316 स्टेनलेस स्टील शीथ दीवार की मोटाई समुद्री अनुप्रयोगों में इलेक्ट्रोलाइटिक या कैथोडिक संरक्षण सेवा के दौरान हाइड्रोजन उत्सर्जन के जोखिम को कैसे प्रभावित करती है?

समुद्री और अपतटीय इंजीनियरों के लिए ऐसे वातावरण में जहां कैथोडिक सुरक्षा प्रणालियां जैसे जहाज के पतवार, अपतटीय प्लेटफॉर्म और समुद्री जल सेवन संरचनाएं संचालित हो रही हैं, इलेक्ट्रिक इमर्शन हीटर का उपयोग करने वाली विफलता तंत्र को अक्सर अनदेखा कर दिया जाता है, जो 316 स्टेनलेस स्टील शीथ का हाइड्रोजन उत्सर्जन है। कैथोडिक सुरक्षा उपकरण (या तो बलि एनोड या प्रभावित धारा) सुरक्षा प्रक्रिया के उपोत्पाद के रूप में धातु की सतह पर परमाणु हाइड्रोजन बनाते हैं। यह हाइड्रोजन 316 जाली में स्थानांतरित हो सकता है, जहां यह अनाज की सीमाओं और समावेशन पर अलग हो जाता है, लचीलापन कम करता है और तन्य तनाव में टूटने को प्रेरित करता है। म्यान की दीवार की मोटाई हाइड्रोजन सांद्रता की प्रवणता और हाइड्रोजन के आंतरिक सतह तक पहुंचने के समय को निर्धारित करती है। यह लेख 316 शीथ दीवार की मोटाई और हाइड्रोजन के भंगुर होने के जोखिम के बीच मात्रात्मक संबंध प्रस्तुत करता है और कैथोडिक रूप से संरक्षित समुद्री वातावरण में उपयोग के लिए हीटर के चयन के लिए मार्गदर्शन देता है।

316 स्टेनलेस स्टील में हाइड्रोजन प्रवेश और एम्ब्रिटलमेंट तंत्र
जब एक कैथोडिक सुरक्षा प्रणाली परिवेश की तुलना में 316 स्टेनलेस स्टील की सतह को नकारात्मक क्षमता तक ध्रुवीकृत करती है, तो पानी में कमी से परमाणु हाइड्रोजन बनता है: H₂O + e⁻ → H + OH⁻। यह परमाणु हाइड्रोजन या तो आणविक हाइड्रोजन गैस में पुनर्संयोजित हो सकता है या धातु की सतह पर सोख सकता है और जाली में रिस सकता है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में हाइड्रोजन की प्रसार दर फेरिटिक स्टील्स (कमरे के तापमान पर लगभग {{5%) से 10-14 m2/s) की तुलना में अपेक्षाकृत कम है, लेकिन हीटर संचालन के उच्च तापमान पर यह काफी अधिक है। जाली के अंदर, हाइड्रोजन परमाणु उच्च त्रिअक्षीय तनाव वाले स्थानों पर विभाजित होते हैं जैसे कि विकासशील थकान दरार की दरार टिप या गड्ढे के नीचे तन्य क्षेत्र। इन स्थानों पर हाइड्रोजन धातु लिंक की एकजुट ताकत को कम कर देता है और सामग्री की सामान्य उपज शक्ति से काफी कम दबाव पर भंगुर फ्रैक्चर का कारण बनता है। 316 स्टेनलेस स्टील का हाइड्रोजन उत्सर्जन 20 डिग्री और 100 डिग्री के बीच सबसे अधिक स्पष्ट होता है, अधिकतम संवेदनशीलता लगभग 50-80 डिग्री पर होती है। 150 डिग्री से ऊपर हाइड्रोजन फँसने वाली जगहों से बचने के लिए पर्याप्त गतिशील है और इसलिए भंगुरता की संभावना कम हो जाती है। ऊंचे सतह तापमान पर काम करने वाले हीटर शीथ के लिए यदि धातु का तापमान लगभग 120 डिग्री से अधिक हो जाता है तो जोखिम स्वयं सीमित हो सकता है।

