Absorpcja tlenu a korozja wydzielająca się wodorem: Kluczowe różnice

Korozja wodna jest najbardziej rozpowszechnioną i ekonomicznie destrukcyjną formą degradacji metali w przemyśle, morski, infrastruktura, i pola przetwórstwa chemicznego.

Wszystkie mokre procesy korozji elektrochemicznej opierają się na połączonych reakcjach anodowego utleniania metalu i katodowej redukcji.

Oparty na odrębnych mechanizmach depolaryzacji katodowej, Wodna korozja metali jest ściśle podzielona na dwa typy rdzeni: korozja wydzielająca się wodór (HEC) I korozja absorpcyjna tlenu (OAC).

Te dwa tryby korozji regulują prawie wszystkie scenariusze uszkodzeń metali w fazie ciekłej, jednak różnią się one drastycznie zasadami elektrochemicznymi, wyzwalacze środowiskowe, kinetyka reakcji, cechy morfologiczne, i strategie kontroli.

Błędna ocena dominującego mechanizmu korozji jest główną przyczyną nieskutecznej konstrukcji antykorozyjnej, przedwczesna awaria sprzętu, i zwiększone koszty utrzymania.

1. Co to jest korozja absorpcyjna tlenu?

Korozja absorpcyjna tlenu, dokładniej tzw korozja redukcyjna tlenu, jest jednym z najczęstszych mechanizmów korozji elektrochemicznej wpływających na stal węglową i inne metale w środowisku wodnym.

Występuje szczególnie powszechnie w wodzie neutralnej i lekko zasadowej, gdzie rozpuszczony tlen działa jako główny reagent katodowy podtrzymujący rozpuszczanie metalu.

Mechanizm ten łatwo przeoczyć, gdyż niekoniecznie powoduje on na początku szybkie i dramatyczne zniszczenia. Zamiast, korozja może przebiegać stosunkowo wolno, ale w sposób ciągły.

Przez miesiące lub lata, ta stopniowa utrata metalu może zmniejszyć grubość ścianki, tworzyć produkty korozji, zainicjować atak lokalny, i ostatecznie doprowadzić do wycieku lub perforacji.

Prosta interpretacja inżynierska jest taka:

Woda dostarcza elektrolitu, rozpuszczony tlen podtrzymuje reakcję katodową, a metal dostarcza elektrony poprzez rozpuszczanie anodowe.

Dlatego korozja tlenowa jest szczególnie ważna w systemach, w których woda jest wielokrotnie wystawiona na działanie powietrza lub stale krąży.

Typowe środowiska przemysłowe obejmują systemy centralnej klimatyzacji i wody lodowej, przemysłowe obiegi wody chłodzącej, chłodzące wieże, wodociągi miejskie i budowlane, czołgi, wymienniki ciepła, oraz różne systemy uzdatniania wody.

Choć neutralnym i słabo zasadowym środowiskiem jest woda, redukcja tlenu może również uczestniczyć w korozji w warunkach kwaśnych.

Rosnąca kwasowość generalnie zmienia kinetykę katodową i może przyspieszyć ogólną korozję, podczas gdy redukcja tlenu może nadal przebiegać równolegle z reakcjami wydzielania wodoru.

Gdzie występuje korozja absorpcyjna tlenu?

Korozja redukcyjna tlenu może rozwinąć się, gdy powierzchnia metalu zostanie wystawiona na działanie wodnego elektrolitu zawierającego rozpuszczony tlen.

Nasilenie zależy od stężenia tlenu, chemia wody, temperatura, przepływ, Stan powierzchni, oraz zdolność tlenu do dotarcia do metalu.

Centralne systemy HVAC i wody lodowej

Otwarte lub słabo odpowietrzone systemy cyrkulacyjne mogą w sposób ciągły wprowadzać tlen do wody.

Lakierki, zbiorniki wyrównawcze, woda do makijażu, wycieki, i czynności konserwacyjne mogą stwarzać możliwości przedostania się powietrza.

Rurociągi i komponenty ze stali węglowej mogą stopniowo ulegać ogólnej korozji, osady rdzy, oraz atak miejscowy, gdy tlen nie jest odpowiednio kontrolowany.

