1. من وجهة نظر معدنية ، ما هي الآلية الأساسية التي يحقق بها النحاس - سبائك النيكل (مثل 90/10 و 70/30) مقاومتها الاستثنائية لتآكل مياه البحر ، وكيف تؤثر الهندسة التي تشكلت على غطاء الأنبوب هذا؟
إن مقاومة تآكل مياه البحر المتميزة لسبائك Cu - Ni ليست طبقة سلبية مثل أكسيد الكروم من الفولاذ المقاوم للصدأ ، بل هو فيلم سطح واقعي يتشكل ويتجدد من خلال عملية ديناميكية. العنصر الرئيسي هو النيكل ، الذي يعدل السلوك الكهروكيميائي للنحاس.
تتضمن الآلية تشكيل فيلم أكسيد رفيع ، ملتصق ، ومعقد يتكون في المقام الأول من أكسيد الكبش (Cu₂o) ، مع أكسيد النيكل (NIO) ومركبات الحديد المدمجة فيه. يتم تشكيل هذا الفيلم واستقرته بواسطة الأكسجين المذاب في مياه البحر نفسها. محتوى النيكل أمر بالغ الأهمية. إنه يعزز استقرار الفيلم ، مما يجعله أكثر مقاومة للأضرار الميكانيكية (التآكل) وتحسين قدرته الذاتية - على الشفاء إذا تم خدشها أو تلفها.
تعد الهندسة المكونة لغطاء الأنابيب أمرًا بالغ الأهمية في الحفاظ على هذه الطبقة الواقية. على عكس فارغة ملحومة ، لا يحتوي الغطاء المتشكل بسلاسة على اللحامات الداخلية أو الشقوق أو الحرارة - المناطق المتأثرة (HAZ) التي يمكن أن تعطل توحيد هذا الفيلم. ومع ذلك ، يجب التحكم في عملية التشكيل نفسها.
مناطق الركود: يمكن أن يخلق المناطق الداخلية المقعرة من الغطاء من الناحية النظرية منطقة راكدة حيث قد لا يتشكل الفيلم الواقي بشكل قوي بسبب انخفاض تدفق المياه. في الممارسة العملية ، يتم تخفيف هذا من خلال التسامح المتأصل للسبائك والتشغيل المناسبة للتكليف والتكليف.
تصلب العمل: تعمل عملية تكوين البرد الشديدة على تصلب المادة ، والتي يمكن أن تغير خصائصها الكهروكيميائية. هذا هو السبب في أن CAPS هي الإجهاد في وقت لاحق - الإغاثة الصلب. لا يقلل هذا المعالجة الحرارية من الضغوط المتبقية التي يمكن أن تسهم في تكسير تآكل الإجهاد ، بل يضمن أيضًا بنية مجهرية موحدة مثالية لتشكيل الفيلم الواقي ، مما يضمن مقاومة تآكل متسقة عبر المكون بأكمله.
2. في تصميم السفن وتصميم المنصة الخارجية ، لماذا يتم تكليف COPPER - خصيصًا لتبريد مياه البحر وأنظمة مياه الإطفاء على بدائل كربونية أرخص أو من الفولاذ المقاوم للصدأ؟
إن تفويض مكونات Cu - هي قرار كلي يعتمد على تكلفة دورة الحياة الكلية ، والموثوقية ، والسلامة ، حيث تفوق تكلفة المواد الأولية من خلال الأداء وتجنب الفشل الكارثي.
مقابل الكربون الصلب: سوف يستسلم الصلب الكربوني للتآكل المعمم بمعدل مرتفع للغاية في مياه البحر. سيتطلب ذلك باهظة الثمن والصيانة - أنظمة الحماية الكاثودية المكثفة والطلاء ، والتي من المستحيل الحفاظ عليها بالكامل على السطح الداخلي للأنابيب. سيكون الفشل سريعًا ولا مفر منه.
مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ (على سبيل المثال ، 316L): الفولاذ المقاوم للصدأ عرضة للغاية للتآكل الموضعي في مياه البحر ، على وجه التحديد:
Crevice Corrosion: تعد الواجهة بين الأنبوب والغطاء ، وخاصة تحت الحشية أو اللحام ، موقعًا مثاليًا لهجوم Crevice ، والذي يمكن أن يثبت المكون بسرعة.
