Kaip dangos storis veikia žalvarinių kabelių movų atsparumą korozijai?

Įvadas

Žalvarinės kabelių movos per anksti sugenda korozinėje aplinkoje, kai dėl nepakankamo padengimo storio drėgmė ir cheminės medžiagos prasiskverbia pro apsaugines dangas, todėl Dezincifikacija¹, įtempto korozinio įtrūkimo²ir katastrofiški sandariklių gedimai, dėl kurių per kelis mėnesius nuo įrengimo gali būti pažeistos visos elektros sistemos.

10-25 mikronų storio nikelio dangos storis užtikrina optimalią žalvarinių kabelių riebokšlių apsaugą nuo korozijos: 10 mikronų storio danga tinka naudoti patalpose, 15 mikronų - standartinėje jūrinėje aplinkoje, o 25 mikronų storio danga - esant stipriam cheminių medžiagų poveikiui, todėl, palyginti su nepadengtais žalvariniais komponentais, užtikrinamas 5-10 kartų ilgesnis tarnavimo laikas.

Dešimtmetį tyrinėjęs ankstyvus žalvarinių kabelių riebokšlių gedimus įvairiose pramonės šakose, pradedant naftos platformomis jūroje ir baigiant chemijos perdirbimo gamyklomis, supratau, kad padengimo storis nėra vien tik paviršiaus apsauga - tai ilgalaikio patikimumo užtikrinimas vis labiau korozinėje darbo aplinkoje, kurioje gedimas nėra išeitis.

Turinys

• Kas sukelia žalvarinių kabelių movų koroziją?
• Kaip dangos storis veikia apsaugą nuo korozijos?
• Kurios padengimo medžiagos yra atspariausios korozijai?
• Kokie yra optimalūs padengimo storio reikalavimai skirtingose aplinkose?
• Kaip galima išbandyti ir patikrinti padengimo kokybę?
• DUK apie žalvarinių kabelių riebokšlių dengimą ir koroziją

Kas sukelia žalvarinių kabelių movų koroziją?

Norint pasirinkti tinkamas padengimo specifikacijas ir storio reikalavimus, labai svarbu suprasti korozijos mechanizmus.

Žalvariniai kabelių riebokšliai nukenčia nuo dezinfekavimo, galvaninė korozija³, ir įtempto korozinio įtrūkimo, veikiant drėgmei, chloridams ir rūgštinei aplinkai, o korozijos greitis eksponentiškai spartėja, kai temperatūra viršija 40 °C ir druskos koncentracija 3,5%, todėl apsauginis padengimas yra labai svarbus eksploatavimo trukmei pailginti.

Pirminiai korozijos mechanizmai

Dezincifikacijos procesas:

• Selektyvus cinko išplovimas iš žalvario lydinio
• Palieka akytų vario turtingų likučių
• Smarkiai sumažėja mechaninis atsparumas
• Sudaro sąlygas tolesnei korozijai

Galvaninė korozija:

• Atsiranda, kai žalvaris liečiasi su nepanašiais metalais
• Pagreitėja, kai yra elektrolitų
• Daugumoje porų žalvaris veikia kaip anodas
• Greitis priklauso nuo ploto santykio ir laidumo

Dirbau su Henriku, techninės priežiūros vadovu Šiaurės jūros naftos platformoje prie Norvegijos krantų, kur dėl stipraus jūros poveikio per 18 mėnesių sugedo nepadengti žalvariniai kabelių riebokšliai. Druskos purslų, temperatūrų kaitos ir vandenilio sulfido derinys sukūrė puikią audrą pagreitintai korozijai.

Aplinkos veiksniai

Chlorido poveikis:

• Jūros vandenyje yra 19 000 ppm chloridų
• Pramoninė aplinka: 10-1000 ppm
• Spartina visus korozijos mechanizmus
• Prasiskverbia pro dangos defektus

Temperatūros poveikis:

• Korozijos greitis padvigubėja kas 10 °C
• Šiluminis ciklas sukuria įtempių koncentraciją
• Plėtimosi ir (arba) susitraukimo metu pažeidžiamos dangos
• Aukšta temperatūra mažina dangos sukibimą

pH sąlygos:

• Rūgšti aplinka (pH < 7) pagreitina puolimą
• Šarminės sąlygos gali sukelti įtrūkimus
• Neutralus pH su chloridais vis dar kelia problemų
• Buferinė talpa turi įtakos korozijos greičiui

Henriko platformai reikėjo išsamaus metodo, derinančio optimalų padengimo storį ir aplinkos sandarinimą, kad būtų užtikrintas patikimas ilgalaikis veikimas atšiaurioje jūrinėje aplinkoje.

