Metode zaštite od korozije I – projektantske mjere

Predavanje 7

Istraživanja su pokazala da se ¼ šteta od korozije može spriječiti uporabom suvremenih tehnologija.

Zaštita od korozije ne počinje na već gotovom proizvodu nego, već u idejama projektanta.

Spretnost projektanta se očituje u kompromisnom rješenju koje će produžiti vijek trajanja opreme i smanjiti troškove održavanja.

Da bi došlo do korozije mora postojati određena kemijska, mehanička, biološka ili električna pokretačka sila. Neke se mogu izbjeći pravilnim pristupom projektiranju i održavanju, a djelovanje drugih može se umanjiti.

Fizikalni čimbenici

U skupinu fizikalnih čimbenika spadaju: brzina strujanja, svjetlost, temperatura i tlak…

Utjecaj brzine strujanja na brzinu korozije materijala je složen i ovisi o karakteristikama materijala i okolini kojoj je materijal izložen.

Povećavanjem temperature, povećava se brzina gotovo svih kemijskih reakcija, pa tako i korozije.

Kemijski čimbenici

U skupinu kemijskih čimbenika spadaju: vlaga, otopljeni plinovi (O2, SO2, H2S, CO2), sadržaj soli, ravnoteža i topljivost karbonata, pH vrijednost.

Koncentracija otopljenog kisika je temeljni čimbenik korozijske aktivnosti morske vode. Ona ovisi o brzini strujanja i slanosti.

Ravnoteža karbonata u morskoj vodi ima velikog utjecaja na intenzitet korozije, jer moguće taloženje karbonata na katodnim dijelovima površine koja korodira može poslužiti kao izolator od daljnjeg djelovanja agresivnog medija.

Biološki čimbenici

U skupinu bioloških čimbenika spadaju: direktno - djelovanje živih organizama, najčešće iz obraštaja indirektno - njihova potrošnja /proizvodnja kisika/ugljičnog

dioksida.

Većina kovina podložna je obraštanju ovisno o: toplini morske vode i brzini strujanja. U toplim morima, pri maloj brzini, morski organizmi se brzo

prihvaćaju za podlogu.

Električni čimbenici

Od električnih čimbenika najveću pažnju treba posvetiti stvaranju galvanskih struja (nastajanje galvanskih elemenata (anoda i katoda) u prisutnosti elektrolita).

Projektanti se moraju upoznati s uvjetima rada – izraditi prethodne studije.

Nepravilno konstruiranje može uvjetovati: nejednako isparavanje vlage sa pojedinih elemenata, stvaranje mjesta za zadržavanje vlage, povećanje koncentracije elektrolita na pojedinim

dijelovima, nagle promjene temperature na dijelovima konstrukcije

itd.i uzrokovati pojavu korozije.

Bitno da se pri projektiranju uzmu u obzir i mehanička opterećenja i predvidi dubina trošenja.

1. Izbor odgovarajućeg materijala2. Opći principi projektiranja3. Tehnološke mjere - zaštita konstrukcijskih

materijala promjenama okolnosti

1. Izbor odgovarajućeg materijala

Poznavanje svojstava konstrukcijskog materijala vrlo je važno za pravilno projektiranje, a pri tom voditi računa ne samo o ekonomskim faktorima, već i o mehaničkim svojstvima materijala i korozivnim svojstvima.

Grupa A Grupa B Grupa C

ugljični čeliciinox 304(18-8)inox 410(12 Cr)inox 317(16-13-3)legura bakar-nikalsilicijska broncaaluminijska broncamonelsivi livaluminij 3S

inox 347 ili 321inox 430 (16 Cr)inox (27 Cr)hasteloj Bbakarolovoinconelnikalpolivinil-kloridkaučuk

titan-srebrotantalzlatoplatinaorganske prevlakeporculangrafitugljiksilicijski liv 14%jako legirani nerđajući čelici

Podjela materijala otpornih na koroziju Grupu A sačinjavaju jeftini materijali, koji se dobiju na tržištu i lako se obrađuju. Grupa B obuhvaća materijale koji su skuplji i teže se obrađuju, a nalaze se na tržištu. Grupa C sadrži relativno rijetke i skupe materijale, koji se teško obrađuju.