दीवार की मोटाई हाइड्रोजन सांद्रता और भंगुरता के जोखिम को कैसे प्रभावित करती है
म्यान में हाइड्रोजन का प्रवाह कैथोडिक सुरक्षा क्षमता और परिवेश चर पर निर्भर है। हाइड्रोजन प्रवाह के लिए प्रेरक शक्ति बाहरी सतह पर हाइड्रोजन सांद्रता है। किसी दी गई हाइड्रोजन सतह सांद्रता के लिए, म्यान की आंतरिक सतह पर स्थिर -राज्य हाइड्रोजन सांद्रता दीवार की मोटाई बढ़ने के साथ तेजी से घट जाती है। हाइड्रोजन सांद्रता प्रोफ़ाइल फ़िक के प्रसार के दूसरे नियम का अनुसरण करती है। 1.0 मिमी से कम पतली दीवार वाली म्यान के लिए, हाइड्रोजन हफ्तों से महीनों में पूरी दीवार की मोटाई से लेकर आंतरिक सतह तक फैल जाएगी जहां एमजीओ इन्सुलेशन और प्रतिरोध तार स्थित हैं। तन्य तनाव आंतरिक सतह पर मौजूद होते हैं, जैसा कि वे संकुचित एमजीओ और थर्मल विस्तार से होते हैं, और हाइड्रोजन भंगुर दरार पैदा कर सकता है। 1.8 मिमी से अधिक मोटाई वाली एक मोटी दीवार वाली म्यान में, आंतरिक सतह पर हाइड्रोजन सांद्रता इस तथ्य के कारण वर्षों तक शून्य के करीब रहती है कि प्रसार का समय मोटाई के वर्ग के साथ होता है। यदि दीवार की मोटाई 1.0 मिमी से बढ़ाकर 2.0 मिमी कर दी जाए, तो हाइड्रोजन को आंतरिक सतह तक पहुंचने में चार गुना अधिक समय लगेगा। 316 झिल्लियों के माध्यम से हाइड्रोजन प्रवेश पर प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि 1.0 मिमी की दीवार के लिए लगभग 90 दिनों के बाद -1.0 वी बनाम एजी/एजीसीएल के कैथोडिक ध्रुवीकरण के साथ आंतरिक सतह एकाग्रता 60 डिग्री पर स्थिर अवस्था मूल्य के 50% तक पहुंच जाती है। 1.6 मिमी की दीवार के लिए 230 दिन लगते हैं . 2.0 मिमी की दीवार के लिए 360 दिन लगते हैं। 2.5 मिमी की दीवार को बनाने में 560 दिन से अधिक का समय लगता है। मोटी दीवारें हाइड्रोजन के आगमन में बड़ी देरी पैदा करती हैं, इसलिए हीटर को भंगुरता की स्थिति उत्पन्न होने से पहले लंबे समय तक संचालित करने की अनुमति मिलती है।

हाइड्रोजन भंगुरता का प्रतिरोध: दहलीज दीवार की मोटाई
Based on diffusion calculations and field experience with cathodically protected marine structures a minimum sheath wall thickness of 1.6 mm of 316 is recommended for heaters operating in situations where cathodic protection is active. Under normal seawater temperatures, hydrogen can penetrate to the inner surface within one year at depths less than 1.6 mm, posing a danger of embrittlement cracking in the inner wall when swaging-induced tensile residual stresses are present. For 2.0 mm and larger, the diffusion delay exceeds two years, a huge safety buffer. But there is the thermal penalty of thick walls--higher surface temperature and restricted heat transfer. Where cathodic protection is available but the heater is intermittent or the surface temperature is high (>120 डिग्री), पतली दीवारें स्वीकार्य हो सकती हैं क्योंकि उच्च तापमान से हाइड्रोजन प्रसार बढ़ता है लेकिन भंगुरता की संवेदनशीलता भी कम हो जाती है। निम्नलिखित तालिका कई प्रकार की कैथोडिक सुरक्षा, ऑपरेटिंग तापमान और अनुमानित सेवा जीवन के लिए दीवार की मोटाई के दिशानिर्देश देती है।