Gedimo režimo analizė

Dangų suskirstymas:

• Susidariusios skylutės leidžia prasiskverbti elektrolitui
• Dangos atsisluoksniavimas atidengia pagrindą
• defektų vietose susidaro galvaniniai elementai
• Lokalizuota korozija pagreitina gedimą

Mechaninis irimas:

• Sriegio sukibimo praradimas dėl korozijos
• Sandariklio suspaudimo sumažėjimas dėl medžiagos praradimo
• Matmenų pokyčiai turi įtakos kabelio sukibimui
• Pažeistas struktūrinis vientisumas

Poveikis veikimui:

• IP klasės pablogėjimas dėl sandariklio gedimo
• Elektros tęstinumo praradimas EMC taikymuose
• Kabelio sulaikymo jėgos sumažinimas
• Galimas visiškas surinkimo gedimas

Kaip dangos storis veikia apsaugą nuo korozijos?

Nuo dangos storio tiesiogiai priklauso žalvarinių kabelių įvorių apsauga ir tarnavimo laikas korozinėje aplinkoje.

Dangos storis užtikrina barjerinę apsaugą, proporcingą dangos gyliui: kiekvienas 5 mikronų storio nikelio sluoksnis pailgina tarnavimo laiką 2-3 metais jūrinėje aplinkoje, o nepakankamas mažesnio nei 8 mikronų storio sluoksnis leidžia greitai įsiskverbti ir pažeisti pagrindą per 6-12 mėnesių.

Storio ir našumo santykis

Apsaugos nuo barjerų mechanizmas:

• Fizinis barjeras apsaugo nuo kontakto su elektrolitu
• Storis lemia įsiskverbimo laiką
• Defektų tankis atvirkščiai proporcingas storiui
• Vienoda aprėptis labai svarbi veiksmingumui

Eksploatavimo trukmės koreliacija:

Ekonominis optimizavimas:

• Pradinė kaina didėja tiesiškai, priklausomai nuo storio
• Eksponentiškai ilgėja tarnavimo laikas
• Optimalus storis suderina sąnaudas ir našumą
• Pakeitimo išlaidos dažnai viršija padengimo priemokas

Dangos vientisumo veiksniai

Prisimenu darbą su Fatima, kuri vadovauja naftos chemijos gamyklai Džubajle, Saudo Arabijoje, kur dėl aukštos temperatūros vandenilio sulfido poveikio sparčiai trūkinėjo standartinių dengtų kabelių riebokšlių danga.

Sukibimo reikalavimai:

• Svarbus tinkamas paviršiaus paruošimas
• Pagrindo švarumas turi įtakos sukibimo stiprumui
• Tarpiniai sluoksniai pagerina sukibimą
• Svarbus šiluminio plėtimosi suderinamumas

Vienodumo aspektai:

• Storio skirtumai turi įtakos vietinei apsaugai
• Sudėtingoms geometrijoms reikia skirti ypatingą dėmesį
• Srovės tankio pasiskirstymas dengimo vonioje
• Maskavimas ir tvirtinimas turi įtakos vienodumui

Kokybės kontrolės priemonės:

• Storio matavimas kritiniuose taškuose
• Adhezijos bandymai pagal ASTM standartus
• Poringumo vertinimo metodai
• Statistinės procesų kontrolės įgyvendinimas

"Fatima" gamykloje reikėjo 20 mikronų nikelio dangos su chromo viršutiniu sluoksniu, kad būtų užtikrintas patikimas veikimas sunkioje cheminėje aplinkoje, o eksploatavimo trukmė pailgėtų nuo 18 mėnesių iki daugiau kaip 8 metų.

Kurios padengimo medžiagos yra atspariausios korozijai?

Skirtingos padengimo medžiagos užtikrina skirtingą žalvarinių kabelių riebokšlių apsaugos nuo korozijos lygį ir ekonomiškumą.

Nikelio danga užtikrina geriausią atsparumo korozijai ir ekonomiškumo pusiausvyrą žalvariniams kabelių riebokšliams, užtikrindama geresnę barjerinę apsaugą, palyginti su cinku (3 kartus geresnė) ir chromu (2 kartus geresnė), o brangiųjų metalų danga užtikrina aukščiausią apsaugą 10 kartų mažesnėmis sąnaudomis kritinėms reikmėms.

