Hapen imeytyminen vs. vetykehityskorroosio: Keskeiset erot

Vesipitoinen korroosio on yleisin ja taloudellisesti tuhoisin metallin hajoamisen muoto teollisuudessa, meren-, infrastruktuuri, ja kemianteollisuuden aloilla.

Kaikki märkäsähkökemialliset korroosioprosessit perustuvat parillisiin anodisiin metallien hapetus- ja katodisiin pelkistysreaktioihin.

Perustuu erillisiin katodisiin depolarisaatiomekanismeihin, vesipitoinen metallikorroosio on tiukasti luokiteltu kahteen ydintyyppiin: vedyn kehityksen korroosio (HEC) ja hapen absorptiokorroosio (OAC).

Nämä kaksi korroosiotilaa hallitsevat lähes kaikkia nestefaasin metallien vikaantumisskenaarioita, kuitenkin ne eroavat rajusti sähkökemiallisilta periaatteiltaan, ympäristön laukaisimia, reaktiokinetiikka, morfologiset ominaisuudet, ja valvontastrategiat.

Hallitsevan korroosiomekanismin virhearviointi on johtava syy tehottomaan korroosionestosuunnitteluun, ennenaikainen laitevika, ja kohonneet ylläpitokustannukset.

1. Mikä on hapen absorptiokorroosio?

Hapen absorptiokorroosio, tarkemmin sanottuna hapen vähentäminen korroosiota, on yksi yleisimmistä sähkökemiallisista korroosiomekanismeista, joka vaikuttaa hiiliteräkseen ja muihin metalleihin vesipitoisissa ympäristöissä.

Se on erityisen yleistä neutraalissa ja lievästi emäksisessä vedessä, jossa liuennut happi toimii pääasiallisena katodisena lähtöaineena, joka ylläpitää metallin liukenemista.

Mekanismi on helppo jättää huomiotta, koska se ei välttämättä tuota alussa nopeita tai dramaattisia vaurioita. Sen sijaan, korroosio voi edetä suhteellisen hitaasti mutta jatkuvasti.

Kuukausien tai vuosien aikana, tämä asteittainen metallihäviö voi vähentää seinämän paksuutta, luoda korroosiotuotteita, aloittaa paikallisen hyökkäyksen, ja lopulta johtaa vuotoon tai perforaatioon.

Yksinkertainen tekninen tulkinta on:

Vesi tarjoaa elektrolyytin, liuennut happi ylläpitää katodista reaktiota, ja metalli toimittaa elektronit anodisen liukenemisen kautta.

Tästä syystä happikorroosio on erityisen tärkeää järjestelmissä, joissa vesi altistuu toistuvasti ilmalle tai kierrätetään jatkuvasti.

Tyypillisiä teollisuusympäristöjä ovat keskusilmastointi kylmävesijärjestelmät, teollisuuden jäähdytysvesisilmukat, jäähdytystornit, kunnalliset ja rakennusvesiputket, säiliö, lämmönvaihtimet, ja erilaisia ​​vedenkäsittelyjärjestelmiä.

Vaikka neutraali ja heikosti emäksinen vesi on klassinen ympäristö, hapen pelkistys voi myös osallistua korroosioon happamissa olosuhteissa.

Happamuuden lisääminen muuttaa yleensä katodikinetiikkaa ja voi kiihdyttää yleistä korroosiota, kun taas hapen pelkistys voi jatkaa toimintaansa vedyn kehittymisreaktioiden rinnalla.

Missä hapen absorptiokorroosio tapahtuu?

Happipelkistyskorroosiota voi kehittyä aina, kun metallipinta altistuu vesipitoiselle elektrolyytille, joka sisältää liuennutta happea.

Vakavuus riippuu happipitoisuudesta, vesikemia, lämpötila, virtaus, pinnan kunto, ja hapen kyky päästä metalliin.

Keski-LVI- ja jäähdytysvesijärjestelmät

Avoimet tai huonosti ilmatut kiertojärjestelmät voivat jatkuvasti tuoda happea veteen.

Pumput, paisuntasäiliöt, meikkivettä, vuotoja, ja huoltotoimet voivat kaikki tarjota mahdollisuuksia ilman sisäänpääsylle.

Hiiliteräsputket ja komponentit voivat vähitellen kehittää yleistä korroosiota, ruostekertymiä, ja paikallinen hyökkäys, kun happea ei hallita riittävästi.

