קורוזיה גלוונית: כאשר מתכות שונות נפגשות

מהי קורוזיה גלוונית?

התקנת במפעל הכימי שלך צינור נירוסטה חדש לגמרי,-חיברת אותו עם אביזרי פליז וברגי נחושת. הכל נראה מושלם בהתחלה. אבל רק שישה חודשים לאחר מכן, שמת לב שרכיבי הנחושת הפכו לירוקים, אביזרי הפליז היו סדוקים, והגרוע מכל - צינור הנירוסטה היקר פיתח בורות מוזרים ליד נקודות החיבור.

מה השתבש? התשובה היא תופעה הנקראת קורוזיה גלוונית - אחת הצורות הנפוצות והיקרות ביותר של פירוק חומר בסביבה תעשייתית. זה מתרחש בכל פעם ששתי מתכות שונות מחוברות חשמלית וטבולות בתמיסה מוליכה (כגון מי ים, מים חומציים או אפילו אוויר לח). במילים פשוטות: כששתי מתכות שונות נוגעות זו בזו ונרטבות, מתכת אחת מתחילה לאבד אלקטרונים לשניה. המתכת שמאבדת אלקטרונים נקראת האנודה - שהיא קורוזיה. המתכת שצוברת אלקטרונים נקראת הקתודה - היא מוגנת.

תהליך זה נקרא על שמו של לואיג'י גלווני, פיזיקאי איטלקי שגילה את התופעה בשנות ה-80 של המאה ה-19. בזמן שחקר רגלי צפרדע מתעוותות בחשמל, הוא חשף בלי משים את אחד העקרונות החשובים ביותר באלקטרוכימיה שהמהנדסים עדיין מסתמכים עליהם היום.

קורוזיה גלוונית (נקראת גם קורוזיה דו-מתכתית) היא תהליך אלקטרוכימי שבו מתכת אחת קורוזיה באופן מועדף כאשר היא נמצאת במגע חשמלי עם מתכת אחרת בנוכחות אלקטרוליט. המתכת הפעילה יותר (נטייה גבוהה יותר לשחיתות) הופכת לאנודה ונשחקת מהר יותר מאשר לבדה. המתכת הפחות פעילה הופכת לקתודה ונשחקת לאט יותר - או בכלל לא.

קורוזיה גלוונית מסוכנת במיוחד מכיוון שהיא עלולה לגרום לנזק מהיר ומקומי. בעוד שקורוזיה כללית מתפשטת באופן שווה על פני משטח, קורוזיה גלוונית תוקפת אזור ספציפי אחד - את המפגש בין שתי מתכות - בעוצמה מרוכזת. מפרק שאמור להימשך 20 שנה עלול להיכשל תוך שנתיים אם מתכות לא נכונות יישוו. הענפים המושפעים ביותר כוללים:

הנדסה ימית ויפית (מי ים הם אלקטרוליט מצוין)

מפעלי עיבוד כימיים ופטרוכימיים

מתקני ייצור חשמל והתפלה

אדריכלות ובנייה (מערכות קירוי וחיזוק מתכת שונות)

צינורות נפט וגז ומערכות אחסון

The Galvanic Series: דירוג של פעילות מתכת

סדרת Galvanic (המכונה גם סדרת EMF או טבלת תאימות גלוונית) מדרגת מתכות וסגסוגות על סמך הפוטנציאל האלקטרוכימי שלהן במי ים. מתכות בחלק העליון (יותר פוטנציאל שלילי) הן אנודיות (יחלדו). מתכות בתחתית (פוטנציאל חיובי יותר) הן קתודיות (יהיו מוגנות). ככל שהמרחק בין שתי מתכות בסדרה גדול יותר, כך תתרחש מהר יותר הקורוזיה הגלוונית כאשר הן מחוברות.

הנה סדרה גלוונית פשוטה הרלוונטית לתעשיית הנירוסטה וסגסוגות הניקל:

Tמסוגל 1: סדרה גלוונית פשוטה במי ים (רוויה אלקטרודת Calomel) - מקור: ASTM G82 ו-NACE נתוני קורוזיה

כלל מעשי:בעת בחירת זיווגי מתכת, בחר מתכות סמוכות בסדרה הגלוונית (בתוך 100 mV זו מזו) כדי למזער את הסיכון לקורוזיה גלוונית. מרחק של יותר מ-300 mV מצביע על שילוב סיכון גבוה-.

