Zastosowanie technologii Hydropath radykalnie zmienia przebieg i możliwości następowania typowego korozyjnego procesu elektrochemicznego.

Transkrypt

1 Wpływ tchnologii Hydropath na ograniczni korozji lktrochmicznj w instalacjach przmysłowych. Korozja lktrochmiczna w instalacjach przmysłowych stal przynosi duż straty konomiczn. Pomimo stosowania różnych tchnik i tchnologii ogranicznia jj wpływu na dgradację układów hydraulicznych i urządzń nadal jst poważnym wyzwanim dla służb utrzymania ruchu i projktantów. Korozja lktrochmiczna zachodzi w środowisku lktrolitów, w którym następuj tworzni mikroogniw, złożonych z anody i katody. Powirzchnia mtalu nawt najbardzij czysta ni jst jdnorodna w skali mikroskopowj. Mtal ma strukturę ziarnistą, krystaliczną a granic ziarn mają strukturę mnij jdnorodną co prowadzi do zjawiska podziału na obszar będący anodą (granica ziarn) i katodą (ziarno). Kidy procs korozji mtalicznj zostani zainicjowany, procs zaczyna samoistni przyśpiszać i w obszarz anodowym następuj zniszczni matriału. Podczas pracy takigo ogniwa korozji następuj przpływ prądu a biguny ogniwa ulgają polaryzacji. Polaryzacja hamuj procs katodowy i anodowy hamując procs korozyjny jdnak w korozji chmicznj działają dpolaryzatory ( tln i jony wodorow) któr wpływają na przyspiszni tgo procsu. Zastosowani tchnologii Hydropath radykalni zminia przbig i możliwości następowania typowgo korozyjngo procsu lktrochmiczngo. Uzdatniacz wody Hydropath indukuj do ciczy płynącj w instalacji cipłowniczj, chłodniczj lub hydraulicznj koncntryczn rozchodząc się pola lktromagntyczn. Za pośrdnictwm ciczy sygnał lktromagntyczny rozchodzi się na długości stk mtrów w instalacji. 1

2 Siły pola gnrowango przz tn sygnał powodują, ż ujmni naładowan lktrony przmiszczają się w głąb matriału instalacji ( do wnętrza scianki), a dodatnio naładowan jony są przsuwan w kirunku przciwnym, czyli do lktrolitu. Prowadzi to do uzyskania stanu pasywności lktrochmicznj na powirzchni styku mtalu z ciczą. Poniważ w procsi korozji warunkim konicznym jst udział zarówno ujmni naładowanych lktronów jak i jonów dodatnich, fktm wywołanym przz urządzni z tchnologią Hydropath jst zatrzymani lub znacząc spowolnini procsu korozji. Główn procsy związan z korozją i ich przbig pod wpływm koncntryczngo pola lktromagntyczngo gnrowango w tchnologii Hydropath. Procs korozji lktrochmicznj składa się z anodowgo utlniania i katodowj rdukcji. W anodzi mtal oddając lktrony walncyjn przchodzi do roztworu w postaci jonów ( utlniani) a lktrony w mtalu migrują do obszaru katodowgo W katodzi lktrony migrując z obszaru anodowgo łączą się z dpolaryzatorm tj. jonm lub atomm mającym zdolność do przyłączania lktronów i następuj rdukcja. Charaktr lktrochmiczny korozji można zilustrować oddziaływanim na cynk kwasu solngo. Kidy cynk znajduj się w rozcińczonym kwasi solnym, zachodzi gwałtowna rakcja w którj wydzila się wodór a cynk rozpuszcza się, tworząc roztwór chlorku cynkowgo. Rakcja wygląda następująco: Zn 2H-> ZnCl2 H2 (1) Równani można urościć liminując jon Cl : Zn 2 --> Zn2 H2 (2) Cynk raguj z jonami wodorowymi w roztworz kwasu tworząc jony cynku i gazowy wodór. Analizując powyższ równani. Można zauważyć, ż w trakci rakcji, cynk ulga utlniniu do jonów cynkowych a jony wodorow są zrdukowan do wodoru. Tak więc równani (2) moż być podzilona na dwi rakcj, utlniani cynku i rdukcję jonów wodorowych. Utlniani (rakcja anodowa) Zn --> Zn2 2 (3) Rdukcja (rakcja katodowa) 2 --> 2 H2 (4) Utlniani anodow tworzy wzrost potncjału, wzrost ilości lktronów. Spadk potncjału, obniżni ilości lktronów oznacza rdukcję lub rakcj katodową. Równania (3) i (4) są rakcjami częściowymi i obi występują jdnoczśni, w tym samym tmpi na powirzchni mtalu. 2