Teollisuuden jäähdytys-vesijärjestelmät

Jäähdytysjärjestelmissä yhdistyvät usein vedenkierto, kohonnut lämpötila, liuenneita suoloja, ja jatkuva kosketus ilman kanssa.

Jäähdytystornit ovat erityisen tärkeitä, koska vesi altistuu tarkoituksella ilmakehille.

Tämä luo jatkuvan hapensyötön, joka voi tukea hiiliteräsputkien korroosiota, lämmönvaihtimet, säiliö, ja muut metalliset laitteet.

Jäähdytystornit

Jäähdytystornit ovat klassisia happipitoisia ympäristöjä, koska vesi jakautuu suurille pinnoille ja on suoraan vuorovaikutuksessa ilmakehän ilman kanssa.

Yhdistelmä:

Suuri vesi-ilma-liitäntä + jatkuva kierto + liuenneita suoloja + lämpötilan vaihtelu

voi luoda suotuisat olosuhteet korroosiolle, jos vesikemiaa ja korroosiontorjuntaa ei hallita kunnolla.

Kunnallis- ja rakennusvesijärjestelmät

Vedenjakeluputkissa ja varastojärjestelmissä voi myös esiintyä hapen aiheuttamaa korroosiota, erityisesti silloin, kun vesi pysyy ilmastettuna ja jossa on korroosiolle alttiita metalleja.

Matalavirtausosat, kuolleet jalat, huonosti kuivatut alueet, ja seisova vesi voivat aiheuttaa merkittäviä eroja paikallisessa happipitoisuudessa ja siten edistää paikallista korroosiota.

Ympäristön lämpötilan puhdas tai käsitelty vesijärjestelmät

Edes suhteellisen puhdas vesi ei ole automaattisesti syövyttävää. Matala ioninen kontaminaatio voi heikentää elektrolyytin johtavuutta, mutta liuennut happi voi silti osallistua sähkökemiallisiin reaktioihin.

Tuloksena oleva korroosiokäyttäytyminen riippuu metallista, lämpötila, happipitoisuus, virtausolosuhteet, ja pintakalvo.

Miten hapen absorptiokorroosio toimii?

Korroosioprosessi koostuu kytketyistä anodisista ja katodisista reaktioista.

Anodisella alueella, metalli menettää elektroneja ja joutuu ympäröivään veteen metalli-ioneina.

Nämä elektronit kulkevat sitten metallirakenteen läpi kohti katodisia alueita, jossa liuennut happi vähenee.

Raudalle ja hiiliteräkselle, yksinkertaistettu järjestys on:

Metallin liukeneminen → elektronien vapautuminen → hapen pelkistys → hydroksidin muodostuminen → korroosio-tuotekehitys

Liuennut happi toimii siksi elektronien vastaanottajana, joka sallii anodisen liukenemisreaktion jatkumisen.

Tämä selittää, miksi korroosio voi jatkua, vaikka metallipinta näyttää visuaalisesti vakaalta.

Sähkökemiallinen prosessi tapahtuu mikroskooppisissa anodi- ja katodikohdissa, jotka voivat siirtyä ajan myötä.

Mahdolliset näkyvät tuotteet – ruskea ruoste, mustia oksideja, oranssit talletukset, tai paksut korroosiokyhmyt - ovat sähkökemiallisten reaktioiden toissijaisia ​​tuotteita eikä itse alkuperäistä korroosiomekanismia.

Lämpötila muuttaa myös happikorroosiokäyttäytymistä

Lämpötilalla on kilpailevia vaikutuksia.

Nouseva lämpötila yleensä kiihdyttää sähkökemiallisia reaktiokinetiikkaa ja diffuusioon liittyviä prosesseja.

Samaan aikaan, hapen liukoisuus veteen yleensä laskee lämpötilan noustessa ilmakehän paineessa.

Siten, lämpötilan vaikutusta happea vähentävään korroosioon ei voida ennustaa pelkästään lämpötilan perusteella.

Teknisille järjestelmille, on tarpeen harkita:

Lämpötila + liuennutta happea + virtaus + vesikemia + korroosiokalvon stabiilisuus

Tämä on erityisen tärkeää jäähdytysjärjestelmissä ja lämmönvaihtimissa, joissa veden lämpötila voi muuttua merkittävästi koko piirissä.

