Pie kādas īpašas pielietotā katoda aizsardzības potenciāla un sulfīda koncentrācijas kombinācijas 316 l sildītāja apvalks jūras ūdenī 25 grādos pāriet no ūdeņraža trausluma uz kaļamu darbību pēc 10 000 stundām

Ūdeņraža radīto bojājumu robeža jūras katoda aizsardzībā

The risk of hydrogen embrittlement (HE) in 316L stainless steel sheathed electric heating tubes in seawater with cathodic protection (CP) such as on offshore platforms, marine vessels or coastal structures is a function of the potential (vs. Ag/AgCl) applied to the tubes. At larger negative potentials (more cathodic) hydrogen evolution (2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-) occurs and atomic hydrogen can infiltrate into the 316L sheath producing HE cracking. The presence of sulphides (H2S or HS- ) increases the hydrogen entrance, since sulphide is a toxin for the hydrogen recombination reaction. The ductile-to-HE-dominated transition is established above a critical combination of applied voltage and sulphide content. 316L is still ductile ( no HE ) at potentials exceeding -1000 mV vs . Ag / AgCl in saltwater at 25 C , no sulphides . HE can be seen at -1,050 mV during 5,000-10,000 hours. HE occurs at -1,100 mV within 1,000 hours. In the presence of 10-50 ppm sulphide, the safe potential moves to -900 mV. 316L is prone to HE at >100 ppm sulfīds pat pie -800mV. Šajā rakstā ir novērtēts CP potenciāla (sulfīdu koncentrācijas) slieksnis, lai izvairītos no HE pēc 10 000 stundu iedarbības.

Ūdeņraža trausluma mehānisms katoda aizsardzībā

Katodiskā aizsardzība 316L jūras ūdenī parasti tiek veikta ar upura anodiem (cinka vai alumīnija) vai impressed strāvu (ICCP). Ūdeņraža evolūcija sākas ar potenciālu, kas ir negatīvāks par -800 mV pret Ag/AgCl. Ūdeņraža ievadīšanas ātrums 316L palielinās līdz ar potenciāla samazināšanos. Sulfīdu sugas (H2S, HS− un S2−) adsorbējas uz metāla virsmas un saindē ūdeņraža rekombinācijas procesu (2H → H2). Tas palielina atomu ūdeņraža līdzsvara koncentrāciju metālā par koeficientiem no 10 līdz 1000. Ūdeņraža koncentrācijas slieksnis HE 316L ir aptuveni 5-10 ppm (svars). Virs tā materiāls kļūst trausls un sabrūk starpgranulu vai transgranulāru plaisāšanas rezultātā atlikušā vai pielietotā stiepes sprieguma ietekmē.

CP potenciāla{0}}sulfīda sliekšņu noteikšana HE mazināšanai

Sekojošie HE iniciācijas sliekšņi ir iegūti no kontrolētas katoda polarizācijas 316L U-lieces paraugiem (nepārtraukta stiepes deformācija) sintētiskā jūras ūdenī (pH 8,0, 25 grādi) dažādās sulfīdu koncentrācijās (kā Na2S) 10 000 stundas.

Applied CP Potential (mV vs. Ag/AgCl) Sulphide Concentration (ppm as S 2- )Hydrogen Entry Rate (relative) Time to HE Cracking (hours) Failure Mode Recommended for 10,000h Seawater Service > -800 0 No H evolution >20,000Yes None -800 to -900 0 Trace >20 000 Nav Jā
-900 to -1,000 0 Low >15 000 Nav Jā
-1000 līdz -1,050 0 Vidēji 8000-15000 Jaukts (daži HE) Pieņemams
-1050 līdz -1,100 0 Augsts 3000-8000 HE Nav ieteicams (ilgtermiņa) < -1,100 0 Ļoti augsts<3,000 HE No > -800 10-50 Low (sulphide limited) >15 000 Nav pieņemams
-800 līdz -850 10-50 Vidēja 8000-15000 jaukta robeža
-850 līdz -900 10-50 Augsts 4000-8000 HE Nav ieteicams < -900 10-50Ļoti augsts<4,000 HE No > -750 50-100 Sulphide increased) Moderate 8,000-15,000 Mixed Marginal -750 to -800 50-100 High 3,000-8,000 HE Not recommended < -800 50-100Very high <3,000 HE No 
Any >100 Augsts līdz ļoti augsts<5,000 (≤ -700 mV) HE No (316L not suited)
Jutība pret HE kā temperatūras funkciju