3 HCl solut ion Zn2 2 HCl solut ion Zn 2 Fig. 2 Elctrochmical raction occurring during Rysunk powyżj przdstawia procs korozji, w którym atom cynku został przkształcony w jon cynku i dwa lktrony. Elktrony pozostają w mtalu i są bzpośrdnio absorbowan do rdukcji jonów wodorowych. Pol lktromagntyczn Hydropath, odsuwa lktrony uwolnion podczas rakcji utlniania w głąb powirzchni mtalu. Zinc platd pip Zinc plat ing Coaxial magntic fild inducd by HydroFLOW Zn 2 Zinc plating Rysunk powyżj przdstawia rurę ocynkowaną narażoną na działani rozcińczongo kwasu solngo. Rura i cicz w nij zawarta jst pod wpływm koncntryczngo pola lktromagntyczngo. 3

4 W trakci przbigu rakcji anodowj, katoda jst naładowana dodatnio. Przrywana czrwona linia na rysunku obrazuj ściżkę ruchu lktronów w sytuacji, kidy ni było by oddziaływania pola lktromagntyczngo. Zilon strzałki pokazują kirunk siły wywiranj na jony i lktrony. Oczywiści wpływ sił na lktrony jst znaczni bardzij widoczny z względu na różnic w masi pomiędzy lktronami a jonami. Podobni jak cynk w środowisku kwaśnym zachowuj się żlazo i aluminium. Rakcj przdstawiają się następująco: F 2H-> FCl 2 (5) Al 6H-> 2AlCl 3 3 (6) Rakcj (1), (5) i (6) są podobn. Wszystki objmują rdukcję jonów wodorowych i różnią się tylko fktm końcowym rakcji anodowj: Zn --> Zn 2 2 (3) F --> F 2 2 (7) Al --> Al 3 3 (8) Zatm, problmm korozji w kwasi solnym jst dla tych mtali podobny, poniważ w każdym przypadku katodowa rakcja wydzilania wodoru gazowgo następuj zgodni z równanim (4). Odnosi się to równiż do korozji w innych kwasach, takich jak kwas siarkowy, fosforowy, fluorowodorowy i rozpuszczalnych w wodzi kwasach organicznych, takich jak kwas mrówkowy i kwas octowy. Patrząc z punktu widznia częściowych procsów utlniania i rdukcji. Przy anodzi, zachodzi utlniani z mtalu (M) do jgo jonu. M > M n n (9) Przyczyną korozja lktrolitycznj są różn przyczyny, jak już wspomniano powyżj do powstania ogniwa wystarczy nijdnorodność krystalicznj struktury mtalu, al przyczyna moż być równiż istnini różnych składników stopu mtalu, osady, produkty korozji wwnętrznj, jak i innymi będącymi rzultatm oddziaływania rozpuszczongo tlnu powstającgo w wyniku zmian tmpratury. 4