Hapen absorptiokorroosion tyypilliset ominaisuudet

Ydinkorroosionestostrategia hapen absorptiokorroosiolle

Keskeisenä tavoitteena on vähentää olosuhteita, jotka mahdollistavat hapen pelkistyksen ylläpitämään anodista metallin liukenemista.

Vähennä happialtistusta

Jos järjestelmän suunnittelu sen sallii, ilman sisäänpääsyn ja liuenneen hapen vähentäminen voi alentaa happivähennyskorroosion käyttövoimaa.

Mahdollisia toimenpiteitä ovat hallittu ilmanpoisto, minimoi tarpeeton ilman kulkeutuminen, ja vähentää kiertävän veden toistuvaa altistumista ilmakehän hapelle.

Käytä korroosionestoaineita

Sopivat estäjät voivat häiritä anodista liukenemista, katodiset reaktiot, tai molemmat.

Valinta on tehtävä tietyn metallin perusteella, vesikemia, käyttölämpötila, ja ympäristövaatimukset.

Perusta suojakalvot

Joihinkin vesijärjestelmiin, Esikalvo- tai passivointikäsittelyt voivat luoda suojaavamman pintakunnon. Tehokkuus riippuu voimakkaasti materiaali- ja vesikemiasta.

Control Scale ja Sludge

Saostumien poistaminen auttaa estämään differentiaaliilmastussolujen kehittymisen.

Vedenkäsittely, suodatus, puhallus, puhdistus, ja kerrostumien hallinta voi siksi epäsuorasti vähentää paikallista happikorroosiota.

Ohjausvesikemia

pH, alkalisuus, johtavuus, kloridi, liuenneet kiintoaineet, mikrobiologinen aktiivisuus, ja inhibiittoripitoisuus voivat kaikki vaikuttaa korroosiokäyttäytymiseen.

pH:n säätö on tärkeää, mutta happikorroosiota ei pidä pelkistää yksinkertaiseksi "säädä pH" -ongelmaksi.

Hapen saatavuus ja erilainen ilmastus voivat olla tärkeitä, vaikka pH olisi aiotulla toiminta-alueella.

2. Mikä on vetykehityskorroosio?

Vedyn kehitys korroosio on sähkökemiallinen korroosiomekanismi, jossa katodinen reaktio tuottaa vetyä metallipinnalle.

Se liittyy voimakkaimmin happamiin vesipitoisiin ympäristöihin, jossa vetyionit ovat helposti saatavilla vastaanottamaan elektroneja, jotka vapautuvat anodisen metallin liukenemisen aikana.

Verrattuna happea vähentävään korroosioon, joka on usein jatkuva prosessi hiilihapotetussa vedessä, vetykehityskorroosio voi olla paljon aggressiivisempaa riittävän happamissa olosuhteissa.

Hiiliteräkselle ja monille muille aktiivisille metalleille, liuoksen pH:n alentaminen voi merkittävästi lisätä anodista liukenemisnopeutta, koska katodinen vedynkehitysreaktio voi edetä helposti.

Tästä syystä happopeittauksen aikana kohdataan usein vetykehityksen korroosiota, kemiallinen puhdistus, kalkinpoisto, happoprosessit, hapan jäteveden käsittely, ja muut prosessit, joihin liittyy matalan pH:n liuoksia.

Yksinkertaistettu käytännön kuvaus on:

Metalli menettää elektroneja, vetyionit kuluttavat näitä elektroneja, ja pinnalle muodostuu vetykaasua.

Näkyvät vetykuplat eivät siksi aiheuta korroosiota. Ne ovat katodisen reaktion tuote, joka sallii metallin hapettumisen jatkumisen.

Esiintymisskenaariot

Vedyn kehittyminen on erityisen tärkeää, kun elektrolyytti on hapan tai kun metalliin kohdistuu voimakas katodinen polarisaatio.

Yleisiä skenaarioita ovat mm:

• Happo peittaus: Happo poistaa oksidihilsettä teräksestä, mutta liiallinen altistuminen voi myös vahingoittaa epäjaloa metallia.
• Kemiallinen kalkinpoisto ja puhdistus: Saostumien poistamiseen käytetyt happoliuokset voivat jatkaa substraatin liukenemista sen jälkeen, kun sakka on poistettu.
• Happamat jätevesijärjestelmät: Matalan pH:n jätevesi voi jatkuvasti hyökätä hiiliteräsputkiin, säiliö, ja muut varusteet.
• Happamat prosessivesijärjestelmät: Mineraali- tai orgaanisia happoja sisältävät teollisuusnesteet voivat aiheuttaa aggressiivista korroosiota.
• Katodinen suojaus: Liian negatiiviset potentiaalit voivat lisätä vedyn tuotantoa, erityisesti lujilla teräksillä.
• Sähkökemiallinen käsittely: Vetyä voi kehittyä galvanoinnissa, sähkövoitto, pintalingling, ja muut katodiset prosessit.