ארבעה גורמים מרכזיים שמאיצים קורוזיה גלוונית

תפקידו של האלקטרוליט

האלקטרוליט הוא הנוזל או הלחות המוליכים יונים בין האנודה לקתודה. ככל שהאלקטרוליט מוליך יותר, כך קורוזיה גלוונית ממשיכה מהר יותר. מי ים הם האלקטרוליט האגרסיבי ביותר - המליחות הגבוהה שלהם (כ-3.5% מלח) הופכת אותם למוליך מצוין. זו הסיבה שסביבות ימיות הן התובעניות ביותר עבור חיבורי מתכת לא דומים. אלקטרוליטים נפוצים נוספים כוללים: מים מתוקים (מוליכות מתונה), תמיסות חומציות (מוליכות וקורוזיביות גבוהות), אוויר לח (יוצר סרט אלקטרוליט דק) ובטון (מי נקבוביות בסיסיות מאיצים קורוזיה של פלדה מוטבעת).

יחס שטח פנים

שטחי הפנים היחסיים של האנודה והקתודה חשובים מאוד. אנודה קטנה יחד עם קתודה גדולה היא שילוב מסוכן. מַדוּעַ? מכיוון שאותה כמות של זרם קורוזיה מופצת על פני שטח אנודה קטן יותר, וגורמת לנזק מרוכז ומהיר יותר.

לעומת זאת, אנודה גדולה עם קתודה קטנה מפזרת את הקורוזיה על פני שטח גדול יותר, ומפחיתה את קצב הנזק. דוגמה: בורג נירוסטה קטן (קתודה) מושחל לתוך לוח אלומיניום גדול (אנודה) גורם לקורוזיה מהירה מאלומיניום בממשק ההברגה. אבל אנודת קורבן אבץ גדולה המחוברת למבנה פלדה פוגעת באיטיות ומגינה על הפלדה במשך שנים.

טֶמפֶּרָטוּרָה

טמפרטורות גבוהות יותר בדרך כלל מאיצות תגובות אלקטרוכימיות. ככל שהטמפרטורה עולה, מוליכות המים עולה, יונים נעים מהר יותר ושיעורי הקורוזיה מטפסים. עם זאת, יש חריג בולט: בחלק ממערכות נירוסטה פסיביות, קצב הקורוזיה יכול לרדת בטמפרטורות גבוהות מאוד עקב שינויים ביציבות שכבת התחמוצת. עיין תמיד בגיליון הנתונים של החומר להתנהגות ספציפית לטמפרטורה.-

עיצוב מכני והשפעה מיקרוביאלית

עיצוב מכני לקוי יכול ללכוד לחות וליצור חריצים שבהם מצטבר אלקטרוליט. אזורי קורוזיה אלה של חריצים הופכים לעצמם-מנציחים - את האלקטרוליט שבתוכו הופך מרוכז ומאכל יותר עם הזמן. בנוסף, קורוזיה מושפעת מיקרוביולוגית (MIC) יכולה להאיץ התקפה גלוונית כאשר נוצרות מושבות חיידקים בסדקים, מה שיוצר סביבות חומציות מקומיות.

תיאורי מקרה בתעשיית המתכות

כשל במחליף החום הימי

מפעל התפלת חוף השתמש בצינורות טיטניום במעטפת סגסוגת-ניקל נחושת (Cu-Ni). למרות ששני החומרים נבחרו בשל עמידותם למי ים, נוצר זוג גלווני בין טיטניום ל-Cu-Ni. בתוך 18 חודשים, מעטפת Cu-Ni פיתחה קורוזיה חמורה של חריצים בממשק יריעת הצינור. הסיבה העיקרית: טיטניום קתודי יותר מ-Cu-Ni במי ים (+200 mV לעומת +50 mV), ויוצר כוח מניע גלווני חזק. פתרון: התקנת אטם לא-מוליך בין יריעת הצינור למעטפת שברה את המעגל החשמלי וחיסלה את הזוג הגלווני.

אירוע מיכל אחסון כימיקלים

מתקן כימי השתמש במיכל נירוסטה 316 ליטר לאחסון תמיסת חומצה הידרוכלורית (HCl). המיכל היה מצויד ברגלי תמיכה מפלדת פחמן. האלקטרוליט החומצי מתמיסת HCl גשר על הקשר בין פלדת פחמן (אנודה) לפלדת אל חלד 316L (קתודה). רגלי פלדת הפחמן קררו תוך 8 חודשים בלבד, ויצרו סכנה בטיחותית קריטית. פתרון: החלפת רגלי פלדת פחמן בסוגריים מנירוסטה 316L והוספת ציפוי מגן לבידוד כל רכיבי פלדת פחמן שנותרו פתרו את הבעיה.

סיפור צנרת מהחוף

פלטפורמת נפט ימית השתמשה ב-254 אוגני נירוסטה סופר אוסטניטיים SMO המחוברים עם ברגים Hastelloy C-276 בסביבת שירות של מי ים. במבט ראשון, שתיהן סגסוגות עמידות{10} בפני קורוזיה. עם זאת, 254 SMO יושב גבוה יותר בסדרה הגלוונית מאשר Hastelloy C-276, מה שהופך את 254 SMO לאנודה. הברגים (קתודה) של Hastelloy C-276 היו מוגנים - אך אוגני ה-254 SMO היקרים סבלו מקורוזיה סלקטיבית בממשקי חור הברגים. פתרון: המעבר להברגה Alloy 625 (קרוב יותר ל-254 SMO מבחינה גלוונית) עצר את הקורוזיה והאריך את חיי השירות ב-15 שנים.