Prije svega treba izbjegavati kontakt metala s velikom međusobnom razlikom potencijala, npr. anodnog cinka, aluminija i ugljičnog čelika s katodnim bakrom, mjedi i nerđajućim čelikom.

Ako je takav kontakt neizbježan, tada treba birati katodne metale koji imaju visok prenapon ili anodne metale koji se pod istim okolnostima pasiviziraju.

Često se ne mogu odabrati povoljne kombinacije metala, pa se u takvim slučajevima velike površine (npr. lima), koje su izložene djelovanju agresivnih elektrolita, izvode od anodnog materijala, a manje izložene (npr. zakovice) od katodnog materijala.

U slučajevima kada je kombinacija metala nepovoljna korozija se može spriječiti prekidom strujnog kruga pomoću izolatora između oba metala.

2. Opći principi projektiranja

Oblik konstrukcije utiče na vrijeme trajanja zaštite od korozije.

Konstrukcije trebaju biti što jednostavnije bez oštrih kutova, pukotina, udubljenja, a zavarena mjesta zaglađena.

Treba izbjegavati dinamička opterećenja materijala kao i temperaturne promjene, pogotovu ako se kombiniraju metali s vrlo različitim koeficijentima toplinske dilatacije.

Dijelovi postrojenja moraju biti tako postavljeni da su pristupačni i vidljivi kako bi se olakšao njihov nadzor i održavanje.

Prilikom izrade spremnika uzima se, zbog pritisaka i korozije, veća debljina stjenke nego što to proračun pokazuje (predimnzoniranje), što može kotlu produžiti vijek trajanja.

Otvori za ispuštanje tekućine iz raznih spremnika moraju imati takav oblik da omogućuju potpuno pražnjenje, jer preostala tekućina može prouzrokovati koroziju. Mjesta dotoka i sužavanja moraju biti pravilno izvedena kako bi se izbjegla erozija i kavitacija.

Poliranjem površine metala postiže se smanjenje hrapavost metala, što smanjuje korozija. U svrhu stvaranja premaza i prevlaka ravnomjernije debljine prije premazivanja se oštri rubovi na predmetima zaobljuju, a pregibi ublažavaju.

Spajanje metala povoljnije je izvesti zavarivanjem nego zakivanjem, jer postoji opasnost korozije u procjepima i kaustičke krhkosti. Zavarivanje treba izvesti pažljivo da ne bi nastale površinske promjene materijala, na kojima može doći do selektivne korozije (npr. prilikom zavarivanja nerđajućih čelika, legura bakra i aluminija).

3. Tehnološke mjere - zaštita konstrukcijskih materijala promjenama okolnosti

Provodi se mijenjanjem vanjskih uzročnika procesa korozije:A. uklanjanjem i/ili smanjenjem korozivnog sastojka iz medija,B. promjenama fizikalnih veličina kao što su temperatura, relativna brzina gibanja između materijala i medija, elektrodni potencijal i mehanička naprezanja,C. potpunom zamjenom medija,D. upotrebom inhibitora.

A. Uklanjanje i/ili smanjenje koncentracije korozivnih sastojaka iz medija

Najvažniji korozivni sastojci vlažnog zraka su: vodena para, kisik i oksidi nemetala (npr. CO2, SOx i NOx).

U pogonima u kojima se razvijaju kisele pare najvažniji je način zaštite od korozije ventilacija (kroz otopinu NaOH).

Uklanjanje vlage često se koristi za zaštitu od korozije jer bez vlage u zraku ne može nastati elektrolit.

Tako se npr. privremena zaštita (konzervacija) metala pri skladištenju provodi pakiranjem u što nepropusnije omote, što se obično kombinira s postupcima sušenja zraka unutar omota dodavanjem sredstava za upijanje vlage.

PakiranjeKao zaštitni omoti koriste se impregnirani papiri, platna, folije

plastičnih masa, metalne folije i sl. Zaštitni papiri dobiju se impregniranjem pomoću ulja, masti,

parafina, voskova, bitumena i sintetskih smola.Kao zaštitni omoti iz plastičnih masa upotrebljavaju se: Polivinil – kloridne folije debele su više od 0,3 mm i polietilenske

folije debele 0,1 – 0,3 mm, koje su potpuno nepropusne na vodu i vodenu paru. Sastavljaju se ljepljenjem ili varenjem.