Vakavuus riippuu muustakin kuin pH:sta. Happopitoisuus, lämpötila, altistumisaika, hapan tyyppi, metalliseoksen koostumus, pinnan kunto, virtaus, ja inhibiittoreiden tehokkuus voivat muuttaa merkittävästi korroosion nopeutta.

Korroosiomekanismi

Vedyn evoluutiokorroosio koostuu kytkeytyneistä anodisista ja katodisista prosesseista.

Anodisissa kohteissa, metalli menettää elektroneja ja liukenee elektrolyyttiin.

Vapautuneet elektronit kulkevat metallin läpi kohti katodisia kohtia, missä vetyä sisältävät lajit kuluttavat niitä.

Happamassa väliaineessa, vetyionit pelkistyvät pinnalla, muodostaen lopulta molekyylivetyä. Vähemmän happamissa ympäristöissä, veden pelkistys voi tarjota vedyn lähteen.

Kokonaisprosessi voidaan siis ymmärtää:

Metallin liukeneminen → elektroninsiirto → vedyn pelkistys → vedyn muodostuminen pintaan → vetykaasun kehittyminen

Hapan ympäristö

Voimakkaasti happamissa liuoksissa, protonien pelkistyminen voi tapahtua helposti monilla aktiivisilla metalleilla.

Tämä sallii katodisen reaktion ylläpitää nopeaa anodista liukenemista, Tästä syystä hiiliteräs voi ruostua hyvin nopeasti hallitsemattoman happokäsittelyn aikana.

Pintakinetiikka

Vedyn kehittyminen riippuu suuresti metallin pinnasta. Vedyn ylipotentiaali, katalyyttinen aktiivisuus, oksidikalvot, seostavat elementit, talletukset, ja pinnan kunto vaikuttavat kaikki reaktionopeuteen.

Siten, kahdella samalle hapolle altistuvalla metallilla voi esiintyä merkittävästi erilaista korroosiokäyttäytymistä.

Vedyn pääsy metalliin

Kaikki pinnalla syntyvä vety ei välttämättä poistu kaasuna. Fraktio voi jäädä adsorboituneena pintaan ja, sopivissa olosuhteissa, mene metalliin.

Tämä luo potentiaalisen sekvenssin:

Vedyn muodostuminen → adsorptio → absorptio → diffuusio/loukku

Herkille lujille teräksille, imeytynyt vety voi edistää vetyhaurastumista tai vetyavusteista halkeilua yhdistettynä asianmukaisiin jännitys- ja mikrorakenneolosuhteisiin.

Tärkeää, vedyn kehittyminen ja vedyn haurastuminen eivät ole synonyymejä.

Vedyn evoluutio tarjoaa potentiaalisen vedyn lähteen; materiaaliherkkyys ja vedynotto määräävät, kehittyykö merkittäviä vahinkoja.

Tyypilliset ominaisuudet

Vedyn evoluutiokorroosiolla on useita ominaisuuksia, jotka erottavat sen happivähennyskorroosiosta.

Yksi erityisen tärkeä ominaisuus on, että kova korroosio ei välttämättä tuota runsasta ruostetta.

Happamassa ympäristössä, rautakorroosiotuotteet voivat jäädä liuenneena sen sijaan, että ne muodostaisivat paksuja punertavanruskeita kerrostumia, joita tavallisesti havaitaan ilmastetussa neutraalissa vedessä.

Seurauksena, komponentti voi näyttää suhteellisen puhtaalta, kun tapahtuu merkittävää epäjalometallihävikkiä.

Ydinkorroosiontorjuntastrategia

Perustavoitteena on hallita kemiallisia ja sähkökemiallisia olosuhteita, jotka mahdollistavat liiallisen metallin liukenemisen ja vedyn muodostumisen.