Przemysłowe systemy wody chłodzącej

Układy chłodzenia często łączą obieg wody, podwyższona temperatura, rozpuszczone sole, i ciągły kontakt z powietrzem.

Wieże chłodnicze są szczególnie istotne, ponieważ woda jest celowo wystawiana na działanie atmosfery.

Zapewnia to ciągły dopływ tlenu, który może sprzyjać korozji rurociągów ze stali węglowej, wymienniki ciepła, czołgi, i inny sprzęt metalowy.

Wieże chłodnicze

Wieże chłodnicze to klasyczne środowiska bogate w tlen, ponieważ woda rozprowadzana jest na dużych obszarach i bezpośrednio oddziałuje z powietrzem atmosferycznym.

Połączenie:

Duży interfejs woda-powietrze + ciągły obieg + rozpuszczone sole + wahania temperatury

może stworzyć korzystne warunki dla korozji, jeśli skład wody i kontrola korozji nie będą odpowiednio zarządzane.

Miejskie i Budowlane Instalacje Wodne

Rury dystrybucyjne i systemy magazynowania wody mogą również podlegać korozji wywołanej tlenem, szczególnie tam, gdzie woda pozostaje napowietrzona i występują metale podatne na korozję.

Sekcje o niskim przepływie, martwe nogi, słabo osuszone obszary, i stojąca woda mogą powodować znaczne różnice w lokalnym stężeniu tlenu, a tym samym przyczyniać się do miejscowej korozji.

Systemy wody czystej lub uzdatnionej w temperaturze otoczenia

Nawet stosunkowo czysta woda nie jest automatycznie niekorozyjna. Niskie zanieczyszczenie jonowe może zmniejszyć przewodność elektrolitu, ale rozpuszczony tlen może nadal uczestniczyć w reakcjach elektrochemicznych.

Wynikowa korozja zależy od metalu, temperatura, stężenie tlenu, warunki przepływu, i folię powierzchniową.

Jak działa korozja absorpcyjna tlenu?

Proces korozji składa się z połączonych reakcji anodowych i katodowych.

W obszarze anodowym, metal traci elektrony i przedostaje się do otaczającej wody w postaci jonów metali.

Elektrony te następnie przemieszczają się przez strukturę metaliczną w kierunku obszarów katodowych, gdzie następuje redukcja rozpuszczonego tlenu.

Do żelaza i stali węglowej, uproszczona sekwencja to:

Rozpuszczanie metali → uwolnienie elektronów → redukcja tlenu → tworzenie się wodorotlenków → powstawanie produktów korozji

Rozpuszczony tlen działa zatem jako akceptor elektronów, który umożliwia kontynuację anodowej reakcji rozpuszczania.

To wyjaśnia, dlaczego korozja może trwać nawet wtedy, gdy powierzchnia metalu wydaje się wizualnie stabilna.

Proces elektrochemiczny zachodzi w mikroskopijnych miejscach anodowych i katodowych, które mogą zmieniać się w czasie.

Ewentualne widoczne produkty — brunatna rdza, czarne tlenki, pomarańczowe osady, lub grube guzki korozyjne - są raczej wtórnymi produktami reakcji elektrochemicznych niż samym początkowym mechanizmem korozji.

Temperatura zmienia również zachowanie korozji tlenowej

Temperatura ma konkurencyjne skutki.

Rosnąca temperatura generalnie przyspiesza kinetykę reakcji elektrochemicznych i procesy związane z dyfuzją.

Naraz, rozpuszczalność tlenu w wodzie na ogół maleje wraz ze wzrostem temperatury pod ciśnieniem atmosferycznym.

Więc, wpływu temperatury na korozję redukcyjną tlenu nie można przewidzieć po prostu na podstawie samej temperatury.

Dla systemów inżynierskich, trzeba to rozważyć:

Temperatura + rozpuszczony tlen + przepływ + chemia wody + stabilność powłoki korozyjnej

Jest to szczególnie ważne w przypadku systemów chłodzenia i wymienników ciepła, w których temperatura wody może znacznie zmieniać się w całym obwodzie.

