Korozja galwaniczna w połączeniach metali różnorodnych: strategie izolacji dla rurociągów ze stali nierdzewnej

Korozja galwaniczna występuje, gdy dwa różne metale są połączone ze sobą elektrycznie w obecności elektrolitu: mniej szlachetny metal ulega wtedy korozji szybciej niż samodzielnie. Połączenie stali nierdzewnej z stalą węglową, miedzią lub aluminium w wilgotnym środowisku sprawia zwykle, że stal nierdzewna działa jako katoda i przyspiesza korozję drugiego metalu. Rozwiązaniem jest przerwanie ścieżki elektrycznej za pomocą zestawów flansz izolacyjnych, połączeń dielektrycznych, niemetalicznych uszczelek i tulei lub powłok ochronnych oraz zaprojektowanie korzystnych stosunków powierzchni. Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. dostarcza rur, kształtek i flanszy ze stali nierdzewnej oraz doradztwa dotyczących prawidłowego projektowania takich połączeń.

Jak powstaje ogniwo galwaniczne
Do wystąpienia korozji galwanicznej konieczne są trzy warunki: dwa metale o różnym potencjale elektrochemicznym, połączenie elektryczne między nimi oraz wspólny elektrolit, taki jak woda morska, skroplina lub wilgotny osad. Usunięcie któregokolwiek z tych czynników powoduje zaprzestanie działania ogniwa. Im większa różnica potencjału między dwoma metalami, tym wyższe napięcie napędzające i tym szybsze rozpuszczanie się anody. Stal nierdzewna znajduje się w szeregu galwanicznym w wodzie morskiej blisko końca „szlachetnego”, dlatego zwykle pozostaje chroniona, podczas gdy stal węglowa, aluminium lub cynk połączone z nią ulegają uszkodzeniom.

Szereg galwaniczny i względne ryzyko
Inżynierowie porządkują metale według ich potencjału korozyjnego w danym elektrolicie. Im większa różnica między nimi, tym wyższe ryzyko. Poniższa tabela przedstawia uporządkowanie typowych par metali ze stalem nierdzewną w środowisku zawierającym chlorki.

Jedno ostrzeżenie dotyczące połączeń ze stali nierdzewnej ze stalą nierdzewną: ryzyko galwaniczne jest niskie, ale mieszanie warunków aktywnych i biernych lub łączenie z uszczelkami grafitowymi może nadal wywołać ogniwо galwaniczne, dlatego wybór materiału i uszczelki pozostaje istotny.

Efekt stosunku powierzchni
Stosunek powierzchni może przekształcić kontrolowaną sytuację w szybkie zawalenie lub odwrotnie. Prąd korozji musi rozpraszać się na anodzie; umieszczenie małej anody przy dużej katodzie powoduje skupienie całego prądu na niewielkim obszarze, co prowadzi do intensywnego, lokalnego zniszczenia. Klasycznym przykładem niekorzystnym jest mała część ze stali węglowej – np. element mocujący lub krótki odcinek rury – przykręcana do dużej powierzchni ze stali nierdzewnej. Katoda ze stali nierdzewnej „pożera” małą anodę ze stali węglowej.
Dobry przypadek jest lustrzanym odbiciem: duży anoda i mała katoda rozpraszają prąd, co powoduje powolne i akceptowalne korozję anody. Przydatna zasada mówi, by utrzymywać małe części anodowe z dala od dużych katodowych obszarów ze stali nierdzewnej. Jeśli kołki ze stali węglowej muszą stykać się z kołnierzami ze stali nierdzewnej, należy pokryć je warstwą izolującą lub – lepiej – użyć stopu kompatybilnego, aby nie stały się ofiarą korozji.
Środowisko wzmaga lub osłabia ten efekt. Wyższa przewodność, jak w wodzie morskiej, pozwala prądowi galwanicznemu przemieszczać się dalej wzdłuż rury i rozszerzać obszar ataku znacznie poza połączenie; w wodzie słodkiej lub skroplinie o niskiej przewodności uszkodzenia pozostają ograniczone do obszaru bezpośredniego kontaktu. Temperatura, zawartość tlenu oraz przepływ również wpływają na szybkość procesu, dlatego ten sam układ zachowuje się inaczej na pokładzie statku niż na nagrzanej, wewnętrznej rurociągowej linii.