Säädä happopitoisuutta

Käytä vain sitä happopitoisuutta, joka vaaditaan aiotun puhdistus- tai käsittelytavoitteen saavuttamiseksi. Liiallinen happamuus voi nopeuttaa substraatin hyökkäystä.

Rajoita valotusaikaa

Happokäsittelyllä tulisi olla määritelty prosessiikkuna. Kun kalkki tai kerrostumat on poistettu, jatkuva altistuminen lisää epäjalometallihävikkiä tarjoamatta vastaavia prosessietuja.

Säädä lämpötilaa

Korkeammat lämpötilat voivat kiihdyttää sähkökemiallisen reaktion kinetiikkaa.

Happopuhdistuksen tulisi siksi toimia validoidulla lämpötila-alueella sen sijaan, että luottaisi tarpeettoman korkeisiin lämpötiloihin.

Käytä asianmukaisia ​​korroosionestoaineita

Inhibiittorit voivat vähentää happohyökkäystä epäjaloa metallia kohtaan samalla kun hapon suorittaa aiottu puhdistustoiminto.

Oikea estäjä ja pitoisuus on validoitava tietylle hapolle, metalliseos, ja käyttölämpötila.

Huuhtele ja neutraloi välittömästi

Happokäsittelyn jälkeen, jäännöshappo tulee poistaa nopeasti asianmukaisilla huuhtelu- ja neutralointimenetelmillä, jotta estetään jatkuva hyökkäys varastoinnin tai myöhemmän käsittelyn aikana.

Ohjaa katodisuojaa

Suojatuille rakenteille, potentiaali tulee säilyttää määritellyllä säätöalueella. Liian negatiiviset potentiaalit voivat lisätä vedyn kehittymistä ja aiheuttaa vedynottoriskejä.

Harkitse materiaaliherkkyyttä

Missä vedyn muodostuminen on väistämätöntä, materiaalivalinnalla tulee ottaa huomioon vetyherkkyys, erityisesti lujille teräksille ja muille seoksille, jotka ovat alttiita vetyavusteiselle halkeilulle.

3. Hapen vähennys vs. Vedyn evoluutiokorroosio: Perustava ero

Vaikka molemmat mekanismit ovat katodisia prosesseja, jotka tukevat anodista metallin liukenemista, ne eroavat perustavanlaatuisesti lähtöaineistaan, ympäristövaatimukset, hallitsevia tekijöitä, korroosiokäyttäytyminen, ja ehkäisystrategioita.

4. Hapen vähentäminen ja vedyn kehitys todellisissa korroosiojärjestelmissä

Varsinaisissa teollisuusympäristöissä, korroosio seuraa harvoin täysin eristettyä mekanismia.

Hapen pelkistyminen ja vedyn kehittyminen voivat tapahtua samanaikaisesti, kilpailevat katodivirrasta, tai tulla hallitsevaksi eri paikoissa ja palveluvaiheissa.

Tasapaino riippuu liuenneesta hapesta, pH, elektrodin potentiaali, lämpötila, elektrolyytin koostumus, virtausolosuhteet, ja metallipinnan sähkökemialliset ominaisuudet.

Tämä on erityisen tärkeää vikoja analysoitaessa. Ympäristön tunnistaminen yksinkertaisesti "happikorroosioksi" tai "happokorroosioksi" ei välttämättä riitä.

Hallitseva katodinen reaktio voi muuttua paikallisen ympäristön muuttuessa.

Neutraali hiilihapotettu vesi: Hapen vähennys yleensä hallitsee

Avoimessa tai happipitoisessa vesijärjestelmässä, liuennutta happea on helposti saatavilla metallin pinnalla.

Monille hiiliteräsjärjestelmille, jotka toimivat lähellä neutraalia pH:ta, hapen pelkistys on siksi tärkeä katodinen prosessi.

Tyypillisiä esimerkkejä ovat mm:

• Teollisuuden jäähdytysvesipiirit
• Jäähdytystornit
• Avaa varastosäiliöt
• LVI-kiertojärjestelmät
• Vesiputket
• Ilmakehän vesikalvot

Näissä olosuhteissa, korroosiolle on usein ominaista asteittainen mutta jatkuva metallihävikki.

Veden kierto voi jatkuvasti täydentää liuennutta happea, kun taas kerrostumat ja pysähtyneet vyöhykkeet voivat aiheuttaa paikallisia happipitoisuuksien eroja.