التآكل الحفر: تهاجم كلوريد في مياه البحر الفولاذ المقاوم للصدأ بقوة ، مما يؤدي إلى حفر عميقة.
تتأثر التآكل الميكروبيولوجيًا (MIC): مناطق التدفق الراكدة أو المنخفضة - في أنظمة مياه النيران هي أسباب تربية للبكتيريا التي يمكن أن تسريع التآكل الموضعي بشكل كبير في الفولاذ المقاوم للصدأ.
لماذا cu - ni متفوقة:
مقاومة BioFouling: Cu - Ni Surfaces Leach أيونات النحاس ، والتي تعتبر سامة للكائنات البحرية مثل الطحالب والبرناكل. هذا يمنع الوقود الحيوي الذي يمكن أن يسد شاشات وأنابيب السحب ، وهي ميزة تشغيلية كبيرة.
تشكيل الأفلام الفورية: يتشكل فيلم أكسيد الواقي بسرعة ، مما يوفر الحماية من لحظة الاتصال الأول بمياه البحر.
عمر الخدمة الطويل: تم تصميم أنظمة NI Cu - من أجل حياة السفينة أو النظام الأساسي ({1}} سنوات) مع الحد الأدنى من الصيانة ، ولا توجد طلاء داخلي ، ولا توجد حماية كاثودية مطلوبة. يجب أن يكون غطاء الأنابيب ، كنقطة إنهاء حرجة ، من نفس المادة لضمان سلامة النظام.
3. بالنسبة إلى مصنعة الأنابيب ، ما هي عمليات التكوين والتحكم في الجودة المطلوبة لتصنيع سلامة عالية - ، نحاس سلس - غطاء الأنابيب النيكل؟
يتضمن تصنيع غطاء الأنابيب العالي - تشكيلًا دقيقًا و QC صارم للتأكد من أداءه بشكل متماثل للأنبوب الذي يغلقه.
عملية التشكيل: الطريقة الأكثر شيوعًا لـ Cu - Ni Caps هي الرسم العميق أو الختم من فارغة دائرية مسطحة ("ملف تعريف الارتباط" من مادة اللوحة. يتم فرض الفراغ من خلال لكمة في الموت تحت الضغط العالي ، وتشكيل شكل الغطاء في خطوة واحدة أو عدة خطوات. تزيد عملية العمل الباردة هذه بشكل كبير من صلابة المواد وقوةها مع تقليل ليونةها.
المعالجة الحرارية (الصلب): بعد التشكيل ، يكون الغطاء هو الإجهاد - الإغاثة الصلب. هذه خطوة حرجة. يتضمن تسخين الغطاء إلى درجة حرارة معينة (على سبيل المثال ، 1000 - 1100 درجة f / 540-600 درجة لـ 70/30 Cu-Ni) في فرن من الغلاف الجوي المتحكم فيه لمنع الأكسدة ، والاحتفاظ به ، ثم تبريده. هذه العملية:
يخفف من الضغوط الداخلية الناتجة أثناء التشكيل.
يعيد ليونة ومتانة.
يضمن البنية المجهرية المتجانسة لمقاومة التآكل المثلى.
مراقبة الجودة: تتضمن خطوات QC الرئيسية:
الفحوصات الأبعاد: التحقق من القطر الخارجي ، والسماكة (بشكل خاص في التاج) ، والطول الكلي.
التفتيش السطحي: ضمان أن تكون الأسطح الداخلية والخارجية خالية من الشقوق والقطاعات والحفر والأكسدة المفرطة.
التحقق من المواد: باستخدام PMI (تحديد المواد الإيجابية) عبر مسدس XRF لتأكيد درجة السبائك (على سبيل المثال ، UNS C71500 لـ 70/30).
اختبار الضغط: بينما يتم اختباره في كثير من الأحيان كجزء من النظام الذي تم تجميعه ، يمكن اختبار CAPS من قبل الشركة المصنعة.
4. أثناء تثبيت ولحام COPPER - غطاء الأنابيب النيكل في نظام ، ما هي إجراءات اللحام المحددة وخيارات المعادن الحشو التي يجب اتباعها للحفاظ على مقاومة التآكل؟
يعد اللحام الصحيح ضروريًا لإنشاء مفصل يشبه التآكل - مقاومًا مثل المعدن الأصل.