Typowa charakterystyka korozji absorpcyjnej tlenu

Podstawowa strategia antykorozyjna dotycząca korozji absorpcyjnej tlenu

Głównym celem jest ograniczenie warunków, które umożliwiają redukcję tlenu w celu podtrzymania anodowego rozpuszczania metalu.

Zmniejsz ekspozycję na tlen

Tam, gdzie pozwala na to konstrukcja systemu, zmniejszenie wnikania powietrza i rozpuszczonego tlenu może zmniejszyć siłę napędową korozji redukującej tlen.

Możliwe środki obejmują kontrolowane odpowietrzanie, minimalizując niepotrzebne napowietrzanie, oraz ograniczenie powtarzającego się narażenia krążącej wody na działanie tlenu atmosferycznego.

Użyj inhibitorów korozji

Odpowiednie inhibitory mogą zakłócać rozpuszczanie anodowe, reakcje katodowe, lub oba.

Wybór musi opierać się na konkretnym metalu, chemia wody, temperatura robocza, i wymagania środowiskowe.

Załóż folie ochronne

Dla niektórych systemów wodnych, wstępne nakładanie folii lub pasywacja mogą zapewnić bardziej ochronny stan powierzchni. Skuteczność zależy w dużym stopniu od składu chemicznego materiału i wody.

Kontroluj skalę i osad

Usuwanie osadów pomaga zapobiegać rozwojowi komórek napowietrzających różnicowo.

Obróbka wody, filtrowanie, Bubdown, czyszczenie, a kontrola osadów może zatem pośrednio zmniejszyć miejscową korozję tlenową.

Kontroluj chemię wody

Ph, zasadowość, przewodność, chlorek, rozpuszczone ciała stałe, aktywność mikrobiologiczna, i stężenie inhibitora mogą mieć wpływ na zachowanie korozyjne.

Kontrola pH jest ważna, jednakże korozji tlenowej nie należy ograniczać do prostego problemu „wyregulowania pH”..

Dostępność tlenu i zróżnicowane napowietrzanie mogą pozostać ważne nawet wtedy, gdy pH mieści się w zamierzonym zakresie roboczym.

2. Co to jest korozja ewolucyjna wodoru?

Ewolucja wodoru korozja to elektrochemiczny mechanizm korozji, w którym w wyniku reakcji katodowej na powierzchni metalu wytwarza się wodór.

Najsilniej kojarzony jest z kwaśnym środowiskiem wodnym, gdzie jony wodoru są łatwo dostępne i przyjmują elektrony uwalniane podczas anodowego rozpuszczania metalu.

W porównaniu z korozją redukcyjną tlenu, co jest często procesem trwałym w wodzie napowietrzonej, Korozja wydzielająca się w wyniku wydzielania wodoru może być znacznie bardziej agresywna w warunkach wystarczająco kwaśnych.

Do stali węglowej i wielu innych metali aktywnych, obniżenie pH roztworu może znacznie zwiększyć szybkość rozpuszczania anodowego, ponieważ katodowa reakcja wydzielania wodoru może przebiegać łatwo.

Z tego powodu podczas trawienia kwasem często spotyka się korozję wydzielającą się wodorem, czyszczenie chemiczne, odkamienianie, operacje procesu kwasowego, obsługa kwaśnych ścieków, oraz inne procesy obejmujące roztwory o niskim pH.

Uproszczony praktyczny opis to:

Metal traci elektrony, jony wodoru pochłaniają te elektrony, a na powierzchni tworzy się wodór.

Widoczne pęcherzyki wodoru nie są zatem przyczyną korozji. Są produktem reakcji katodowej, która umożliwia kontynuację utleniania metalu.

Scenariusze zdarzeń

Wydzielanie wodoru jest szczególnie ważne, gdy elektrolit jest kwaśny lub gdy metal poddawany jest silnej polaryzacji katodowej.