Tärkeimmät suunnitteluongelmat ovat yleinen seinien oheneminen, differentiaali-ilmastuskorroosio, pistorasia, ja talletusavusteinen paikallinen hyökkäys.

Ilmastoitu vesi: Hapen poistaminen muuttaa katodista polkua

Ilmanpoisto voi merkittävästi vähentää hapen vähenemistä, mutta se ei välttämättä poista korroosiota.

Kerran liuennut happi tulee vähiksi, toinen katodinen prosessi voi tukea elektronien kulutusta.

pH:sta riippuen, potentiaalia, lämpötila, ja materiaalipinta, veden pelkistymisestä ja vedyn kehittymisestä voi tulla yhä tärkeämpiä.

Tämä tuottaa tärkeän teknisen eron:

Ilmanpoisto voi poistaa yhden pääkatodisen reitin ilman, että metalli tehdään sähkökemiallisesti inaktiiviseksi.

Tuloksena oleva korroosionopeus voi laskea huomattavasti, mutta jäljellä oleva katodinen prosessi on silti otettava huomioon.

Tämä on erityisen tärkeää suljetuissa teollisuusvesijärjestelmissä, joissa happipitoisuus voi muuttua jatkuvasti käynnistyksen aikana, sammutus, ylläpito, tai kemiallinen käsittely.

Happamat ja hiilihapotetut liuokset: Molemmat reaktiot voivat esiintyä rinnakkain

Hapan liuos voi sisältää sekä vetyioneja että liuennutta happea.

Näissä olosuhteissa, katodinen pinta voi tukea:

Hapen vähentäminen

ja

Vedyn kehitys

samaan aikaan.

Se, mikä reaktio vaikuttaa enemmän katodivirtaan, riippuu metallin pintakinetiikasta, hapen kuljetus, pH, ja elektrodipotentiaali.

Altistumisen alussa, happirikkaalla happamalla liuoksella voi olla huomattavaa happea vähentävää aktiivisuutta.

Kun happea kuluu tai kuljetus rajoittuu, vedyn kehittymisestä voi tulla suhteellisesti tärkeämpää.

Siten, katodinen mekanismi voi kehittyä ajan myötä:

Happirikas → sekoitettu katodinen käyttäytyminen → happipuutteinen → suurempi vedyn osuus

Tämä dynaaminen käyttäytyminen on erityisen tärkeää rakoissa, talletukset, suljetut astiat, ja pysähtyneitä osia.

Rako- ja alikorroosio

Raot ovat klassinen esimerkki siitä, kuinka paikallinen katodinen reaktio voi muuttua.

Altistumisen alussa, happea voi olla sekä rakon sisällä että sen ulkopuolella.

Koska suljettu alue kuluttaa happea nopeammin kuin se voidaan täyttää, happipitoisuus rakon sisällä laskee.

Ulkopinta voi edelleen tukea hapen vähentämistä, kun taas happipuutteisesta rakosta tulee suhteellisen anodinen.

Tämä luo paikallisen sähkökemiallisen kennon:

Kun korroosio kehittyy, paikallinen kemia voi muuttua yhä aggressiivisemmaksi.

Kloridipitoisuus, happamuus, hydrolyysituotteet, ja korroosiotuotteiden kerääntyminen voi entisestään kiihdyttää paikallista hyökkäystä.

Tärkeää on, että hapen pelkistys voi olla vastuussa sähkökemiallisesta voimasta rakon ulkopuolella, kun taas sen sisällä tapahtuu voimakasta metallin liukenemista.

Jäähdytys-vesijärjestelmät: Käytännön teollinen esimerkki

Jäähdytysvesijärjestelmät sisältävät usein kaikki muuttujat, jotka vaikeuttavat korroosion diagnosointia:

Liuennut happi + virtaus + lämpötila + suolat + talletukset + mikro-organismeja + muuttaa kemiaa

Hapen pelkistys voi hallita katodista käyttäytymistä piirin hapetetuissa osissa.

Samaan aikaan, kerrostumat ja biofilmit voivat luoda happipuutteisia mikroympäristöjä, joissa paikallinen korroosio muuttuu vakavaksi.

Tuloksena voi olla petollisen lievä keskimääräinen korroosionopeus yhdistettynä paikallisesti syviin kuoppiin.

Tästä syystä, Pelkän bulkkivesikemian seuranta ei välttämättä kuvaa riittävästi yksittäisten komponenttien korroosiotilaa.

