Esant kokiam specifiniam taikomo katodinės apsaugos potencialo ir sulfido koncentracijos deriniui, 316 l šildytuvo apvalkalas jūros vandenyje, esant 25 laipsniams, pereina nuo vandenilio trapumo prie plastiškumo po 10 000 valandų

Vandenilio žalos jūroje katodinėje apsaugoje riba

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 sulfido net esant -800mV. Šiame straipsnyje įvertinama CP potencialo (sulfidų koncentracijos) slenkstis siekiant išvengti HE po 10 000 ekspozicijos valandų.

Vandenilio trapumo mechanizmas katodine apsauga

Katodinė 316L apsauga jūros vandenyje dažniausiai atliekama aukojamaisiais anodais (cinko arba aliuminio) arba impresuota srove (ICCP). Vandenilio evoliucija prasideda esant neigiamam potencialui nei -800 mV, palyginti su Ag/AgCl. Vandenilio patekimo į 316L greitis didėja mažėjant potencialui. Sulfido rūšys (H2S, HS− ir S2−) adsorbuojamos ant metalo paviršiaus ir nuodija vandenilio rekombinacijos procesą (2H → H2). Tai padidina atominio vandenilio pastoviosios būsenos koncentraciją metale nuo 10 iki 1000 kartų. Ribinė vandenilio koncentracija HE 316L yra apie 5-10 ppm (masė). Virš to medžiaga tampa trapi ir suyra dėl tarpgranulinio arba transgranulinio įtrūkimo, esant liekamajam arba taikomam tempimo įtempimui.

Kiekybinis CP potencialo{0}}Sulfido slenksčių nustatymas HE mažinimui

Šios HE inicijavimo slenksčiai buvo gauti kontroliuojant katodinę poliarizaciją 316 l U- lenkimo bandiniuose (nepertraukiamo tempimo deformacijos) sintetiniame jūros vandenyje (pH 8,0, 25 laipsniai), esant įvairioms sulfidų koncentracijoms (kaip Na2S) 10 000 valandų.

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 Nėra Taip
-900 to -1,000 0 Low >15 000 Nėra Taip
–1 000–1,050 0 Vidutinis 8 000–15 000 Mišrus (tam tikras aukštasis išsilavinimas) Priimtinas
-1 050–1,100 0 Aukštas 3 000–8 000 HE Nerekomenduojama (ilgalaikis) < -1,100 0 Labai didelis<3,000 HE No > -800 10-50 Low (sulphide limited) >15 000 Nepriimtina
-800 iki -850 10-50 Vidutinis 8 000–15 000 Mišrus ribinis dydis
-850 iki -900 10-50 Aukštas 4 000–8 000 HE Nerekomenduojama < -900 10-50Labai didelis<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 Nuo didelio iki labai didelio<5,000 (≤ -700 mV) HE No (316L not suited)
Jautrumas HE kaip temperatūros funkcija

Aukštesnė temperatūra padidina vandenilio difuzijos ir trapumo greitį.

Temperatūra ( laipsnis ) Maksimalus CP potencialas 10 000 h HE-Nemokamos paslaugos (mV palyginti su Ag/AgCl, 0 sulfido) Maksimalus CP potencialas 10 000 h HE-Nemokamos paslaugos (10 ppm sulfido)
5 -1,050 -900 15 -1,030 -880 25 -1,000 -850 35 -970 -820 50 -920 -780 
Praktinės 316L nerūdijančio plieno katodinės apsaugos jūros vandenyje rekomendacijos

316L talpos šildytuvams jūros vandenyje su katodine apsauga, atsižvelgiant į numatomą sulfidų koncentraciją, taikomi šie CP potencialo apribojimai.

Jūros vandens tipas Vidutinis sulfidas (ppm) CP potencialo diapazonas (mV palyginti su Ag/AgCl) Siūlomas maksimalus potencialas 10 000 h (mV) Alternatyvi medžiaga
Švarus, gazuotas<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
Anoksinis / sulfidinis 50-100 -750 iki -800 -820 Duplex 2205 arba lydinys 825
Severe sulfidic >100 Nerekomenduojama Nerekomenduojama Titanium arba Inconel 625
CP sukeltos HE lauko identifikavimas

Sugedus 316 l šildytuvui sūriame vandenyje su katodine apsauga dažnai matomi transgranuliniai (per grūdelius) HE įtrūkimai su mažai šakojasi ir dažnai plokščiu trapiu lūžio paviršiumi. Priežastį patvirtina sulfido buvimas (H2S kvapas, juodosios geležies sulfido nuosėdos) ir CP potencialas, neigiamas nei -900–1000 mV. Atsakymas yra padidinti CP potencialą (mažiau neigiamą) iki saugaus diapazono arba atnaujinti į HE atsparesnį lydinį (dupleksas 2205 arba titanas).

Išvada: CP potencialo ir sulfidų kontrolė siekiant užkirsti kelią 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 sulfido nepriklausomai nuo CP potencialo. Inžinieriai, nurodantys katodiškai ekranuotus 316 l apvalkalus jūrų tarnybai, turi valdyti CP potencialą, kad būtų saugaus lango ribose, ir stebėti, ar nėra sulfidų. Čia sukurtas modelis susieja CP potencialą, sulfidų koncentraciją ir HE inicijavimo laiką esant 25 laipsniams sūriame vandenyje ir suteikia pirkėjams pagrindą nustatyti CP nustatymo taškus, kurie leis išvengti vandenilio trapumo 316 l šildytuvo apvalkaluose per 10 000 projektavimo valandų.