कैथोडिक सुरक्षा का प्रकार, शीथ का ऑपरेटिंग तापमान न्यूनतम अनुशंसित दीवार की मोटाई 316अनुशंसित अधिकतम दीवार की मोटाई 316 डिग्री हाइड्रोजन के भंगुर होने का अनुमानित जोखिम
जिंक या एल्यूमीनियम बलि एनोड<60°C 1.6 mm 2.5 mm Low, thick walls, high <1.2 mm
जिंक या एल्यूमीनियम बलिदान एनोड60 - 100 डिग्री 1.4 मिमी 2.0 मिमी मध्यम; क्रैकिंग की जाँच करें
जिंक या एल्यूमीनियम बलि एनोड 100 डिग्री से अधिक 1.2 मिमी 1.8 मिमी तापमान के साथ कम
प्रभावित धारा (उच्च-क्षमता) 60 डिग्री से कम 2.0 मिमी 2.5 मिमी उच्च खतरा; मिश्र धातु उन्नयन की सलाह दी गई
प्रभावित धारा (उच्च क्षमता) 60 - 100 डिग्री सेल्सियस 1.8 मिमी 2.5 मिमी मध्यम मोटी दीवारें
High potential (impressed current) >100 डिग्री 1.6 मिमी 2.0 मिमी मध्यम, लगातार निरीक्षण
कैथोडिक संरक्षण कोई नहीं, हाइड्रोजन के भंगुर होने का कोई खतरा नहीं 0.8 मिमी कोई भी तापमान 2.5 मिमी
-1.0 वी बनाम एजी/एजीसीएल से अधिक नकारात्मक क्षमता पर काम करने वाली प्रभावित वर्तमान कैथोडिक सुरक्षा प्रणालियों के लिए, हाइड्रोजन निर्माण की दर महत्वपूर्ण है . 316 दीवार की मोटाई की परवाह किए बिना, ऐसी स्थितियों के लिए आमतौर पर स्टेनलेस स्टील का सुझाव नहीं दिया जाता है। कम हाइड्रोजन विसरणशीलता और टाइटेनियम या मिश्र धातु 625 जैसे भंगुरता के प्रति अधिक प्रतिरोध वाले मिश्रधातुओं को निर्दिष्ट करें। टाइटेनियम में, विशेष रूप से, आत्म-सीमित सुरक्षा होती है जिसमें यह एक हाइड्राइड परत उत्पन्न करता है जो वास्तव में अधिक हाइड्रोजन को प्रवेश करने से रोकता है।

हाइड्रोजन उत्सर्जन जोखिम को कम करने के लिए डिज़ाइन संशोधन
यदि 316 शीथ का उपयोग कैथोडिक रूप से संरक्षित समुद्री वातावरण में किया जाना चाहिए और थर्मल सीमाएं दीवार की मोटाई 1.6 मिमी से अधिक बढ़ाने की अनुमति नहीं देती हैं, तो तीन डिज़ाइन परिवर्तन हाइड्रोजन उत्सर्जन के जोखिम को कम कर सकते हैं। सबसे पहले म्यान की बाहरी सतह को अवरोधक परत से कोट करना है। एपॉक्सी, पॉलीयूरेथेन या फ्लोरोपॉलीमर की घनी, दोष मुक्त कोटिंग 10 से 100 के कारक तक हाइड्रोजन प्रवेश को प्रतिबंधित कर सकती है, जिससे प्रसार का समय बढ़ जाता है जैसे कि दीवार काफी मोटी हो। कोटिंग पिनहोल से रहित होनी चाहिए और समुद्री जैव-ईंधन के प्रति प्रतिरोधी होनी चाहिए। दूसरा समायोजन हीटर को 120 डिग्री से अधिक सतह के तापमान पर संचालित करना है, जहां व्यावहारिक हो। इन तापमानों पर फँसने वाले स्थानों से हाइड्रोजन तेजी से अवशोषित हो जाता है और भंगुर होने की संवेदनशीलता बहुत कम हो जाती है। एक हीटर जो हर दिन उच्च तापमान पर चक्र करता है वह कभी भी इतनी हाइड्रोजन का निर्माण नहीं कर सकता है कि दरार पैदा कर सके। तीसरा परिवर्तन कैथोडिक रूप से संरक्षित संरचना से हीटर को विद्युत रूप से इन्सुलेट करना है। म्यान को कैथोडिक सुरक्षा क्षमता से गैर-धातु माउंटिंग फ्लैंज या इन्सुलेट गैसकेट द्वारा संरक्षित किया जाता है। गैल्वेनिक प्रभाव से अभी भी कुछ हाइड्रोजन का निर्माण हो सकता है लेकिन प्रेरक शक्ति बहुत कम है। इंजीनियरों को किसी भी अनुप्रयोग के लिए 316 शीथ निर्दिष्ट करने से पहले संक्षारण विशेषज्ञों से परामर्श करना चाहिए जहां प्रभावित वर्तमान कैथोडिक सुरक्षा मौजूद है। हाइड्रोजन भंगुरता के कारण विफल होने वाली दबावयुक्त प्रणालियाँ भंगुर दरार और थोड़ी पूर्ववर्ती विकृति के साथ अचानक टूट जाती हैं। ये विफलताएँ विनाशकारी हो सकती हैं। महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए, हाइड्रोजन प्रतिरोधी मिश्र धातु का बढ़ा हुआ खर्च अच्छी तरह से खर्च किया गया पैसा है।