اختيار المعادن الحشو: الخيار الصحيح أمر بالغ الأهمية لمنع التآكل الجلفاني في منطقة اللحام. لـ 90/10 Cu - Ni (UNS C70600) ، يتم استخدام معدن حشو مع تكوين مماثل ، مثل ERCUNI (الذي يحتوي عادةً على ~ 10 ٪ Ni و ~ 1.5 ٪ Fe). بالنسبة إلى 70/30 Cu - Ni (UNS C71500) ، يلزم حشو النيكل الأعلى مثل ERCUNI30 (30 ٪ NI) لمطابقة خصائص المعدن الأساسي وإمكانات القطب.
عملية اللحام: لحام قوس التنغستن الغاز (GTAW/TIG) هو العملية المفضلة لممرات الجذر والأقطار الصغيرة بسبب التحكم الممتاز ونتائجها النظيفة. يمكن استخدام لحام القوس المعدني المحمي (SMAW) لممرات التعبئة بالأقطاب الكهربائية المناسبة.
ممارسات اللحام الحرجة:
Pre - التنظيف: يجب أن تكون جميع الأسطح خالية من الشحوم والزيت والأكاسيد. فرشاة الفولاذ المقاوم للصدأ مطلوب مباشرة قبل اللحام.
Pre - التدفئة: يتم استخدام حرارة معتدلة قبل- (حوالي 300 درجة f / 150 درجة) لمنع التكسير وضمان الانصهار المناسب ، وخاصة في الأقسام الأكثر سمكا.
تطهير الظهر: استخدام غاز خامل (الأرجون) لحماية الجزء الداخلي من الأنبوب والغطاء من الأكسدة أثناء اللحام أمر إلزامي للغاية. سبائك النحاس عرضة بشكل خاص للأكسدة ، والتي يمكن أن تؤدي إلى اللحامات المعيبة والضعيفة.
حبات Stringer: يساعد استخدام حبات Stringer الضيقة بدلاً من النسيج الواسع على التحكم في مدخلات الحرارة ويقلل من خطر المسامية.
5. ما وراء أنظمة مياه البحر القياسية ، ما هي بعض التطبيقات المتخصصة والمطالبة حيث يتم اختيار النحاس - هي المواد المحددة التي تختارها؟
خصائص Cu - تجعلها مناسبة لعدة تطبيقات متخصصة ولكنها مهمة تتجاوز الخدمة البحرية العامة.
Opershore Oil & GAS: خطوط تدفق متعددة الطبقات: cu - تُستخدم أنابيب Ni أحيانًا كآثار تآكل - في الأنابيب المعقدة والمرنة التي تحمل سوائل المنتج من قاع البحر إلى النظام الأساسي. يجب أن تحافظ CAPS لهذه الأنظمة على نفس النزاهة للتعامل مع الهيدروكربونات ، CO₂ ، وآثار H₂s.
نباتات تحليل المياه: في Multi - فلاش المرحلة (MSF) و multi - مصانع التقطير (MED) ، مقبض أنابيب ومقبض ملحي ساخن. Cu - مقاومة Ni لتوسيع نطاق وتآكل في ارتفاع درجة الحرارة في درجة حرارة المياه المالحة ، مما يجعلها مثالية لأنابيب المبادل الحراري ، وبالتالي للأنابيب المرتبطة بها في هذه الأنظمة.
توليد الطاقة: لمرة واحدة - من خلال أنظمة تبريد مياه البحر في محطات الطاقة الساحلية ، فإن مقاومة الوقود الحيوي لـ Cu - ميزة كبيرة على التيتانيوم أو الصلب الكربوني المطلي ، مما يمنع الانسداد والحفاظ على كفاءة نقل الحرارة. يتم استخدام CAPS في نقاط الاختبار وخطوط الصرف والأنظمة المساعدة.
تطبيقات بحرية عالية-: في الأوعية البحرية واليخوت الفاخرة ، يتم استخدام Cu - Ni ليس فقط للأنظمة الوظيفية ولكن أيضًا لخطوط الصرف الصحي بسبب المتانة ، السطح الداخلي السلس ، ومقاومة السوائل النفايات.