Typowe scenariusze obejmują:

• Marynowanie kwasowe: Kwas usuwa kamień tlenkowy ze stali, ale nadmierna ekspozycja może również zaatakować metal nieszlachetny.
• Chemiczne odkamienianie i czyszczenie: Roztwory kwasowe stosowane do usuwania osadów mogą kontynuować rozpuszczanie podłoża po usunięciu osadu.
• Kwaśne systemy ściekowe: Ścieki o niskim pH mogą w sposób ciągły atakować rury ze stali węglowej, czołgi, i inny sprzęt.
• Instalacje kwaśnej wody technologicznej: Ciecze przemysłowe zawierające kwasy mineralne lub organiczne mogą powodować agresywną korozję.
• Ochrona katodowa: Nadmiernie ujemne potencjały mogą zwiększyć wytwarzanie wodoru, szczególnie w przypadku stali o dużej wytrzymałości.
• Obróbka elektrochemiczna: Wodór może wydzielać się podczas galwanizacji, otrzymywanie elektrolityczne, marynowanie, i inne procesy katodowe.

Nasilenie zależy od czegoś więcej niż tylko pH. Stężenie kwasu, temperatura, czas narażenia, typ kwasowy, skład stopu, Stan powierzchni, przepływ, a skuteczność inhibitora może znacząco zmienić szybkość korozji.

Mechanizm korozji

Korozja wydzielająca się wodór składa się z połączonych procesów anodowych i katodowych.

W miejscach anodowych, metal traci elektrony i rozpuszcza się w elektrolicie.

Uwolnione elektrony przemieszczają się przez metal w kierunku miejsc katodowych, gdzie zjadają je gatunki zawierające wodór.

W środowisku kwaśnym, jony wodoru ulegają redukcji na powierzchni, ostatecznie tworząc wodór cząsteczkowy. W mniej kwaśnym środowisku, Źródłem wodoru może być redukcja wody.

Cały proces można zatem rozumieć jako:

Rozpuszczanie metali → przeniesienie elektronów → redukcja wodoru → powstawanie wodoru na powierzchni → wydzielanie gazowego wodoru

Kwaśne środowisko

W roztworach silnie kwaśnych, Redukcja protonów może przebiegać łatwo w przypadku wielu aktywnych metali.

Dzięki temu reakcja katodowa może utrzymać szybkie rozpuszczanie anodowe, dlatego stal węglowa może bardzo szybko korodować podczas niekontrolowanej obróbki kwasem.

Kinetyka powierzchni

Wydzielanie wodoru zależy w dużym stopniu od powierzchni metalu. Nadpotencjał wodoru, aktywność katalityczna, filmy tlenkowe, elementy stopowe, depozyty, i stan powierzchni wpływają na szybkość reakcji.

Więc, dwa metale wystawione na działanie tego samego kwasu mogą wykazywać znacząco odmienne zachowanie korozyjne.

Wejście wodoru do metalu

Nie cały wodór wytwarzany na powierzchni koniecznie opuszcza się w postaci gazu. Część może pozostać zaadsorbowana na powierzchni i, w odpowiednich warunkach, wejść do metalu.

Tworzy to potencjalną sekwencję:

Wytwarzanie wodoru → adsorpcja → absorpcja → dyfuzja/wychwytywanie

Do wrażliwych stali o wysokiej wytrzymałości, zaabsorbowany wodór może przyczyniać się do kruchości wodorowej lub pękania wspomaganego wodorem, w połączeniu z odpowiednimi warunkami naprężenia i mikrostruktury.

Co ważne, wydzielanie się wodoru i kruchość wodorowa nie są synonimami.

Ewolucja wodoru stanowi potencjalne źródło wodoru; podatność materiału i absorpcja wodoru decydują o tym, czy powstają znaczne uszkodzenia.

Typowa charakterystyka

Korozja wydzielająca się wodór ma kilka cech odróżniających ją od korozji redukującej tlen.

Szczególnie ważną cechą jest to, że silna korozja niekoniecznie powoduje powstawanie obfitej rdzy.

W kwaśnym środowisku, produkty korozji żelaza mogą pozostać rozpuszczone, zamiast tworzyć grube czerwono-brązowe osady powszechnie obserwowane w napowietrzonej wodzie neutralnej.

W rezultacie, element może wydawać się stosunkowo czysty, podczas gdy występuje znaczna utrata metalu nieszlachetnego.