Aluminijske folije debljine 0,08 – 0,1 mm je potpuno nepropusna na vodu i vlagu, a uz to štiti čelik jer je prema njemu anodan.

Jedan od postupaka zove se kokuniziranje - predmeti se oblože trakama od staklene tkanine, a zatim se štrca smjesa PVC i polivinil-acetata. Vlaga se odstranjuje tako da se ostavi otvor u koji se stavi sredstvo za sušenje zraka i indikator vlažnosti. Ovo je skupo i primjenjuje se samo za dugotrajnu zaštitu.

.

Korozivnost vodenih otopina moguće je smanjiti svrhovitim promjenama koncentracije njihovih sastojaka.

Uklanjanje kisika iz vode mehaničkim načinom zove se deaeracija ili degazacija, a obavlja se grijanjem ili sniženjem parcijalnog tlaka kisika.

Za male niskotlačne kotlove upotrebljavaju se jednostavni grijači s oduškom, koji se izvode kaskadno, a zagrijavaju se direktnom parom. Veliki visokotlačni kotlovi imaju kaskadne deareatore koji rade s hladnom vodom uz visoki vakuum.

Uklanjanje kisika kemijskim postupkom zove se deaktivacija. Najbolji deaktivator je hidrazin, koji se najviše i primjenjuje.

N2H4 + O2 → 2H2O + N2

Hidrazin djeluje i kao inhibitor pa štiti materijal od korozije. Naime, hidrazin ima vrelište iznad vrelišta vode, pa se skuplja u parnoj zoni kotla i djeluje alkalno

Kako je čisti hidrazin lako zapaljiv, u trgovine dolazi razrijeđen kao hidrazinhidrat (N2H4 *H2O).

Hidrazinhidrat se može dodavati na svakom mjestu kružnog toka vode i pare, a zbog svog inhibitorskog djelovanja služi i za mokro konzerviranje kotlova izvan pogona - sistem se napuni slatkom vodom koja sadrži hidrazin.

Metoda neutralizacije primjenjuje se u uređajima za za grijanje/hlađenje vodom, te u uređajima za pripremu napojne vode za kotlovska postrojenja.

Kisele se otopine neutraliziraju vapnenim mlijekom, otopinom NaOH i plinovitim/u vodi otopljenim amonijakom.

Lužnate se otopine većinom neutraliziraju razrijeđenom H2SO4, čime se smanjuje korozivnost prema Al i drugim amfoternim metalima.

Za čelik je optimalna pH vrijednost oko 9,5, a za aluminij oko 7.

B. Promjene fizikalnih veličina

Obuhvaća izmjenu tehnoloških postupaka, naročito onih koji se vrše pri visokoj temperaturi i pritisku.

Hlađenjem se smanjuje korozija, pa se ukapljivanje raznih plinova postiže uz hlađenje pri manjim tlakovima. Tako se umjesto autogenog zavarivanja prešlo na električno ili točkasto da se zagrije što manja površina metala.

Nekad je potrebno zagrijavanje – u kiselim sredinama zbog izbjegavanja niskotemperaturne korozije. Neki brzohodni motori zahtijevaju ugrijano ulje, vodu, pa čak i prostoriju u kojoj se nalaze prilikom puštanja u rad. Najnepovoljniji rad motora je "stop and go" u gradskom prometu.

Smanjenjem brzine protoka sprečava se turbulencija, erozija, kavitacija i korozija, osim za nehrđajuće čelike kojima smeta sredina koja stagnira. Optimalna brzina cirkulacije je 1.2 m/s.

C. Potpuna zamjena medija – zaštitne atmosfere (inertiranje)

Zaštitne atmosfere najčešće se koriste pri toplinskoj obradi metala.

Ako se radi o niskougljičnom čeliku zbog izbjegavanja nepoželjnog naugljičenja, primjenjuje N2 ili plemeniti (inertni) plinovi, kao argon ili helij. Oni omogućuju kvalitetno zavarivanje električnim lukom (TIG i MIG postupak).

U cirkulacijskim sustavima za izmjenu topline metali se zaštićuju od korozije zamjenom vode kao protočnog fluida mineralnim uljima i drugim organskim tekućinama (npr. smjesom difenila i difeniloksida, zvanom Dowtherm A).

