Sub ce combinație specifică de potențial de protecție anodică aplicată și temperatură învelișului tubul de încălzire din oțel inoxidabil 316 în 50% sodă caustică (NaOH) la 120 de grade rămâne pasiv fără fisurarea coroziunii prin efort caustic

Controlul electrochimic în prevenirea fragilizării caustice

Fisurarea prin coroziune prin efort caustic (CSCC, sau fragilizarea caustică) este un mod important de defecțiune pentru tuburile electrice de încălzire cu manta din oțel inoxidabil 316 în serviciu cu sodă caustică (NaOH) la temperaturi ridicate (de exemplu, evaporatoare, concentratoare sau încălzitoare de linie de transfer caustic). SCC caustic are loc în soluții fierbinți de NaOH la temperaturi peste aproximativ 70-80 de grade, susceptibilitatea crescând dramatic atât cu temperatură, cât și cu concentrația caustică. Acest lucru este spre deosebire de clorură SCC, care necesită combinații speciale de temperatură și concentrație de clorură. La 50% NaOH (o concentrație industrială tipică) la 120 de grade, 316 este foarte sensibil la CSCC în condiții de coroziune liberă, cu cracare care se dezvoltă în zile sau săptămâni. CSCC poate fi total evitat prin utilizarea protecției anodice aplicate (adică control potențiostatic al metalului în regiunea pasivă). Parametrul important este potențialul aplicat față de un electrod de referință (adesea Ag/AgCl). Intervalul pasiv pentru 316 în 50% NaOH la 120 de grade este de aproximativ -200 mV până la +200 mV față de Ag/AgCl. Crăparea are loc la potențiale mai mici de -200 mV (regiune activă) sau mai mari de +200 mV (regiune transpasivă). Acest articol cuantifică ferestrele potențiale de protecție anodică pentru prevenirea CSCC la diferite temperaturi și concentrații caustice.

Mecanismul de fisurare prin coroziune prin stres caustic și prevenirea acestuia

SCC caustic al oțelului inoxidabil 316 este dizolvarea selectivă a acoperirii pasive la limitele granulelor (cracare intergranulară în aliaje inferioare; transgranulară în 316 la temperaturi mai ridicate) sub efort de tracțiune în soluții concentrate de NaOH. Pelicula pasivă de pe 316 în caustică este o peliculă de hidroxizi/oxizi de fier și crom care este stabilă doar într-un interval de potențial limitat. Sub intervalul de potențial pasiv (potenţiale negative mai mari) metalul se corodează agresiv (coroziune generală). Peste intervalul pasiv (potenţiale pozitive mai mari) are loc dizolvarea transpasivă, în care cromul este oxidat la cromat solubil (CrO4 2-) şi este iniţiat SCC. O tensiune anodică reglată în domeniul pasiv stabilizează filmul pasiv și îndepărtează forța de antrenare pentru o defecțiune localizată.

Ferestre cu protecție anodică cuantificată pentru 50% NaOH la 120C

Intervalul pasiv și limitele de fisurare în funcție de tensiunea aplicată față de Ag/AgCl (3M KCl) au fost determinate în NaOH 50% la 120 de grade prin teste potențiostatice controlate ale oțelului inoxidabil 316 (probe de îndoire U-sub tensiune constantă la tracțiune).

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 Luminos, fără atac Acceptabil (limită)
-150 to +100 Passive (optimum) 0.01-0.02 >10.000 Luminos, pasiv Cel mai bun +100 la +200 Pasiv (înalt) 0.02-0.05 2,000-5.000 Nuanță (îngroșare cu oxid) Acceptabil +200 la +250 Marginea transpasivă 0.1-0.3 500-1,500 Ușoară pitting Marginal +250} +250}{12}}{12}{CC{12}{12}{12} recomandat > +350 Evoluția oxigenului 1-5<100 Severe CSCC + pitting No
Influența concentrației caustice și a temperaturii asupra intervalului potențialului de protecție

Fereastra de potențial pasiv variază în funcție de concentrația caustică și de temperatură. Următorul este un tabel cu potențialele de protecție recomandate în diferite condiții.

NaOH Conc. (% în greutate) Temperatura (grade) Interval pasiv (mV versus Ag/AgCl, 3M KCl) Potențial optim de protecție (mV) Densitatea de curent minimă recomandată pentru protecție (mA/cm2)
30 100 -300 la +50 -150 0.1 30 120 -250 la +100 -100 0.2 40 100 -250 la +100 -100 0.2 40 120 -200 la +150 -50 0.3 50 100 -200 la +150 -50 0.3 50 120 -150 la +200 0 0.5 50 140 -100 la +250 (îngustare) +50 0.8 60 100 -150 la +200 0 0.4 60 120 -100 la +250 +50 0.7 70 100 -100 la +200 (îngust) +50 0.6
Specificații pentru sistemele practice de protecție anodică pentru încălzitoarele 316

Următorii parametri de sistem oferă o prevenire CSCC de încredere pentru încălzitoarele cu manta 316 în serviciu caustic la cald cu protecție anodică:

Parametru de sistem Necesar Specificație Metodă de verificare
Electrod de referință Ag/AgCl cu 3M KCl, stabil până la 120 de grade Calibrare pre-instalării
Electrod de lucru (încălzitor) Conectat la capătul pozitiv al potențiostatului Verificați continuitatea
Contra-electrod (catod)Platină sau titan platinizat. Raportul suprafeței minime catod:anod 1:2
Calibrare potențiostat Valoare de referință potențială -50 până la 0 mV (pentru 50% NaOH la 120 de grade)
Toleranță posibilă ± 20 mV Înregistrare date
Densitatea de curent necesară 0,3-0,8 mA/cm² în funcție de temperatură Curentul inițial în cale
Failsafe Interlock -If potential drifts >+250 mV sau<-250 mV, shut-down heater Alarm + shut-down
Identificarea în câmp a protecției caustice eșuate

Un încălzitor 316 crapă la sarcină caustică, în ciuda ecranării anodice. Sunt posibile trei scenarii de eșec. În primul rând, o posibilă deplasare în zona transpasivă (+200 până la +350 mV) provoacă fisuri SCC transgranulare cu oxidare severă (suprafață colorată). În al doilea rând, deriva potențială în regiunea activă (<-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.

Concluzie: Specificația protecției anodice pentru serviciul caustic

Evitarea fisurii prin coroziune prin efort caustic a încălzitoarelor din oțel inoxidabil 316 în NaOH 50% la 120 de grade se realizează numai prin menținerea potențialului metalic între -150 și +200 mV față de Ag/AgCl (3M KCl), în fereastra pasivă.