כיצד למנוע קורוזיה גלוונית?

אסטרטגיית בחירת חומרים

אסטרטגיית המניעה היעילה ביותר מתחילה בשלב התכנון. השתמש במסגרת ההחלטה הבאה:

טבלה 2: הערכת סיכונים גלוונית והנחיות פעולה - מבוססת על תקני NACE SP0177 ו-ASTM G82

בידוד ובידוד

התקנת חומרים לא-מוליכים בין מתכות שונות היא אחת משיטות המניעה היעילות והחסכוניות ביותר. הפתרונות הנפוצים כוללים:

דסקיות תרמופלסטיות (ניילון, PTFE/טפלון) בין אוגנים

אטמי גומי בחיבורי צינור

מתלי צינורות ומהדקים לא-מוליכים

ציפוי אפוקסי או פולימר על משטח מתכת אחד או שניהם

איגודים דיאלקטריים במערכות צנרת

הגנה קתודית

עבור מבנים קבורים או שקועים, הגנה קתודית היא הפתרון הסטנדרטי-תעשייתי. נעשה שימוש בשתי גישות:

מערכת אנודות קורבנות: חבר מתכת פעילה יותר (אבץ, מגנזיום או סגסוגת אלומיניום) למבנה. אנודת ההקרבה קורוזיה במקום המבנה המוגן. נפוץ עבור פלטפורמות ימיות, מיכלי מים וצינורות תת קרקעיים.

מערכת זרם מתרשם: השתמש במקור מתח חיצוני כדי להפעיל זרם DC מגן על המבנה, להעביר אותו למצב קתודי (מוגן). משמש למבנים גדולים כמו גוף ספינות וצינורות- גדולים בקוטר.

עקרונות עיצוב

עיצוב טוב יכול לחסל קורוזיה גלוונית ללא חומרים מיוחדים. עקרונות מפתח:

הימנע מאנודות קטנות בצמוד לקתודות גדולות - השתמש באנודות הקרבה גדולות או איזון שטחי פנים.

עיצוב לניקוז: ודא שהמים לא יכולים להתנקז במפרקי המתכת.

אפשר בדיקה: אל תקבור חיבורי מתכת שונים במקומות בלתי נגישים.

השתמש באותם-חומרים משפחתיים במידת האפשר: ברגים מנירוסטה עם אוגנים מנירוסטה.

החל ציפויים ימיים-(אפוקסי, פוליאוריטן או אלומיניום בתרסיס תרמי) על רכיבי פלדת פחמן בסביבות ימיות.

מדריך זיווג חומרים למשתמשי נירוסטה וסגסוגת ניקל

לאנשי מקצוע שעובדים איתםנירוסטהומוצרי סגסוגת ניקל, הטבלה הבאה מספקת הנחיית התאמה מעשית המבוססת על ניסיון בתעשייה ונתוני קורוזיה:

טבלה 3: מדריך זיווג חומרים ליישומים תעשייתיים - לשימוש כהנחיה כללית; התייעץ תמיד עם מומחה חומר לתנאי שירות ספציפיים

תַקצִיר

טבלה 4: נקודות חשובות ממאמר זה

מַסְקָנָה

קורוזיה גלוונית היא תופעה הניתנת לחיזוי, ניתנת למניעה וניתנת לניהול. זה לא חייב להיות תעלומה או סכנה בלתי נמנעת. על ידי הבנת הסדרה הגלוונית, הכרת הסביבה שלך, יישום עקרונות עיצוב חכמים ובחירת שילובי חומרים תואמים, אתה יכול להאריך משמעותית את חיי השירות של הציוד שלך ולהפחית תקלות יקרות.

בְּJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., יש לנו למעלה מ-15 שנות ניסיון בסיוע ללקוחות לבחור את החומרים הנכונים ליישומים תובעניים. הצוות הטכני שלנו מבין את הניואנסים של תאימות גלוונית בסביבות מי ים, חומציות וטמפרטורות גבוהות-. בין אם אתה צריך צנרת נירוסטה 316L, אביזרי Hastelloy C276, או אוגנים סופר דופלקסים, אנו מספקים לא רק את המוצרים - אלא את המומחיות כדי להבטיח שהם פועלים בצורה מהימנה בתנאי השירות הספציפיים שלך.

אם יש לך אתגר חומרי ספציפי או שאתה זקוק להדרכה טכנית לגבי בחירת חומרים לסביבה קורוזיבית, המהנדסים שלנומוכן לעזור.

צור קשר:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com