D. Upotreba inhibitora

Inhibitori su tvari koje već u vrlo maloj količini smanjuju brzinu korozije. Da bi inhibitor bio djelotvoran mora biti prisutan u odgovarajućoj količini.

Fizikalni blokiraju mjesta na površini metala, a da ne izazivaju na njoj nikakve promjene.

Kemijski: Pasivizatori ili anodni inhibitori - anorganski anioni nitrita,

kromata i sl. stvaraju na metalnoj površini tanak zaštitni sloj; Katodni inhibitori - fosfati, arsenati, molibdati, kalcijev

karbonat i kalcijen sulfat - na metalnoj površini stvaraju deblje zaštitne slojeve.

Elektrokemijski inhibitori - živa, arsen i antimon – rijetko se primjenjuju.

Destimulatori - inhibitori koji uklanjaju iz agresivnog medija tvari koje ubrzavaju koroziju.

Primjeri inhibitora:Desikanti su higroskopne tvari koje navlače vlagu. Najviše

upotrebljava silikagel - specijalni silicijev dioksid spužvaste strukture kojemu se dodaje indikator vlažnosti - kobaltne soli koje daju suhom silikagelu plavu boju, a vlažnom smeđe-ljubičastu. Vlažni silikagel se može regenerirati zagrijavanjem na 150C.

Inhibitori u parnoj fazi su organski spojevi koji su na sobnoj temperaturi u krutom stanju, ali zbog visoke tenzije para sublimiraju tako da njihove pare smanjuju agresivnost atmosfere. Najvažniji inhibitor u parnoj fazi je di-ciklo-heksil-amonijev nitrat, a radi na principu da se pare apsorbiraju na površini vlažnog predmeta i pri tome daju dušičnu kiselinu, koja pasivizirajuće. Na taj način zaštićuje se čelik, nikal, krom, kobalt, čisti aluminij.

Uputstva za pogonsko održavanje

Prilikom projektiranja moraju se izraditi upustva (za pogonsko održavanje):

• o svim slabim mjestima,• o ograničenjima upotrebe određenog materijala, • o mjerama opreza kako ne bi došlo do lokalnih

pregrijavanja,...• o čišćenju dijelova opreme za vrijeme zastoja u proizvodnji

itd.• o vremenskim intervalima periodičnih pregleda i kontroli

debljine metala,• o načinu demontiranja pojedinih dijelova opreme i instalacija.

Metalna površina mora se čistiti od korozivnih produkata, raznih taloga, prašine i sl., jer hrđa i prašina znatno ubrzavaju koroziju.

Pitanja za ponavljanje

1. Kako izbor materijala utječe na koroziju? Kako su svrstani materijali prema otpornosti na koroziji, cijeni i dostupnosti na tržištu (koliko kategorija)?

2. Kako se provodi zaštita od korozije oblikovanjem konstrukcije?

3. Zbog čega se primjenjuje predimenzioniranje konstrukcija? 4. Kako možemo smanjiti sklonost koroziji veličinom anode i

katode?5. Kako poliranje utječe na zaštitu od korozije? 6. Koja se brzina strujanja smatra optimalnom u zaštiti od

korozije i zašto? 7. Kako hlađenje i zagrijavanje utječu na zaštitu od korozije?8. Što su inhibitori? Kako ih dijelimo? 9. Kakove vrste ambalaža poznajete? Kako se vrši uklanjanje

vlage iz ambalaže?10. Što je neutralizacija i kojim se tvarima provodi?11. Kako se provodi otklanjanje kisika iz tekućina? Kako se

provode postupci deaeracije i deaktivacije?12. Što je hidrazin? Zašto na tržošte dolazi u obliku

hidrazinhidrata?

Vrsta korozije

Uređaj Korozivni agens

Upotrijebljeni

materijal

Zaštitno sredstvo

JednoličnaTočkasta

Inter-granularna

Napon

Kavitacijska

Erozijska

Galvanska

Čistači plinovaCijevi kondenzatoraČistači u kolonama

Rekuperatori fenolaCentrifugalne crpkeCjevovodi

Slavine

HS2O4 (pH 3)NH4Cl iz katranaH2SO4-HCN

NaOH

Vrući katran

Katranske pare

H2SO4 katranske baze

ČelikČelik 18-8

Zavareni čelik 18-10-2

Vareni čelik

Lijevani čelik sa 13% CrČelik

Čelik 18-8 u kontaktu sa Pb

InhibitorČelik 18-10-2

Dekarbonizacija/termička obradaObrada napuštanjemAustenitni čelik

Legirani čelik/livElektrična izolacija

Neka zaštitna sredstva protiv djelovanja korozivnih agensana upotrebljenom materijalu