Podstawowa strategia antykorozyjna

Podstawowym celem jest kontrola warunków chemicznych i elektrochemicznych, które umożliwiają nadmierne rozpuszczanie metali i wytwarzanie wodoru.

Kontroluj stężenie kwasu

Stosować wyłącznie kwas o stężeniu wymaganym do osiągnięcia zamierzonego celu czyszczenia lub przetwarzania. Nadmierna kwasowość może przyspieszyć atak podłoża.

Ogranicz czas ekspozycji

Obróbka kwasem powinna mieć określone okno procesowe. Po usunięciu kamienia i osadów, ciągłe narażenie zwiększa utratę metali nieszlachetnych, nie zapewniając równoważnych korzyści procesowych.

Kontroluj temperaturę

Wyższe temperatury mogą przyspieszyć kinetykę reakcji elektrochemicznych.

Dlatego też czyszczenie kwasem powinno odbywać się w zatwierdzonym zakresie temperatur, a nie polegać na niepotrzebnie wysokich temperaturach.

Stosować odpowiednie inhibitory korozji

Inhibitory mogą zmniejszać atak kwasu na metal nieszlachetny, umożliwiając jednocześnie kwasowi spełnienie zamierzonej funkcji czyszczącej.

Należy sprawdzić właściwy inhibitor i stężenie dla konkretnego kwasu, stop, i temperatura pracy.

Natychmiast spłucz i zneutralizuj

Po leczeniu kwasem, pozostałości kwasu należy szybko usunąć poprzez odpowiednie procedury płukania i neutralizacji, aby zapobiec dalszemu atakowi podczas przechowywania lub późniejszego przetwarzania.

Kontroluj ochronę katodową

Do obiektów chronionych, potencjał powinien być utrzymywany w określonym zakresie regulacji. Nadmiernie ujemne potencjały mogą zwiększyć wydzielanie wodoru i stworzyć ryzyko jego absorpcji.

Rozważ podatność materiału

Gdzie wytwarzanie wodoru jest nieuniknione, dobór materiału powinien uwzględniać wrażliwość na wodór, szczególnie do stali o wysokiej wytrzymałości i innych stopów podatnych na pękanie wspomagane wodorem.

3. Redukcja tlenu vs. Korozja ewolucyjna wodoru: Podstawowa różnica

Chociaż oba mechanizmy są procesami katodowymi, które wspomagają anodowe rozpuszczanie metalu, różnią się one zasadniczo pod względem reagentów, wymagania środowiskowe, czynniki kontrolujące, Zachowanie korozji, i strategie zapobiegawcze.

4. Redukcja tlenu i ewolucja wodoru w rzeczywistych układach korozyjnych

W rzeczywistych środowiskach przemysłowych, korozja rzadko przebiega według doskonale izolowanego mechanizmu.

Redukcja tlenu i wydzielanie wodoru mogą zachodzić jednocześnie, konkurować o prąd katodowy, lub stać się dominującymi w różnych lokalizacjach i na różnych etapach świadczenia usług.

Bilans zależy od rozpuszczonego tlenu, Ph, potencjał elektrody, temperatura, skład elektrolitów, warunki przepływu, oraz właściwości elektrochemiczne powierzchni metalu.

Jest to szczególnie ważne przy analizie awarii. Określenie środowiska jako „korozję tlenową” lub „korozję kwasową” może nie wystarczyć.

Dominująca reakcja katodowa może się zmieniać wraz ze zmianą lokalnego środowiska.

Napowietrzona woda neutralna: Zwykle dominuje redukcja tlenu

W instalacjach wody otwartej lub natlenionej, rozpuszczony tlen jest łatwo dostępny na powierzchni metalu.

Do wielu systemów ze stali węglowej pracujących w pobliżu neutralnego pH, oxygen reduction is therefore an important cathodic process.

Typowe przykłady obejmują:

• Industrial cooling-water circuits
• Wieże chłodnicze
• Open storage tanks
• HVAC circulation systems
• Water pipelines
• Atmospheric water films

W tych warunkach, corrosion is often characterized by gradual but persistent metal loss.

Water circulation can continuously replenish dissolved oxygen, while deposits and stagnant zones can create local oxygen concentration differences.

