Под којом специфичном комбинацијом примењеног анодног заштитног потенцијала и температуре омотача цев грејача од нерђајућег челика 316 у 50% каустичне соде (НаОХ) на 120 степени остаје пасивна без пуцања од корозије под напоном

Електрохемијска контрола у превенцији каустичне крхкости

Пуцање од корозије од каустичног напрезања (ЦСЦЦ, или каустична кртост) је важан начин квара за електричне грејне цеви од нерђајућег челика обложене 316 у раду каустичне соде (НаОХ) на повишеним температурама (нпр. испаривачи, концентратори или грејачи каустичног преносног вода). Каустични СЦЦ се одвија у врућим растворима НаОХ на температурама изнад око 70-80 степени, при чему се осетљивост драматично повећава са температуром и концентрацијом каустике. Ово је за разлику од хлорида СЦЦ, који захтева посебне комбинације температуре и концентрације хлорида. На 50% НаОХ (типична индустријска концентрација) на 120 степени, 316 је веома осетљив на ЦСЦЦ у условима слободне корозије, са пуцањем које се развија у данима до недељама. ЦСЦЦ се може у потпуности избећи употребом примењене анодне заштите (тј. потенциостатске контроле метала у пасивном региону). Важан параметар је примењени потенцијал у односу на референтну електроду (често Аг/АгЦл). Пасивни опсег за 316 у 50% НаОХ на 120 степени је око -200 мВ до +200 мВ у односу на Аг/АгЦл. До пуцања долази при потенцијалима мањим од -200 мВ (активни регион) или вишим од +200 мВ (транспасивни регион). Овај чланак квантификује прозоре потенцијала анодне заштите за превенцију ЦСЦЦ-а на различитим температурама и концентрацијама каустике.

Механизам пуцања корозије под каустичним напрезањем и његова превенција

Каустични СЦЦ од нерђајућег челика 316 је селективно растварање пасивног премаза на границама зрна (међугрануларно пуцање у нижим легурама; трансгрануларно у 316 на вишим температурама) под затезним напоном у концентрованим растворима НаОХ. Пасивни филм на 316 у каустици је филм хидроксида/оксида гвожђа и хрома који је стабилан само у ограниченом опсегу потенцијала. Испод опсега пасивног потенцијала (већи негативни потенцијали) метал агресивно кородира (општа корозија). Изнад пасивног опсега (већи позитивни потенцијали) долази до транспасивног растварања, при чему се хром оксидује у растворљиви хромат (ЦрО4 2-) и покреће СЦЦ. Регулисани анодни напон у пасивном опсегу стабилизује пасивни филм и уклања покретачку силу за локализовани слом.

Квантификована анодна заштита прозора за 50% НаОХ на 120Ц

Пасивни опсег и границе пуцања као функција примењеног напона у односу на Аг/АгЦл (3М КЦл) су одређене у 50% НаОХ на 120 степени контролисаним потенциостатским тестовима нерђајућег челика 316 (У-узорци савијања под константним затезним напрезањем).

Applied Potential (mV vs. Ag/AgCl, 3M KCl) Electrochemical Region Corrosion Rate (mm/year)CSCC Initiation Time (hrs) Surface Condition 120°C 50% NaOH Service Recommended After 1000 hours Active corrosion < -400 Immediate (active) 5-10 Severe general corrosion No -400 to -250 Active/transition 1-5 10-50 Pitting + general loss No -250 to -2000Mixed (active edge) 0.5-1.0 50-200 Localised attack Not advised -200 to -150 Passive (low) 0.02-0.05 >5.000 Светло, без напада Прихватљиво (гранична линија)
-150 to +100 Passive (optimum) 0.01-0.02 >10.000 Светло, пасивно Најбоље +100 до +200 Пасивно (високо) 0.02-0.05 2, 000-5.000 Нијанса (задебљање оксида) Прихватљиво од +200 до +250 Транспасивна ивица 0.1-0.3 500-1, 500 Лагана удубљења Маргинална +250 ЦЦ Трансакција +250 до {пасивна црацксНе препоручује се > +350 Еволуција кисеоника 1-5<100 Severe CSCC + pitting No
Утицај каустичне концентрације и температуре на опсег заштитног потенцијала

Прозор пасивног потенцијала варира са концентрацијом каустике и температуром. Следи табела препоручених заштитних потенцијала у различитим условима.

НаОХ Цонц. (теж.%) Температура (степен) Пасивни опсег (мВ у односу на Аг/АгЦл, 3М КЦл) Оптимални заштитни потенцијал (мВ) Минимална препоручена густина струје за заштиту (мА/цм2)
30 100 -300 до +50 -150 0.1 30 120 -250 до +100 -100 0.2 40 100 -250 до +100 -100 0.2 40 120 -200 до +150 -50 0.3 50 100 -200 до +150 -50 0.3 50 120 -150 до +200 0 0.5 50 140 -100 до +250 (сужавање) +50 0.8 60 100 -150 до +200 0 0.4 60 120 -100 до +250 +50 0.7 70 100 -100 до +200 (уско) +50 0.6
Спецификације за практичне анодне системе заштите за 316 грејача

Следећи системски параметри нуде поуздану ЦСЦЦ превенцију за 316 обложених грејача у топлом каустичном раду са анодном заштитом:

Метод верификације захтеваних параметара система
Референтна електрода Аг/АгЦл са 3М КЦл, стабилна до 120 степени Калибрација пре{2}}уградње
Радна електрода (грејач) повезана са позитивним крајем потенциостата Проверите континуитет
Контра{0}}електрода (катода)Платина или платинизовани титанијум.Однос минималне површине катода:анода 1:2
Калибрација потенциостата Потенцијална подешена вредност -50 до 0 мВ (за 50% НаОХ на 120 степени)
Могућа толеранција ± 20 мВ Записивање података
Потребна густина струје 0,3-0,8 мА/цм² у зависности од температуре Почетна струја на путу
Failsafe Interlock -If potential drifts >+250 мВ или<-250 mV, shut-down heater Alarm + shut-down
Идентификација на терену неуспеле каустичне заштите

Грејач 316 пуца у каустичном раду упркос анодној заштити. Могућа су три сценарија неуспеха. Прво, могући помак у транспасивну област (+200 до +350 мВ) узрокује трансгрануларне СЦЦ пукотине са озбиљном оксидацијом (нијансирана површина). Друго, потенцијални дрифт у активни регион (<-200 mV) leads to widespread corrosion with pitting. Third, loss of power to the potentiostat (unprotected operation) leads to fast CSCC, with cracks developing within 50-200 hours. The cause will be determined by reviewing the log of the failed heater (if logged). Proper anodic protection can be restored by recalibrating the reference electrode, inspecting electrical connections and optionally reducing the heater power density.

Закључак: Спецификација анодне заштите за каустичну службу

Избегавање пуцања од корозије од каустичног напона код грејача обложених нерђајућим челиком 316 у 50% НаОХ на 120 степени се остварује само одржавањем металног потенцијала између -150 и +200 мВ у односу на Аг/АгЦл (3М КЦл), у пасивном прозору.