Zestawy izolacyjne i izolacyjne zestawy kołnierzy
W połączeniu kołnierzowym najbardziej niezawodnym rozwiązaniem jest zestaw izolacyjny do kołnierzy. Składa się on z uszczelki izolacyjnej pełnopowierzchniowej lub typu E oraz wkładek izolacyjnych otaczających każdy śrubowy element i podkładki izolacyjne umieszczone pod głowicami śrub i nakrętkami, a także stalowych podkładek wsporczych. Poprawnie zamontowany zestaw zapobiega powstaniu jakiegokolwiek metalowego połączenia między powierzchniami kołnierzy lub przez śruby, dzięki czemu nawet przy obecności wilgoci na obu metalach nie może powstać ogniwko galwaniczne.
W połączeniach gwintowanych tę samą funkcję pełnią łączniki dielektryczne oraz niemetalowe odcinki przewodów. Należy dobrać uszczelkę odpowiednią do temperatury i ciśnienia roboczego, ponieważ zarówno element uszczelniający, jak i izolacyjny muszą wytrzymać warunki eksploatacyjne. Po zmontowaniu połączenia pomiar ciągłości elektrycznej wzdłuż połączenia potwierdza rzeczywistą izolację, a nie jedynie jej założenie.

Powłoki ochronne i zasady projektowania
Powłoki ograniczają ścieżkę elektrolitu. Zasada, która sprawia trudności: powłokę należy nałożyć na katodę lub na oba metale, ale nigdy wyłącznie na anodę. Jeśli powłokę nałożono wyłącznie na anodę, to każda nieskuteczna warstwa (np. przez uszkodzenie lub zadrapanie) odsłania mały obszar anodowy wobec dużego obszaru katodowego, co odtwarza niebezpieczny stosunek powierzchni i prowadzi do szybkiego powstawania wżerów w miejscu uszkodzenia. Natomiast pokrycie katody z odpornego na korozję stali nierdzewnej zmniejsza skuteczną powierzchnię katody i spowalnia proces korozji całej komórki.
Dobrze zaprojektowane szczegóły kończą pracę. Unikaj umieszczania połączeń w stojącej wodzie i zapewnij im odpływ, aby elektrolit nie gromadził się w tych miejscach. Unikaj szczelin i miejsc, w których osady mogą utrzymywać wilgoć. Tam, gdzie to możliwe, używaj zgodnych materiałów na całej mokrej części konstrukcji lub wstaw fragment przewodu o pośrednim potencjale. W przypadku zastosowań podziemnych lub zanurzonych często stosuje się ochronę katodową, jednak projektant musi pamiętać, że stal nierdzewna działa jako katoda, a prądy ochronne należy odpowiednio rozprowadzić.

Wykrywanie i zapewnienie jakości
Regularna inspekcja pozwala wykryć korozję galwaniczną w fazie, gdy jej naprawa jest jeszcze tania. Szukaj skoncentrowanej rdzy i utraty metalu po stronie mniej szlachetnej połączenia, szczególnie w okolicach elementów złącznych, gwintowanych końcówek oraz powierzchni kołnierzowych. Pomiar grubości ścianki metodą ultradźwiękową pozwala śledzić ubytki materiału, a wizualna kontrola stanu powłoki wskazuje na odsłonięte anody.
Żadne z tych środków nie przyniesie efektu bez prawidłowego kontroli materiałów. Wenqiang zapewnia jednoznaczne identyfikowanie materiałów, dzięki czemu stop użyty w każdym połączeniu jest potwierdzony; certyfikaty badań materiałów zgodnie z normą EN 10204 (typ 3.1 lub 3.2) zapewniają pełną śledzilność; oprócz tego armatura i kołnierze są produkowane zgodnie z normami ASTM i ASME w ramach systemu zarządzania jakością ISO 9001. Poprawne dobranie metali, sprzętu izolacyjnego oraz stosunków powierzchniowych już na etapie projektowania kosztuje znacznie mniej niż późniejsze usuwanie skorodowanych połączeń, a także zapewnia bezawaryjne działanie połączeń różnorodnych metali przez cały okres eksploatacji systemu.

Często zadawane pytania
P: Czy stal nierdzewna ulega korozji w parach galwanicznych?
A: Zazwyczaj nie; stal nierdzewna jest zazwyczaj bardziej szlachetnym katodem, więc połączona stal węglowa, aluminium lub cynk koroduje szybciej, podczas gdy stal nierdzewna jest chroniona. Wyjątek stanowią nietypowe chemie, w których stal nierdzewna staje się aktywna.
P: Który metal należy pokryć, aby zapobiec korozji galwanicznej?
A: Pokryj katodę lub oba metale, nigdy wyłącznie anodę. Pokrycie wyłącznie anody skupia atak w miejscu każdej wady powłoki z powodu niekorzystnego stosunku powierzchni.

W celu uzyskania informacji o gotowych do izolacji kołnierzach i elementach zewnętrznych ze stali nierdzewnej skontaktuj się z firmą Zhejiang Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/