5 Rakcj anodow dla różnych mtali można przdstawić w następujący sposób: Ag >Ag (10) Srbro F > F 2 2 (11) Żlazo Zn > Zn 2 2 (12) Cynk Al > Al 3 3 (13) Aluminium W każdym przypadku, ilość lktronów mitowanych jst równa wartościowości jonu. Istnij kilka różnych rakcji katodowych, któr są często spotykan w korozji mtali > (14) O > 2O (15) O 2 2O > 4OH - (16) M > M 2 (17) M > M (18) Wydzilani wodoru występuj w rakcjach katodowych dla kwasów lub kwaśnych związków. Rdukcja tlnu jst równi powszchna, poniważ dowolny wodny roztwór, w kontakci z powitrzm (np. wiż chłodnicz) doprowadza do tj rakcji. Wszystki powyższ rakcj są podobn wymagają do ich prawidłowgo przbigu wolnych lktronów z powłok walncyjnych atomów któr pod wpływm tchnologii Hydropath stają się lmntm dficytowym. Powyższ częściow rakcj mogą być wykorzystywan do intrprtacji praktyczni wszystkich zjawisk korozyjnch. 5

6 Wźmy pod uwagę sytuację, gdy żlazo znajduj się pod wodą i jst to dla przykładu woda morska. Rakcja anodowa wygląda następująco: F > F 2 2 (7) Rakcja katodowa wdług równania: O 2 2O > 4OH - (16) Poniważ jony sodu i chloru ni uczstniczą w rakcji, ogólni rakcj można uzyskać przz dodani (7) i (16): 2F2O O 2 ---> 2F 2 4OH - ---> 2F(OH) 2 (19) Powstaj wodorotlnk żlaza, al związk tn jst nistabilny w otoczniu tlnu i utlnia się do soli żlazowj: 2F (OH) 2 O O > 2F(OH) 3 (20) Produkt końcowy to dobrz znana rdza. Jśli którakolwik z powyższych rakcji zostaj zakłócona to rdza ni moż się pojawić. Zn 2 Zn 2 Zn 2 H O 2 HCl O 2 solution O 2 O O 2 O Podczas korozji, więcj niż jdna rakcja utlniania i jdna rakcja rdukcji moż wystąpić. Rozważając korozję cynku w środowisku gazowym kwasu solngo, dwi katodow rakcj są możliw: wydzilani wodoru i rdukcja tlnu. Jst to przdstawion schmatyczni na rysunku powyżj. 6

7 Na powirzchni cynku pojawiają się lktrony biorąc udział w rakcji. Poniważ szybkości utlniania i rdukcji musi być równa, zwiększni szybkości rdukcji zwiększa szybkość rozpuszczania cynku. Zatm, roztwór kwasu zawirający rozpuszczony tln będzi bardzij korozyjny niż tn sam roztwór ni zawirający tlnu. Tn procs korozyjny, przy zastosowaniu tchnologii Hydropath, zmnijsza intnsywność i moż być całkowici zatrzymany. Polaryzacja Powodm, dla którgo urządznia z tchnologią Hydropath są okrślan jako fizyczn uzdatniacz wody jst bzpośrdnio fizyczna siła jaka wpływa na jony i lktrony. Siła ta jst gnrowana przz pol lktromagntyczn wytwarzan przz t urządznia. To właśni to pol lktromagntyczn powoduj powstawani zarodków krystalizacji w roztworach wodnych i zapobiga krystalizacji na ściankach instalacji. Szybkość rakcji lktrochmicznj w roztworz wodnym jst uzalżnion od szrgu czynników fizycznych i chmicznych. Stąd, rakcj lktrochmiczn mogą być albo przyspiszan albo opóźniana przz czynniki środowiskow. Taki ukirunkowan działani można standardowo podzilić na polaryzację aktywacyjną i polaryzację stężniową. Polaryzacja aktywacyjna dotyczy procsu lktrochmiczngo, który jst wywołany przz rakcję chmiczną zachodzącą pomiędzy lktrolitm a mtalm. Moż to zilustrować atom wodoru podczas rakcji korozji, cynku w środowisku kwasu. Na rysunku poniżj przdstawiono niktór możliw tapy rdukcji wodoru na powirzchni cynku. 2 1 H 3 H