Happo peittaus ja kemiallinen puhdistus

Happopuhdistus tarjoaa kontrastisen ympäristön.

Happo on tarkoitettu poistamaan kalkkia tai kerrostumia, mutta sama kemia voi myös hyökätä paljastettuun alustaan.

Vedyn kehittymisestä tulee tärkeä katodinen reaktio, varsinkin kun liuos on voimakkaasti hapan.

Näkyvää kuplimista voi esiintyä, kun vetyä muodostuu.

Tyypillinen prosessijärjestys on:

Kalkinpoisto → substraatin altistuminen → jatkuva happohyökkäys → vedyn kehittyminen → metallihävikki

Jos puhdistusprosessi jatkuu liian kauan, operaattori voi poistaa ei-toivotun saostuman lisäksi myös kasvavan määrän alla olevaa metallia.

Tästä syystä happopitoisuus, lämpötila, hoitoaika, inhibiittorin pitoisuus, ja puhdistuksen jälkeistä huuhtelua on ohjattava yhtenä prosessina eikä itsenäisesti.

Katodinen suojaus: Korroosiontorjunta voi lisätä vedyn tuotantoa

Katodinen suojaus siirtää suojattua rakennetta tarkoituksella kohti negatiivisempaa potentiaalia anodin liukenemisen estämiseksi.

Tämä voi olla erittäin tehokas putkistoissa, merelliset rakenteet, säiliö, ja haudatut teräsjärjestelmät.

Kuitenkin, kun potentiaali muuttuu yhä negatiivisemmiksi, vedyn kehittymisestä voi tulla tärkeämpää.

Tämä luo kriittisen teknisen kompromissin:

Alempi anodinen korroosio ↔ mahdollisesti suurempi vedyntuotanto

Materiaaleille, jotka ovat herkkiä vetyavusteiselle halkeilulle, erityisesti eräät lujat teräkset, liiallinen katodinen polarisaatio voi siksi saada aikaan erilaisen vikamekanismin, vaikka tavanomaista korroosiota vähennetään.

Katodinen suojaus tulee siksi suunnitella materiaalin ympärille, ympäristö, pinnoitteen kunto, ja sovellettavat suojakriteerit, sen sijaan, että vain maksimoisivat negatiivisen potentiaalin.

Virtaava vesi: Hapen kuljetus ja massasiirto

Virtaus voi vaikuttaa voimakkaasti happipelkistyskorroosioon muuttamalla liuenneen hapen kulkeutumista metallin pintaan.

Suurempi virtaus voi vähentää diffuusiorajakerroksen paksuutta ja lisätä hapen kuljetusta.

Kuitenkin, tulos ei ole yleisesti korkeampi korroosionopeus, koska virtaus voi samanaikaisesti muuttaa suojakalvoja, korroosion poisto, inhibiittorin jakautuminen, ja eroosio.

Riittävän suurilla nopeuksilla, eroosio-korroosio voi tulla tärkeäksi.

Vedyn kehittymiseen voi myös vaikuttaa virtaus, mutta sen suhde virtaukseen on yleensä erilainen, koska katodinen lähtöaine ei ole liuennutta happea.

Virtaus voi sen sijaan muuttaa paikallista pitoisuutta, pinnan kunto, lämpötila, ja vetykuplien poisto.

Lämpötila muuttaa tasapainoa kahden mekanismin välillä

Lämpötila vaikuttaa sekä hapen pelkistykseen että vedyn kehittymiseen, mutta erilaisten ja joskus kilpailevien mekanismien kautta.

Nouseva lämpötila yleensä kiihdyttää sähkökemiallista kinetiikkaa.

Samaan aikaan, Liuenneen hapen pitoisuus vedessä tyypillisesti laskee lämpötilan noustessa tietyssä paineessa.

Siten:

Korkeampi lämpötila → nopeampi reaktiokinetiikka

vaan myös:

Korkeampi lämpötila → alhaisempi tasapainon hapen liukoisuus

Happivähennyskorroosion nettotulos ei siksi ole aina yksiselitteinen.

Vedyn kehitys voi myös kiihtyä lämpötilan myötä, koska reaktiokinetiikka yleensä kasvaa, mutta tuloksena oleva korroosiokäyttäytyminen riippuu silti pH:sta, potentiaalia, pinnan kunto, ja materiaaliherkkyys.