Dengimo medžiagų palyginimas

Nikelio danga:

• Puikus atsparumas korozijai
• Geras sukibimas su žalvariniais pagrindais
• Nedidelis išlaidų padidėjimas
• Platus temperatūros diapazonas
• Standartinis pramoninis priėmimas

Chromavimas:

• Ypatingas kietumas ir atsparumas dilimui
• Geras atsparumas cheminėms medžiagoms
• Didesnė kaina nei nikelio
• Galimos aplinkosaugos problemos
• Puikus išvaizdos išlaikymas

Cinko danga:

• Dirbtinės apsaugos mechanizmas
• Pigesnis variantas
• Ribotas tarnavimo laikas jūrinėje aplinkoje
• Tinka naudoti esant švelniam atmosferos poveikiui
• Lengvas apdorojimas ir remontas

Pažangios dengimo sistemos

Daugiasluoksnės dangos:

• Vario smūgis sukibimui
• Apsauginis nikelio barjerinis sluoksnis
• Viršutinis chromo sluoksnis užtikrina ilgaamžiškumą
• Optimizuotas storio pasiskirstymas

Lydinio dangos parinktys:

• Nikelio-fosforo, kad storis būtų vienodas
• Nikelio ir volframo kietumas padidintas
• Cinko ir nikelio atsparumas korozijai
• Individualūs lydiniai konkrečioms aplinkoms

Veikimo charakteristikos:

"Bepto" siūlo daugybę dengimo variantų, atitinkančių jūsų konkrečius aplinkosaugos reikalavimus ir biudžeto apribojimus, užtikrinančių optimalų našumą ir ekonomiškumą.

Kokie yra optimalūs padengimo storio reikalavimai skirtingose aplinkose?

Aplinkos sąlygos diktuoja minimalius padengimo storio reikalavimus, kad būtų užtikrintas patikimas ilgalaikis veikimas.

Patalpose naudojamoms medžiagoms reikia 8-12 mikronų storio nikelio dangos, jūrinėje aplinkoje - 15-20 mikronų, o sunkiam cheminių medžiagų poveikiui - 20-25 mikronų; storis pasirenkamas atsižvelgiant į chloridų koncentraciją, temperatūrą ir reikiamą tarnavimo laiką, kad būtų užtikrinta ekonomiškai efektyvi apsauga.

Specifiniai aplinkos reikalavimai

Patalpose / kontroliuojamoje aplinkoje:

• Temperatūra: 15-35°C
• Drėgmė: 30-70% RH
• Chlorido poveikis: <10 ppm
• Rekomenduojamas storis: 8-12 mikronų
• Numatomas tarnavimo laikas: 15-25 metai

Jūrų ir pakrančių pritaikymas:

• Druskos purslų poveikis
• Temperatūros ciklas: nuo -10 iki +60 °C
• Chlorido koncentracija: 100-19 000 ppm
• Rekomenduojamas storis: 15-20 mikronų
• Numatomas tarnavimo laikas: 10-15 metų

Cheminis apdorojimas:

• Rūgščių ir (arba) šarmų poveikis
• Temperatūra: iki 120 °C
• Įvairios cheminių medžiagų koncentracijos
• Rekomenduojamas storis: 20-25 mikronų
• Numatomas tarnavimo laikas: 8-12 metų

Atrankos metodika

Rizikos vertinimo veiksniai:

• Nesėkmės pasekmių sunkumas
• Priežiūros prieinamumas
• Pakeitimo išlaidų aspektai
• Saugos ir reguliavimo reikalavimai

Ekonominė analizė:

• Pradinė dengimo išlaidų priemoka
• Numatomas eksploatavimo trukmės pailginimas
• Priežiūros ir pakeitimo išlaidos
• Bendros nuosavybės kainos apskaičiavimas

Kokybės specifikacijos:

• Minimalūs storio reikalavimai
• Vienodumo nuokrypiai
• Sukibimo bandymo reikalavimai
• Priėmimo kriterijų apibrėžtis

Dirbau su vėjo jėgainių parko įrengimo prie Škotijos krantų projekto vadovu Džeimsu, kuriam ekstremaliomis jūros sąlygomis reikėjo kruopščiai nurodyti dangos specifikaciją, kad būtų užtikrintas 20 metų eksploatavimo laikas kabelių movoms jūroje.