The main engineering concerns are general wall thinning, differential-aeration corrosion, wżery, and deposit-assisted localized attack.

Woda odgazowana: Usunięcie tlenu zmienia ścieżkę katodową

Deaeration can substantially suppress oxygen reduction, but it does not necessarily eliminate corrosion.

Once dissolved oxygen becomes scarce, another cathodic process may support electron consumption.

Depending on pH, potencjał, temperatura, and material surface, water reduction and hydrogen evolution can become increasingly important.

Prowadzi to do ważnego rozróżnienia inżynieryjnego:

Odpowietrzanie może usunąć jedną główną ścieżkę katodową, nie czyniąc metalu elektrochemicznie nieaktywnym.

Powstała szybkość korozji może znacznie się zmniejszyć, ale nadal należy wziąć pod uwagę pozostały proces katodowy.

Jest to szczególnie istotne w zamkniętych przemysłowych instalacjach wody, gdzie stężenie tlenu może zmieniać się w sposób ciągły podczas uruchamiania, zamknięcie, konserwacja, lub obróbka chemiczna.

Roztwory kwaśne i napowietrzone: Obie reakcje mogą współistnieć

Kwaśny roztwór może zawierać zarówno jony wodoru, jak i rozpuszczony tlen.

W tych warunkach, powierzchnia katodowa może wspierać:

Redukcja tlenu

I

Ewolucja wodoru

naraz.

To, która reakcja ma większy udział w całkowitym prądzie katodowym, zależy od kinetyki powierzchni metalu, transport tlenu, Ph, i potencjał elektrody.

Na początku ekspozycji, kwaśny roztwór bogaty w tlen może wykazywać znaczną aktywność redukcji tlenu.

W miarę zużywania się tlenu lub ograniczenia transportu, wydzielanie wodoru może stać się stosunkowo ważniejsze.

Zatem, mechanizm katodowy może ewoluować z czasem:

Bogaty w tlen → mieszane zachowanie katodowe → zubożony w tlen → większy udział wodoru

To dynamiczne zachowanie jest szczególnie istotne w szczelinach, depozyty, zamknięte naczynia, i sekcje stojące.

Korozja szczelinowa i pod osadami

Szczeliny stanowią klasyczny przykład tego, jak może zmienić się lokalna reakcja katodowa.

Na początku ekspozycji, tlen może znajdować się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz szczeliny.

Ponieważ zamknięty obszar zużywa tlen szybciej, niż można go uzupełnić, stężenie tlenu wewnątrz szczeliny maleje.

Powierzchnia zewnętrzna może w dalszym ciągu sprzyjać redukcji tlenu, podczas gdy szczelina zubożona w tlen staje się stosunkowo anodowa.

Tworzy to zlokalizowane ogniwo elektrochemiczne:

W miarę rozwoju korozji, lokalna chemia może stać się coraz bardziej agresywna.

Stężenie chlorków, kwasowość, produkty hydrolizy, a gromadzenie się produktów korozji może dodatkowo przyspieszyć miejscowy atak.

Ważne jest to, że redukcja tlenu może być odpowiedzialna za elektrochemiczną siłę napędową na zewnątrz szczeliny, podczas gdy w jego wnętrzu następuje poważne rozpuszczenie metalu.

Systemy wody chłodzącej: Praktyczny przykład przemysłowy

W układach wody chłodzącej często występują wszystkie zmienne, które utrudniają zdiagnozowanie korozji:

Rozpuszczony tlen + przepływ + temperatura + sole + depozyty + mikroorganizmy + zmiana chemii

Redukcja tlenu może dominować w zachowaniu katodowym w natlenionych częściach obwodu.

Naraz, osady i biofilmy mogą tworzyć mikrośrodowisko zubożone w tlen, w którym miejscowa korozja staje się poważna.

Rezultatem może być zwodniczo łagodna średnia szybkość korozji w połączeniu z lokalnie głębokimi wżerami.

Z tego powodu, monitorowanie wyłącznie składu chemicznego wody w masie może nie opisywać odpowiednio stanu korozyjnego poszczególnych składników.

Trawienie kwasem i czyszczenie chemiczne

Czyszczenie kwasem zapewnia kontrastujące środowisko.