8 W tapi 1 jon wodoru zbliża się do powirzchni, w tapi 2 jon absorbuj lktrony. To tutaj tchnologia Hydropath wprowadza zakłócni procsu, odsuwając lktrony do wnętrza rury. Bz działania sił pola jak pokazano to w tapi 3, mamy dwa atomy wodoru, któr następni łączą się, tworząc pęchrzyk wodoru (tap 4). Jżli lktrony zostaną wyliminowan po pirwszym kroku ni nastąpi krok 2, czyli nastąpi zakłócni rakcji przz ukirunkowan działani pola lktromagntyczngo. Polaryzacja stężniowa odnosi się do rakcji lktrochmicznych, na któr ma wpływ dyfuzja lktrolitu. Forcs xrtd by HydroFLOW Dif f usion f orc Powyżj mamy przykład w którym jony wodorow przsuwan są W wyniku działania sił dyfuzji w okolic ściany rury co bzpośrdnio wpływa na możliwość zwiększnia szybkości zachodznia procsu rdukcji. Przciwni do sił dyfuzji działają siły pola Hydropath a kidy siła dyfuzji jst równoważona przz siłę wywiraną przz pol lktromagntyczn rdukcja jst ograniczana lub spada. Nalży zauważyć, ż w tym przypadku procs rdukcji jst stymulowany i kontrolowany przz procsy zachodząc w roztworz, a ni na powirzchni mtalu. Wpływ na jony przz pol Hydropath jst mnijszy niż na lktrony, z względu na dużą różnicę w masi, al jst wystarczający by przzwyciężyć siły dyfuzji wpływając na możliwość przyspisznia rakcji korozyjnj. Polaryzacja aktywacyjna jst zwykl czynnikim dcydującym o przbigu korozji w środowisku zawirającym wysoki stężni aktywngo związku (np. stężon kwasy). Polaryzacja stężniowa pojawia się, gdy stężni jonów jst mał (np. rozcińczony kwas, roztwory gazow). W większości występujących przypadków korozji lktrolitycznj stężnia są niwilki i mamy do czyninia z polaryzacją stężniową. 8

9 Solution oxidizing powr (lctrod potntial) activ passiv Tanspassiv Pasywacja Pasywacja odnosi się do utraty raktywności chmicznj przz niktór mtal i ich stopy w okrślonych warunkach środowiskowych. Mtal stają się zasadniczo obojętn i zachowują tak, jakby były mtalami szlachtnymi typu platyna i złoto. Mtal w najwyższym stopniu podlgając takim zjawiskom to żlazo, nikil, krzm, chrom i aluminium. W okrślonych warunkach taki mtal jak cynk, kadm, cyna i tor równiż wykazują podobn właściwości. Pasywacja to charaktrystyczn zachowani mtali, któr wykazują tn fkt w trakci polaryzacji anodowj przy którj w pwnym zakrsi procs anodowj jonizacji ustaj. Effct of HydroFLO A Corrosion rat Rysunk powyżj przdstawia krzywą pasywacyjną dla typowgo mtalu (czrwona krzywa). Obszar pirwszy przbigu krzywj jst nazywany aktywnym, obszar drugi pasywnym a trzci transpasywnym. W obszarz pasywnym korozyjność mtali radykalni zmnijsza się. Pod wpływm koncntryczngo pola tchnologii Hydropath następuj przsunięci krzywj pasywacyjnj (zilona krzywa). Widać tutaj, ż następuj przjści mtalu do obszaru pasywngo o niwilkim poziomi korozyjności pomimo wzrostu potncjału utlniania. Poza początkowym niwilkim wzrostm korozyjności mtal pozostaj w obszarz pasywnym aż do momntu gdy siły utlniając pokonają działani sił pola lktromagntyczngo. Poprzz zwiększni siły pola lktromagntyczngo moż kontrolować punkt przjścia do stanu transpasywngo. 9