ni). Хоча обидва матеріали були обрані через їх стійкість до морської води, між титаном і Cu-Ni утворилася гальванічна пара. Протягом 18 місяців оболонка Cu-Ni розвинула серйозну корозію канавок на межі трубної решетки. Основна причина: титан є значно більш катодним, ніж Cu-Ni у морській воді (+200 мВ проти +50 мВ), створюючи сильну гальванічну рушійну силу. Рішення: встановлення не{12}}провідної прокладки між трубною решеткою та оболонкою призвело до розриву електричного кола та усунення гальванічної пари.

Інцидент із резервуаром для зберігання хімікатів

На хімічному підприємстві для зберігання розчину соляної кислоти (HCl) використовувався резервуар із нержавіючої сталі об’ємом 316 л. Танк був оснащений опорними опорами з вуглецевої сталі. Кислий електроліт із розчину HCl перемикав зв’язок між вуглецевою сталлю (анод) і нержавіючою сталлю 316L (катод). Ніжки з вуглецевої сталі проржавіли всього за 8 місяців, створюючи критичну загрозу безпеці. Рішення: заміна ніжок з вуглецевої сталі на кронштейни з нержавіючої сталі 316L і додавання захисного покриття для ізоляції будь-яких компонентів із вуглецевої сталі, що залишилися, вирішило проблему.

Історія морського трубопроводу

Морська нафтова платформа використовувала фланці з супераустенітної нержавіючої сталі 254 SMO, з’єднані болтами Hastelloy C-276 у морській воді. На перший погляд, обидва є високостійкими{10}}корозійними сплавами. Однак 254 SMO знаходиться вище в гальванічній серії, ніж Hastelloy C-276, що робить 254 SMO анодом. Болти Hastelloy C-276 (катод) були захищені, але дорогі фланці 254 SMO зазнали вибіркової корозії на стиках отворів для болтів. Рішення: перехід на болти зі сплаву 625 (гальванічно ближче до 254 SMO) зупинив корозію та подовжив термін служби приблизно на 15 років.

Як запобігти гальванічній корозії?

Стратегія вибору матеріалу

Найефективніша стратегія профілактики починається на етапі проектування. Використовуйте наступну схему прийняття рішень:

Таблиця 2: Оцінка гальванічного ризику та рекомендації щодо дій - На основі стандартів NACE SP0177 та ASTM G82

Ізоляція та ізоляція

Встановлення не{0}}провідних матеріалів між різнорідними металами є одним із найефективніших і найекономніших методів запобігання. Загальні рішення включають:

Термопластичні шайби (нейлон, PTFE/тефлон) між фланцями

Гумові прокладки в місцях з'єднання труб

Підвіски й хомути для не{0}}провідних труб

Епоксидні або полімерні покриття на одній або обох металевих поверхнях

Діелектричні патрубки в системах трубопроводів

Катодний захист

Для заглиблених або занурених конструкцій катодний захист є-стандартним галузевим рішенням. Використовуються два підходи:

Система жертвувального анода: прикріпіть до конструкції більш активний метал (цинковий, магнієвий або алюмінієвий сплав). Замість захищеної конструкції кородує тимчасовий анод. Загальний для морських платформ, резервуарів для води та підземних трубопроводів.

Система напруженого струму: використовуйте зовнішнє джерело живлення, щоб подати захисний постійний струм на конструкцію, переводячи її в катодний (захищений) стан. Використовується для великих конструкцій, таких як корпуси суден і трубопроводи великого-діаметра.

Принципи проектування

Гарна конструкція може усунути гальванічну корозію без будь-яких спеціальних матеріалів. Ключові принципи:

Уникайте маленьких анодів поруч із великими катодами - використовуйте великі тимчасові аноди або збалансуйте площу поверхні.

Конструкція для дренажу: переконайтеся, що вода не накопичується в металевих з’єднаннях.

Дозвольте для огляду: не закопуйте різнорідні металеві з’єднання у важкодоступних місцях.

За можливості використовуйте ті самі-матеріали сімейства: болти з нержавіючої сталі з фланцями з нержавіючої сталі.

Наносьте морські-покриття (епоксидне, поліуретанове або термічне розпилення алюмінію) на компоненти з вуглецевої сталі в морському середовищі.

Посібник із підбору матеріалів для користувачів із нержавіючої сталі та нікелевих сплавів

Для професіоналів, що працюють знержавіюча стальта продукти з нікелевих сплавів, наступна таблиця містить практичні вказівки щодо сполучення на основі досвіду промисловості та даних про корозію:

Таблиця 3: Керівництво з поєднання матеріалів для промислового застосування - Для використання як загальне керівництво; завжди консультуйтеся зі спеціалістом з матеріалів щодо конкретних умов експлуатації

Резюме

Таблиця 4: Основні висновки з цієї статті

Висновок

Гальванічна корозія є передбачуваним, яким можна запобігти та яким можна керувати. Це не повинно бути таємницею чи неминучою небезпекою. Розуміючи гальванічний ряд, знаючи своє середовище, застосовуючи розумні принципи проектування та вибираючи сумісні комбінації матеріалів, ви можете значно продовжити термін служби свого обладнання та зменшити дорогі відмови.

наJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., ми маємо понад 15 років досвіду, допомагаючи клієнтам вибрати правильні матеріали для вимогливих застосувань. Наша технічна команда розуміє нюанси гальванічної сумісності в морській воді, кислому та високо-температурному середовищах. Незалежно від того, чи потрібні вам труби з нержавіючої сталі 316L, фітинги Hastelloy C276 або супердуплексні фланці, ми надаємо не лише продукти -, але й досвід, щоб забезпечити їх надійну роботу в конкретних умовах експлуатації.

Якщо у вас є конкретна проблема з матеріалом або вам потрібні технічні вказівки щодо вибору матеріалу для корозійного середовища, наші інженериготові допомогти.

Зв'яжіться з нами:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com