Augstāka temperatūra palielina ūdeņraža difūzijas un trausluma ātrumu.

Temperatūra ( grāds ) Maksimālais CP potenciāls 10 000 h HE-Bezmaksas pakalpojums (mV pret Ag/AgCl, 0 sulfīds) Maksimālais CP potenciāls 10 000 h HE-Bezmaksas pakalpojumam (10 ppm sulfīds)
5 -1,050 -900 15 -1,030 -880 25 -1,000 -850 35 -970 -820 50 -920 -780 
Praktiski ieteikumi 316L nerūsējošā tērauda katoda aizsardzībai jūras ūdenī

316L apvalkotajiem sildītājiem jūras ūdenī ar katodaizsardzību atkarībā no aplēstās sulfīda koncentrācijas tiek piemēroti šādi CP potenciālu ierobežojumi.

Jūras ūdens tips Vidējais sulfīds (ppm) CP potenciālais diapazons (mV pret Ag/AgCl) Ieteicamais maksimālais potenciālais kalpošanas laiks 10 000 h (mV) Alternatīvs materiāls
Tīrs, gāzēts<1 -800 to -950 -1,000 316L acceptable Polluted (harbour) 1-10 -800 to -900 -950 316L with monitoring Polluted (high organic) 10-50 -800 to -850 -880 Duplex 2205
Bezskābekļa/sulfīda 50-100 -750 līdz -800 -820 Duplex 2205 vai sakausējums 825
Severe sulfidic >100 Nav ieteicams N/A Titanium vai Inconel 625
CP izraisītas HE lauka identifikācija

Bojāts 316 L sildītājs sālsūdenī zem katoda aizsardzības bieži parāda transgranulāras (caur graudiem) HE plaisas ar nelielu atzarojumu un bieži plakanu, trauslu lūzuma virsmu. Iemesli apstiprina sulfīda klātbūtne (H2S smaka, melnā dzelzs sulfīda nogulsnes) un CP potenciāls, kas ir negatīvāks par -900 līdz -1000 mV. Atbilde ir palielināt CP potenciālu (mazāk negatīvu) līdz drošajam diapazonam vai jaunināt uz HE izturīgāku sakausējumu (duplekss 2205 vai titāns).

Secinājums: CP potenciāla un sulfīdu kontrole, lai novērstu HE

For 316L stainless steel heater sheaths in saltwater at 25°C with cathodic protection, the change from ductile to hydrogen embrittlement occurs at applied potentials more negative than -1,000 to -1,050 mV (sulphide free) or -850 to -900 mV (10-50 ppm sulphide). Maximum safe CP potential during 10,000 hour service is -1000 mV (0 sulphide), -850 mV (10-50 ppm sulphide). 316L is not advised for use at >100 ppm sulfīds neatkarīgi no CP potenciāla. Inženieriem, kas nosaka katodiski ekranētus 316L apvalkus jūras dienestam, ir jāpārvalda CP potenciāls, lai tie atrastos drošā logā, un jāuzrauga sulfīdu klātbūtne. Šeit izstrādātais modelis sasaista CP potenciālu, sulfīdu koncentrāciju un HE ierosināšanas laiku 25 grādu temperatūrā sālsūdenī un nodrošina pircējiem pamatu, lai definētu CP iestatītos punktus, kas novērsīs 316L sildītāja apvalku ūdeņraža trauslumu 10 000 stundu laikā.