5. Johtopäätös

Vedyn evoluutiokorroosio ja hapen absorptiokorroosio ovat vesipitoisen metallin korroosion kaksi perustavaa sähkökemiallista mekanismia, ympäristöön sopeutumisessa on olennaisia ​​eroja, reaktiokinetiikka, morfologiset vauriot, ja ohjauslogiikka.

Vedyn evoluutiokorroosiota tapahtuu happamissa, vähän happipitoisissa ympäristöissä, jossa on tasainen metallin liukeneminen, jota ohjataan rajapintojen sähkökemiallisilla reaktioilla.

Hapen absorptiokorroosio vallitsee neutraalissa/emäksisessä happirikkaassa vedessä, happidiffuusiomassansiirron rajoittamaa tuhoavaa paikallista korroosiota.

Useimmat teollisuusvesilaitteiden viat johtuvat hapen absorptiokorroosiosta, kun taas vedyn kehityksen korroosio rajoittuu tiettyihin happamiin prosessiskenaarioihin.

Teolliseen korroosiontorjuntaan, tunnistaa ensin hallitseva korroosiomekanismi, sitten ottamalla käyttöön kohdennettu materiaalivalinta, keskimääräinen säätö, ja suojatoimenpiteet voivat maksimoida korroosionestotehokkuuden, vähentää laitevikojen määrää, ja alhaisemmat pitkän aikavälin käyttö- ja ylläpitokustannukset.

Näiden kahden ydinmekanismin hallitseminen on ammattimaisen korroosiotekniikan suunnittelun ja vikaanalyysin peruslähtökohta.

 

Faq

Mikä on tärkein ero hapen pelkistyksen ja vedyn kehittymisen välillä?

Happipelkistys käyttää liuennutta happea katodisena lähtöaineena, kun taas vedyn kehitys pelkistää vetyioneja tai vettä ja tuottaa vetyä.

Hapen vähentäminen liittyy vahvasti ilmastettuun veteen, kun taas vedyn kehittymisestä tulee erityisen tärkeää happamissa tai voimakkaasti katodisesti polarisoiduissa ympäristöissä.

Voivatko hapen pelkistyminen ja vedyn kehittyminen tapahtua samanaikaisesti??

Kyllä. Hapan liuos voi sisältää sekä liuennutta happea että vetyioneja, jolloin molemmat katodiset reaktiot tapahtuvat samanaikaisesti.

Niiden suhteellinen osuus riippuu pH:sta, happipitoisuus, elektrodin potentiaali, pintakinetiikka, ja massasiirto.

Pysäyttääkö liuenneen hapen poistaminen korroosiota?

Ei. Ilmanpoisto voi voimakkaasti tukahduttaa hapen vähenemisen, mutta muut katodiset reaktiot, mukaan lukien veden pelkistys ja vedyn kehittyminen, voi jatkaa sopivissa olosuhteissa.

Miksi happikato aiheuttaa rakokorroosiota?

Rajoitetun raon sisällä oleva happi kuluu nopeammin kuin sitä voidaan täydentää.

Tämä luo differentiaali-ilmastuskennon, jossa hapettomasta alueesta tulee suhteellisen anodinen ja jossa metalli liukenee väkevästi..

Tarkoittaako vedyn kehitys aina vedyn haurastumista?

Ei. Vedyn kehittyminen tarjoaa potentiaalisen imeytyneen vedyn lähteen, mutta vetyhaurastuminen vaatii herkkää materiaalia ja sopivia vedynoton yhdistelmiä, korostaa, ja mikrorakenneolosuhteet.

Tarkoittaako korkeampi liuennut happi aina nopeampaa korroosiota??

Ei välttämättä. Liuennut happi voi lisätä katodista kapasiteettia hapen pelkistykseen, mutta todellinen korroosio riippuu passiivikalvoista, estäjät, massasiirto, anodinen kinetiikka, pinnan kunto, ja paikallinen kemia.

Kumpi korroosiomekanismi on vaarallisempi?

Kumpikaan mekanismi ei ole yleisesti vaarallisempi.

Hapen vähentäminen voi tukea vakavaa paikallista korroosiota ja pitkäaikaista seinän tunkeutumista, kun taas vedyn kehittyminen voi aiheuttaa nopean happohyökkäyksen ja voi aiheuttaa vetyavusteisia vaurioita. Riski riippuu materiaali- ja palveluympäristöstä.