Džeimso projekte buvo nurodyta 18 mikronų nikelio danga ir griežti kokybės kontrolės reikalavimai, todėl po penkerių eksploatacijos metų atšiaurioje Šiaurės Atlanto vandenyno aplinkoje nebuvo jokių gedimų, susijusių su korozija.

Kaip galima išbandyti ir patikrinti padengimo kokybę?

Atliekant išsamius bandymus užtikrinama, kad dangos storis ir kokybė atitiktų specifikacijos reikalavimus ir užtikrintų patikimą apsaugą nuo korozijos.

ASTM B568⁴ magnetinis storio matavimas ir ASTM B571 sukibimo bandymas leidžia kiekybiškai patikrinti padengimo kokybę, o druskos purškimo bandymas per ASTM B117⁵ atsparumo korozijai patvirtinimas 96-1000 valandų, priklausomai nuo eksploatavimo reikalavimų.

Storio matavimo metodai

Magnetinės indukcijos bandymai:

• Neardomasis matavimas
• Tinka nikeliuoti žalvarį
• Pasiekiamas ±1 mikrono tikslumas
• Greito gamybos testavimo galimybės

Sūkurinių srovių bandymai:

• Nemagnetinės dangos ant laidžiųjų substratų
• Gerai tinka sudėtingoms geometrijoms
• Tikslumui užtikrinti labai svarbus kalibravimas
• Galimybė naudotis nešiojamaisiais prietaisais

Mikroskopinis skerspjūvis:

• Destruktyvus, bet labai tikslus
• Atskleidžia dangos struktūrą ir tolygumą
• Nustato sąsajos kokybę
• Reikalinga specifikacijų patikrai

Kokybės tikrinimo protokolai

Sukibimo bandymas:

• Lenkimo bandymas pagal ASTM B571 standartą
• Terminio šoko įvertinimas
• Dangos vientisumo juostos bandymas
• Įbrėžimo bandymas sukibimo stiprumui nustatyti

Korozijos bandymai:

• Druskos purškimas pagal ASTM B117
• Ciklinis korozijos bandymas
• Elektrocheminis vertinimas
• Pagreitinto senėjimo protokolai

Statistinė atranka:

• Gamybos partijos tikrinimas
• Dėmesys kritiniam matmeniui
• Statistinė procesų kontrolė
• Tiekėjų kvalifikacijos reikalavimai

Gamybos kokybės kontrolė

Gaunamos medžiagos tikrinimas:

• Substrato sudėties analizė
• Paviršiaus paruošimo patvirtinimas
• Švaros vertinimas
• Matmenų tikslumo patikra

Proceso stebėjimas:

• Vonios sudėties kontrolė
• Srovės tankio optimizavimas
• Temperatūros ir laiko stebėjimas
• Storio matavimo dažnis

Galutinis patikrinimas:

• 100% storio tikrinimas kritiniuose taškuose
• Vizualus defektų tikrinimas
• Sukibimo bandymai pagal pavyzdžius
• Dokumentacija ir atsekamumas

"Bepto" kokybės laboratorijoje atliekami išsamūs bandymai, kuriais užtikrinama, kad visi dengti kabelių riebokšliai atitiktų arba viršytų specifikacijų reikalavimus ir būtų dokumentais patvirtintas apsaugos nuo korozijos efektyvumas.

Išvada

Dangos storis yra esminis veiksnys, lemiantis žalvarinių kabelių movų atsparumą korozijai ir tarnavimo laiką sudėtingoje aplinkoje. Nors storesnis padengimas padidina pradinę kainą, dėl eksponentinio ilgaamžiškumo padidėjimo jis yra labai ekonomiškas daugeliui atvejų. Optimalią apsaugą užtikrina 10-25 mikronų storio nikelio danga, kurios storis pasirenkamas atsižvelgiant į aplinkos pavojingumą ir reikiamą tarnavimo laiką. Patalpose galima naudoti 8-12 mikronų, jūrinėje aplinkoje - 15-20 mikronų, o cheminių medžiagų poveikiui užtikrinti reikia 20-25 mikronų, kad būtų užtikrintas patikimas ilgalaikis veikimas. "Bepto" derina plačias bandymų galimybes ir praktinio taikymo patirtį, kad padėtų jums pasirinkti optimalią dangos specifikaciją jūsų žalvarinių kabelių riebokšlių reikalavimams. Atminkite, kad investicija į tinkamą padengimo storį šiandien padeda išvengti brangiai kainuojančių korozijos gedimų ir sistemos prastovų rytoj! 😉

DUK apie žalvarinių kabelių riebokšlių dengimą ir koroziją