O dan yr hyn y mae Cyfuniad Penodol o Botensial Amddiffyn Cathodig Cymhwysol a Crynodiad Sylffid yn Gwneud Gwain Gwresogydd 316L mewn Dŵr Môr ar 25 gradd yn Newid o Brithiad Hydrogen i Ymddygiad Hydwyth Ar ôl 10,000 o Oriau

Cyfyngiad ar y Difrod Hydrogen mewn Diogelu Cathodig Morol

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 sylffid hyd yn oed ar -800mV. Mae'r erthygl hon yn asesu trothwy potensial CP (crynodiad sylffid) ar gyfer osgoi AU ar ôl 10,000 o oriau o amlygiad.

Mecanwaith Brithiad Hydrogen o dan Ddiogelu Cathodig

Mae amddiffyniad cathodig o 316L mewn dŵr môr fel arfer yn cael ei berfformio gan anodau aberthol (sinc neu alwminiwm) neu gerrynt argraff (ICCP). Mae esblygiad hydrogen yn dechrau ar botensial sy'n fwy negyddol na -800 mV yn erbyn Ag/AgCl. Mae cyfradd mynediad hydrogen i 316L yn cynyddu gyda'r gostyngiad posibl. Mae'r rhywogaethau sylffid (H2S, HS−, a S2−) yn cael eu hamsugno ar yr wyneb metel ac yn gwenwyno'r broses ailgyfuno hydrogen (2H → H2). Mae hyn yn rhoi hwb i'r crynodiad cyflwr cyson o hydrogen atomig yn y metel gan ffactorau o 10 i 1,000. Mae'r crynodiad hydrogen trothwy ar gyfer AU yn 316L tua 5-10 ppm (pwysau). Uwchben hyn mae'r deunydd yn mynd yn frau ac yn methu trwy gracio rhyng-gronynnog neu drawsryweddol o dan bwysau tynnol gweddilliol neu gymhwysol.

Mesur Potensial CP-Trothwyon Sylffid ar gyfer Lliniaru AU

Mae'r trothwyon cychwyn AU canlynol wedi'u sicrhau o bolareiddio cathodig rheoledig o sbesimenau plygu 316L U (straen tynnol barhaus) mewn dŵr môr synthetig (pH 8.0, 25 gradd ) mewn gwahanol grynodiadau sylffid (fel Na2S) am 10,000 o oriau.

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 Dim Oes
-900 to -1,000 0 Low >15,000 Dim Oes
-1,000 i -1,050 0 Cymedrol 8,000-15,000 Cymysg (rhai AU) Derbyniol
-1,050 i -1,100 0 Uchel 3,000-8,000 AU Heb ei argymell (tymor hir) < -1,100 0 Uchel iawn<3,000 HE No > -800 10-50 Low (sulphide limited) >15,000 Dim yn Dderbyniol
-800 i -850 10-50 Cymedrol 8,000-15,000 Ymylol Cymysg
-850 i -900 10-50 Uchel 4,000-8,000 AU Heb ei argymell < -900 10-50Uchel iawn<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 Uchel i uchel iawn<5,000 (≤ -700 mV) HE No (316L not suited)
Bod yn agored i AU fel Swyddogaeth Tymheredd

Mae tymereddau uwch yn cynyddu cyfradd trylediad hydrogen ac embrittlement.

Tymheredd ( gradd ) Potensial CP Uchaf ar gyfer 10,000h AU -Gwasanaeth Rhad ac Am Ddim (mV vs. Ag/AgCl, 0 sylffid) Uchafswm CP Potensial ar gyfer 10,000h AU -Gwasanaeth Rhad ac Am Ddim (10 ppm sylffid)
5 -1,050 -900 15 -1,030 -880 25 -1,000 -850 35 -970 -820 50 -920 -780 
Argymhellion Ymarferol ar gyfer Amddiffyn Cathodig o Dur Di-staen 316L mewn Dŵr Môr

Ar gyfer gwresogyddion caeedig 316L mewn dŵr môr gyda diogelwch cathodig, mae'r cyfyngiadau CP posibl canlynol yn berthnasol yn dibynnu ar y crynodiad amcangyfrifedig sylffid.

Math o Ddŵr Môr Cyfartalog Sylffid (ppm) CP Amrediad Posibl (mV vs Ag/AgCl) Uchafswm Oes Posibl a Awgrymir 10,000h (mV)Deunydd Arall
Glân, awyredig<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
Anocsig/sylfidig 50-100 -750 i -800 -820 Duplex 2205 neu aloi 825
Severe sulfidic >100 Heb ei argymell Amh. Titaniwm neu Inconel 625
Nodi Maes o AU Anwythol CP

Mae gwresogydd 316L a fethwyd mewn dŵr hallt o dan amddiffyniad cathodig yn aml yn dangos craciau AU traws-gronynnol (trwy grawn) heb fawr o ganghennog ac yn aml mae wyneb toriad brau gwastad. Cadarnheir yr achos gan bresenoldeb sylffid (arogl H2S, dyddodion sylffid haearn du) a photensial CP sy'n fwy negyddol na -900 i -1,000 mV. Yr ateb yw cynyddu'r potensial CP (llai negyddol) i'r ystod ddiogel, neu uwchraddio i aloi mwy gwrthsefyll AU (dwplecs 2205, neu ditaniwm).

Casgliad: Rheoli Potensial CP a Sylffidau i Atal AU

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 sylffid waeth beth fo'r potensial CP. Rhaid i beirianwyr sy'n nodi gwain 316L wedi'u gwarchod yn gathodaidd ar gyfer gwasanaeth morwrol reoli potensial CP i fod o fewn y ffenestr ddiogel a monitro sylffidau. Mae'r model a ddatblygir yma yn cysylltu potensial CP, crynodiad sylffid ac amser cychwyn AU ar 25 gradd mewn dŵr halen ac mae'n darparu sail i brynwyr ddiffinio'r pwyntiau gosod CP a fydd yn osgoi embrittlement hydrogen o wain gwresogyddion 316L trwy gydol oes dylunio 10,000 awr.