Vrsta korozije

Uređaj Korozivni agens

Upotrijebljeni

materijal

Zaštitno sredstvo

Zamor

Kisik

TemperaturaKrhkost

Elektroliza

Cijevi u ložištu

Kondenzatori plinovaCijevni kotloviKanalizacija

Podzemni cjevovodi

Voda

Voda

VodaH2S

Lutajuće struje

Čelik

Čelik

ČelikZavarenBesamerov čelik Bakar

Vatrostalna oblogaObrada vode

Čelik+4-6 % CrMartinov čelikbez zavarivanjaAnode od Mg

Metal Kemijski agensi

Aluminij

Bakar

Bakar-nikal

Cink

Čelici

Nerđajući čeliciFosforna bronza

Rastopljeni kalcij-klorid, vruća klorirana otapala, kromna kiselina, vlažni sumpor-dioksid, vlažni klor, sumporna kiselina koncentracije > 15%

Vlažni plinovi, amonijak, klor i sumporo-vodik, sumporna kiselina koncentracije veće od 60%

Vlažni plinovi, amonijak, sumporo-vodik i sumpor-dioksid

Koncentrirana sredstva za močenje, morska atmosfera, kalcij-hidroksid pri pH>12.5

Kalcij-klorid, klorirana otapala i vlažan klor, fluorovodična kiselina koncentracije ispod 70%, sumporovodik, magnezij-klorid, magnezij-sulfat i natrij-karbonat, vruće otopine kalij-hidroksida, vruće koncentrirane otopine natrij-hidroksida, natrij-nitrat, sumpor-dioksid i cink-sulfat

Sva klorirana otapala u prisustvu klorovodične kiseline

Vlažni plinovi: amonijak, klor i sumporovodik

Grupa metala ograničene ili nedozvoljene primjene u izvjesnim kemijskim sredinama

Metal Kemijski agensiHastelloyKositar

Lijevano željezoMesing i bronzaOlovo

Klor sa isključenjem hastelojaVruća octena kiselina, amonijak sa isključenjem vrlo niskih i vrlo visokih koncentracija, limunska kiselina, mravlja kiselina u prisustvu kisika, razblažene i koncentrirane otopine klorovodične kiseline, vruće koncentrirane otopine kalij-karbonatanatrij-klorid, naročito vruće otopine, razblažene otopine natrij-nitrata, sumpor-dioksid, naročito pri visokoj koncentraciji, razblažene i koncentrirane otopine sumporne kiseline, cink-kloridRazblažena octena kiselina, vrući koncentrirani kalcij-hidroksid, razblažene masne kiseline, sumporna kiselina koncentracije manje od 60%Vlažni plinovi: amonijak, klor i sumporovodik

Ocatna kiselina, posebno vruća, rastopljeni kalcij-klorid, vlažan klor, masne kiseline, razblažena klorovodična kiselina, vlažan sumporo-vodik, fosforna kiselina koncentracije iznad 80%, koncentrirani rastvori kalij-karbonata, kalij-hidroksid

Metal Kemijski agensiOlovo

Nikal

Nikal-krom

Titan

Octena kiselina, posebno vruća, rastopljeni kalcij-klorid, vlažan klor, masne kiseline, razblažena klorovodična kiselina, vlažan sumporo-vodik, fosforna kiselina koncentracije iznad 80%, koncentrirani rastvori kalij-karbonata, kalij-hidroksidOctena kiselina, vlažan klor, klorovodična kiselina sa isključenjem određenih koncentracija u nekom intervalu temperature, vruća fluorovodična kiselina, vrući koncentrirani rastvori fosforne kiseline, vlažan sumpor-dioksid, razrijeđene i koncentrirane otopine sumporne kiselineVlažni klor, klorovodična kiselina sa isključenjem određenih koncentracija u nekom intervalu temperature, vruća fluorovodična kiselinaKlorovodična kiselina sa isključenjem određenih koncentracija u nekom intervalu temperature