Kwas przeznaczony jest do usuwania kamienia i osadów, ale ta sama chemia może również zaatakować odsłonięte podłoże.

Wydzielanie wodoru staje się ważną reakcją katodową, zwłaszcza gdy roztwór jest silnie kwaśny.

W wyniku wytwarzania wodoru mogą wystąpić widoczne pęcherzyki.

Typowa sekwencja procesu to:

Usuwanie kamienia → odsłonięcie podłoża → ciągły atak kwasu → wydzielanie wodoru → utrata metalu

Jeśli proces czyszczenia trwa zbyt długo, operator może usunąć nie tylko niechciany osad, ale także rosnącą ilość leżącego pod spodem metalu.

Dlatego stężenie kwasu, temperatura, czas leczenia, stężenie inhibitora, a płukanie po czyszczeniu należy kontrolować jako jeden proces, a nie niezależnie.

Ochrona katodowa: Kontrola korozji może zwiększyć wytwarzanie wodoru

Ochrona katodowa celowo przesuwa chronioną strukturę w kierunku bardziej ujemnego potencjału, aby stłumić rozpuszczanie anodowe.

Może to być bardzo skuteczne w przypadku rurociągów, Struktury morskie, czołgi, i zakopane systemy stalowe.

Jednakże, w miarę jak potencjał staje się coraz bardziej ujemny, wydzielanie wodoru może stać się ważniejsze.

Stwarza to krytyczny kompromis inżynieryjny:

Niższa korozja anodowa ↔ potencjalnie wyższa produkcja wodoru

Do materiałów podatnych na pękanie wspomagane wodorem, zwłaszcza niektóre stale o wysokiej wytrzymałości, nadmierna polaryzacja katodowa może zatem wprowadzić inny mechanizm awarii, nawet przy ograniczeniu konwencjonalnej korozji.

W związku z tym należy zaprojektować ochronę katodową wokół materiału, środowisko, stan powłoki, i obowiązujące kryteria ochrony, zamiast po prostu maksymalizować negatywny potencjał.

Płynąca woda: Transport tlenu i transfer masy

Przepływ może silnie wpływać na korozję redukującą tlen, zmieniając transport rozpuszczonego tlenu do powierzchni metalu.

Większy przepływ może zmniejszyć grubość warstwy granicznej dyfuzji i zwiększyć transport tlenu.

Jednakże, rezultatem nie jest zwykle większa szybkość korozji, ponieważ przepływ może jednocześnie modyfikować powłoki ochronne, usuwanie produktów korozji, dystrybucja inhibitora, i erozja.

Przy wystarczająco dużych prędkościach, erozja-korozja może stać się ważny.

Na wydzielanie wodoru może mieć również wpływ przepływ, ale jego związek z przepływem jest generalnie inny, ponieważ reagentem katodowym nie jest rozpuszczony tlen.

Zamiast tego przepływ może modyfikować lokalne stężenie, Stan powierzchni, temperatura, i usuwanie pęcherzyków wodoru.

Temperatura zmienia równowagę pomiędzy dwoma mechanizmami

Temperatura wpływa zarówno na redukcję tlenu, jak i wydzielanie wodoru, lecz poprzez różne, czasem konkurencyjne mechanizmy.

Rosnąca temperatura generalnie przyspiesza kinetykę elektrochemiczną.

Naraz, stężenie rozpuszczonego tlenu w wodzie zwykle maleje wraz ze wzrostem temperatury przy danym ciśnieniu.

Więc:

Wyższa temperatura → szybsza kinetyka reakcji

ale także:

Wyższa temperatura → niższa równowagowa rozpuszczalność tlenu

Wynik netto korozji redukującej tlen nie zawsze jest zatem jednoznaczny.

Wydzielanie wodoru może również przyspieszać wraz z temperaturą, ponieważ kinetyka reakcji generalnie wzrasta, ale powstałe zachowanie korozyjne nadal zależy od pH, potencjał, Stan powierzchni, i podatność materiału.

5. Wniosek

Korozja wydzielająca się wodór i korozja absorpcyjna tlenu to dwa podstawowe mechanizmy elektrochemiczne korozji metali w wodzie, z istotnymi różnicami w adaptacji do środowiska, kinetyka reakcji, uszkodzenia morfologiczne, i logika sterowania.

