Гальванічна корозія на з’єднаннях різних металів: стратегії ізоляції для трубопроводів із нержавіючої сталі

Гальванічна корозія виникає, коли два різнойменні метали електрично з’єднані в присутності електроліту: менш благородний метал тоді кородує швидше, ніж це було б у нього самостійно. З’єднайте нержавіючу сталь із вуглецевою сталью, міддю або алюмінієм у вологому середовищі — й нержавіюча сталь зазвичай виступає катодом, спричиняючи прискорену корозію іншого металу. Рішення полягає у перериванні електричного ланцюга за допомогою ізоляційних фланцевих наборів, діелектричних муфт, неметалевих прокладок і рукавів або захисних покриттів, а також у проектуванні сприятливих співвідношень площ. Компанія Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. постачає труби, фітінги та фланці з нержавіючої сталі разом із рекомендаціями щодо правильного проектування таких з’єднань.

Як утворюється гальванічний елемент
Для виникнення гальванічної корозії мають збігтися три умови: два метали з різним електрохімічним потенціалом, електричне з’єднання між ними та спільний електроліт, наприклад, морська вода, конденсат або вологий осад. Якщо прибрати будь-яку з цих трьох умов, гальванічна пара припиняє працювати. Чим більша різниця потенціалів між двома металами, тим сильніша рушійна напруга й швидше розчиняється анод. Нержавіюча сталь розташована поблизу благородного кінця практичного гальванічного ряду в морській воді, тому вона, як правило, залишається захищеною, тоді як вуглецева сталь, алюміній або цинк, прикріплені до неї болтами, піддаються пошкодженню.

Гальванічний ряд і відносний ризик
Інженери ранжують метали за їхнім корозійним потенціалом у певному електроліті. Чим ширша різниця, тим вищий ризик. У таблиці нижче наведено ранжування поширених пар металів із нержавіючою сталью в хлоридному середовищі.

Одне застереження щодо з’єднань нержавіючої сталі з нержавіючою сталью: гальванічний ризик низький, але поєднання активних і пасивних умов або з’єднання з графітовими прокладками все ще може запустити гальванічну пару, тому вибір матеріалу та прокладок залишається важливим.

Ефект співвідношення площ
Співвідношення площ може перетворити контрольовану ситуацію на швидке руйнування або навпаки. Корозійний струм повинен розподілятися по аноду; якщо невеликий анод розташований поруч із великим катодом, увесь струм концентрується на дуже малій площі, що призводить до інтенсивної локалізованої корозії. Класичним негативним прикладом є невелика деталь із вуглецевої сталі — кріплення або коротка муфта — яка прикріплена до великої поверхні нержавіючої сталі. Нержавіюча сталь як катод «роз’їдає» невелику стальну деталь як анод.
Добрий варіант — це дзеркальне відображення: великий анод і малий катод розподіляють струм тонким шаром, тому анод корозійно руйнується повільно й прийнятно. Зручне правило: тримати малі анодні деталі подалі від великих катодних зон із нержавіючої сталі. Якщо болти з вуглецевої сталі мають торкатися фланців із нержавіючої сталі, покрийте болти ізоляційним шаром або, ще краще, використовуйте сумісний сплав, щоб вони не жертвувалися.
Середовище посилює або послаблює цей ефект. Вища електропровідність, як у морській воді, дозволяє гальванічному струму поширюватися далі вздовж труби й розтягувати корозійну атаку далеко за межі з’єднання; у прісній воді або конденсаті з низькою електропровідністю пошкодження залишаються поблизу контакту. Температура, вміст кисню та швидкість потоку також впливають на швидкість процесу, саме тому одна й та сама пара поводиться по-різному на морській палубі й у нагрітій внутрішній трубі.

Комплекти ізоляції та ізоляційні фланцеві набори
На фланцевому з’єднанні найнадійнішим способом фіксації є комплект ізоляції фланця. Він поєднує ізоляційну прокладку повної поверхні або типу E з ізоляційними втулками, які облягають кожен болт, ізоляційними шайбами під головками болтів та гайками, а також сталевими опорними шайбами. Правильно встановлений комплект не залишає жодного метало-металевого шляху через поверхні фланців або крізь болти, тож навіть за умови, що обидва метали змочені, електрохімічна пара не утворюється.
Для різьбових з’єднань діелектричні муфти та неметалеві вставки виконують ту саму функцію. Оберіть прокладку з урахуванням робочої температури й тиску, оскільки як ущільнювальний, так і ізоляційний елементи мають витримувати задані умови експлуатації. Після збирання перевірка електричної неперервності через з’єднання підтверджує реальність ізоляції, а не лише припущення про неї.

Покриття та методи проектування
Покриття скорочують шлях електроліту. Правило, яке часто вводить у оману: покривайте катод або обидва метали, але ніколи лише анод. Якщо покрити лише анод, то будь-який пропуск або подряпина відкриє невелику анодну ділянку перед великою катодною поверхнею, що відтворює небезпечне співвідношення площ і призводить до швидкого утворення пітінгу в місці дефекту. Якщо замість цього покрити благородний нержавіючий стальний катод, ефективна площа катода зменшиться, і весь елемент працюватиме повільніше.
Решту забезпечує якісне деталювання. Уникайте розташування з’єднань у стоячій воді й забезпечте їм відток, щоб електроліт не застоювався. Уникайте щілин і місць, де осади затримують вологу. Там, де це можливо, використовуйте сумісні матеріали на всій зоні контакту з вологою або вставте котушку матеріалу з проміжним потенціалом. Для підземного або зануреного застосування часто застосовують катодний захист, але проектант має пам’ятати, що нержавіюча сталь є катодною, і правильно розподілити струми захисту.

Виявлення та забезпечення якості
Регулярне огляд дозволяє вчасно виявити гальванічну корозію, коли ще недорого її усунути. Звертайте увагу на локалізовану іржу та втрату металу на менш благородному боці з’єднання, особливо біля кріпильних елементів, різьбових штуцерів та фланцевих поверхонь. Ультразвукові вимірювання товщини стінки фіксують їхню втрату, а візуальний огляд цілісності покриття виявляє оголені аноди.
Жодна з цих заходів не буде ефективною без надійного контролю матеріалів. Wenqiang забезпечує позитивну ідентифікацію матеріалів, щоб підтвердити сплав у кожному з’єднанні, сертифікати випробування матеріалів EN 10204 3.1 або 3.2 для повної слідківності, а також фітінги й фланці, виготовлені відповідно до стандартів ASTM і ASME за системою ISO 9001. Правильний підбір металів, ізоляційних компонентів та співвідношення площ на етапі проектування коштує значно менше, ніж подальше видалення корозійно ушкоджених з’єднань, і забезпечує надійну роботу з’єднань із різними металами протягом усього терміну експлуатації системи.

Поширені запитання
П: Чи піддається корозії нержавіюча сталь у гальванічній парі?
A: Зазвичай ні; нержавіюча сталь зазвичай є більш благородним катодом, тому з’єднана вуглецева сталь, алюміній або цинк корозіюють швидше, тоді як нержавіюча сталь захищена. Виняток — незвичайні хімічні середовища, у яких нержавіюча сталь стає активною.
П: Який метал слід покрити, щоб запобігти гальванічній корозії?
A: Покривайте катод або обидва метали, але ніколи лише анод. Покриття лише анода концентрує корозійну атаку в будь-якому дефекті покриття через несприятливе співвідношення площ.

Для фланців і фітингів із нержавіючої сталі, готових до ізоляції, звертайтесь до Zhejiang Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/