Korozja wydzielająca się wodorem zachodzi w kwaśnym środowisku o niskiej zawartości tlenu, charakteryzujący się równomiernym rozpuszczaniem metalu kontrolowanym przez międzyfazowe reakcje elektrochemiczne.

W wodzie neutralnej/alkalicznej i bogatej w tlen dominuje korozja absorpcyjna tlenu, wykazuje destrukcyjną, lokalną korozję ograniczoną przez przenikanie masy przez dyfuzję tlenu.

Większość awarii przemysłowych urządzeń wodnych wynika z korozji absorpcyjnej tlenu, podczas gdy korozja wydzielająca się wodorem jest ograniczona do określonych scenariuszy procesów kwasowych.

Do przemysłowej kontroli korozji, najpierw zidentyfikować dominujący mechanizm korozji, następnie przyjęcie ukierunkowanego doboru materiałów, regulacja średnia, i środki ochronne mogą zmaksymalizować skuteczność antykorozyjną, zmniejszyć liczbę awarii sprzętu, oraz niższe długoterminowe koszty operacyjne i konserwacyjne.

Opanowanie tych dwóch podstawowych mechanizmów jest podstawowym założeniem profesjonalnego projektowania inżynierii antykorozyjnej i analizy uszkodzeń.

 

Często zadawane pytania

Jaka jest główna różnica między redukcją tlenu a wydzielaniem wodoru?

Redukcja tlenu wykorzystuje rozpuszczony tlen jako reagent katodowy, podczas gdy ewolucja wodoru redukuje jony wodoru lub wodę i wytwarza wodór.

Redukcja tlenu jest silnie powiązana z wodą napowietrzoną, mając na uwadze, że wydzielanie wodoru staje się szczególnie ważne w środowiskach kwaśnych lub silnie katodowo spolaryzowanych.

Czy redukcja tlenu i wydzielanie wodoru mogą zachodzić jednocześnie??

Tak. Kwaśny roztwór może zawierać zarówno rozpuszczony tlen, jak i jony wodoru, umożliwiając jednoczesne zajście obu reakcji katodowych.

Ich względny udział zależy od pH, stężenie tlenu, potencjał elektrody, kinetyka powierzchni, i transfer masy.

Czy usunięcie rozpuszczonego tlenu zatrzymuje korozję?

NIE. Odpowietrzanie może silnie hamować redukcję tlenu, ale inne reakcje katodowe, w tym redukcję wody i wydzielanie wodoru, można kontynuować w odpowiednich warunkach.

Dlaczego niedobór tlenu powoduje korozję szczelinową??

Tlen w ograniczonej szczelinie jest zużywany szybciej, niż można go uzupełnić.

Tworzy to komorę napowietrzania różnicowego, w której obszar zubożony w tlen staje się stosunkowo anodowy i ulega skoncentrowanemu rozpuszczaniu metalu.

Czy wydzielanie wodoru zawsze oznacza kruchość wodorową??

NIE. Wydzielanie wodoru stanowi potencjalne źródło zaabsorbowanego wodoru, ale kruchość wodorowa wymaga podatnego materiału i odpowiednich kombinacji absorpcji wodoru, stres, i warunki mikrostrukturalne.

Czy wyższa zawartość rozpuszczonego tlenu zawsze oznacza szybszą korozję??

Nie koniecznie. Rozpuszczony tlen może zwiększyć zdolność katodową do redukcji tlenu, ale rzeczywista korozja zależy od folii pasywnych, inhibitory, transfer masy, kinetyka anodowa, Stan powierzchni, i lokalna chemia.

Który mechanizm korozji jest bardziej niebezpieczny?

Żaden mechanizm nie jest powszechnie bardziej niebezpieczny.

Redukcja tlenu może sprzyjać silnej miejscowej korozji i długotrwałej penetracji ścian, podczas gdy wydzielanie wodoru może spowodować szybki atak kwasu i spowodować uszkodzenia wspomagane wodorem. Ryzyko zależy od materiału i środowiska usług.