A közművek korróziós problémái

1. 2006 A közművek korróziós problémái

2. A korróziós folyamatok kialakulása, az atomszférikus korrózió és az elektrolitokban lejátszódó folyamatok A korrózió valamely anyagnak a környezet hatására, a felületről kiinduló elváltozása, amely kémiai, fizikai-kémiai folyamatok révén megy végbe. Corrosus: (latin) Kiharapott, darabonként megevett… A korróziós károk évente -csak Magyarországon- meghaladják az 50 milliárd forintot!

3. A vízvezeték hálózatok összetétele területi bontásban, 2001. év végén

4. Az év folyamán épített ivóvízvezeték hossza település fajtánként (km) 2001

5. Megszüntetett ivóvízvezeték hossza, csőtörések száma

6. Az elmúlt időszak nagyobb eseményei • Az „egyik” budapesti csőtörés eredménye • Egy „másik” korróziós meghibásodás eredménye… és a többi…és a többi…

7. A korróziós folyamatok kialakulása A fémkorrózió felfogható úgy is, mint a kohászat fordított folyamata. A vizes gyakorlatban alkalmazott fémek legtöbbje a természetben oxidok, sók alakjában található, nem pedig fémes állapotban. Érceikből kohászati úton, energia befektetéssel állítják elő a szerkezeti anyagot. Ez a fémes állapot azonban a korrózív közegben magasabb energiaszintű, így a fém igyekszik visszaalakulni – energia leadás mellett- olyan vegyületekké, amiből előállították. A szerves anyagok (fa, bőr, textíliák, műanyagok, festékbevonatok stb.), sőt a fémek mikroorganizmusok miatt bekövetkező tönkremenetelét is korróziónak tekintjük, ha a folyamat során fizikai-kémiai változások mennek végbe. Így korrózió a rothadás, penészesedés, de nem az pl. a rágcsálók pusztítása.

8. Az atomszférikus korrózió • A levegőben lejátszódó korróziós folyamatok • Befolyásolók: nedvességtartalom, szennyezettség, hőmérséklet, helyszín • Vékony nedvességréteg: 50-70% relatív nedvességtartalomnál már 1-20 molekulányi réteg • Szennyezettség: higroszkópos anyagok, kén-dioxid, hidrogén-szulfid, ammónia, nitrogén dioxid, nátrium-klorid … • Száradási sebesség, harmat lecsapódási hajlam • A kitételi időpont és hely  Rozsda marta, nem ragyog…

9. Kémiai korrózió. Elektrokémiai korrózió. Az elektrolitokban lejátszódó folyamatok A fémion és elektronkilépés térbelileg nem elválasztva, a molekuláris határokon belül, 4Å -nál nem nagyobb távolságban megy végbe. A fémion és elektronkilépés térbelileg elválasztva, 4 Å –nál nagyobb távolságban, olyan külön részreakciókban megy végbe, amelyek egy „feles elem”-ként működve egy másik elektróddal kombinálva áramtermelésre alkalmas helyi elemeket hoznak létre. Az első és másodfajú vezetés jelentősége

10. Átmeneti, oldódási folyamatok Az átmeneti, alaptípusú korrózióban a fémion és az elektron külön-külön részfolyamat keretében lép ki a fémes rácsból, ezért az elsődleges korróziós termékek is különböznek egymástól, (elektrokémiai korrózió), de ez a folyamat térbelileg nincs elválasztva -anód-katód- (kémiai korrózió) Ez a jelenség tulajdonképpen a fémek oldódása savakban és lúgokban. Nincsenek helyi elektródok, nincs meghatározott irányú elektronáramlás a fémben, sem ionvándorlás az elektrolitban.

11. A korrózió jellege A korrózió megjelenési formáin pusztán a fém anyagában okozott elváltozások fajtáit kell érteni, nem pedig azokat a jelenségeket, amelyekről észrevehetővé válik! • Egyenletes korrózió • Lyukkorrózió • Kristályszerkezeti korrózió (kristályközi és szelektív) • Korróziós kifáradás • Egyéb, különleges: hólyagosodás, lemezes, szálas (filiform), grafitosodás, galvánelem-pár képződés, koncentrációs elem kialakulás stb. • Kóboráram korrózió

12. Egyenletes korrózió Egyenletes a korrózió akkor, ha a megtámadott felületen többé-kevésbé egyöntetű elvékonyodást okoz. Atmoszférikus korrózió is lehet egyenletes, bár ez sokszor elszórt, apró bemaródásokkal is párosul.

13. Lyuk korrózió • Pont vagy pitting korrózió:kis átmérő, nagy lyukmélység. Tűszúrás-szerű. • Bemaródásos korrózió: a behatolási mélység kisebb, mint a bemaródás átmérője • Szivacsos korrózió: (kóboráramhatásra alakul ki) szabálytalan alakú, mélyre hatoló járatok.

14. Lyuk korrózió • Pont vagy pitting korrózió:kis átmérő, nagy lyukmélység. Tűszúrás-szerű. • Bemaródásos korrózió: a behatolási mélység kisebb, mint a bemaródás átmérője • Szivacsos korrózió: (kóboráramhatásra alakul ki) szabálytalan alakú, mélyre hatoló járatok.

15. Kristályszerkezeti korrózió • Kristályhatár menti korrózió:a folyamat a szemcsék határa mentén indul meg. • Szelektív korrózió: ha az ötvözetek egyes fázisai vagy alkotói gyorsabban oldódnak mint a többiek.

16. Nem rozsdásodó acélok pitting korróziója • Sósav vagy kloridok jelenlétében lép fel • A legtöbb pitting 4-8 pH között keletkezik. • Erősen savas közegben hidrogénfejlődés közben játszódik le • Erősen lúgos közegben nincs pittingesedés • 90oC környezetében a legerősebb, forrásponton megszűnik.

17. Korróziós kifáradás Ha a fárasztó igénybevétellel egy időben korrózió is hat a fém felületére, ezáltal a kifáradási határ kisebb lesz, korróziós kifáradás következik be. A kristályközi és a feszültségi korrózió együttes hatására keletkező repedések általában kristályközi jellegűek.

18. Hidrogén - ridegedés, korróziós felhólyagosodás • Akkor fordulhat elő, amikor a korróziós folyamat során „ in statu nascendi” hidrogén keletkezik. A bediffundálás eredménye a ridegedés. • Savak kénhidrogén, ammónia korróziós behatása során keletkező atomos hidrogén egy része bediffundál a fémrácsba és a kisebb zárványok mentén hólyagok jönnek létre. Ez akkor alakulhat ki, ha a fém hirtelen hőváltozásnak van kitéve (pl. tűzi-horganyzás)

19. Grafitosodás A grafitosodás az öntöttvas csövek jellegzetes meghibásodása. A folyamat során csak a grafit ill. cementit tűk maradnak a csőfalban. Kiválthatják sóoldatok, gyengén savanyú talajvizek,, gipsztartalmú talajok, ill. az egyen és a váltóáramú kóboráramok hatása.

20. Galván elempár képződés Ha két, különböző mértékben nemes fém korróziós közegben érintkezik egymással, akkor galván-korrózióról, vagy kontaktkorrózióról beszélünk. A párban mindig a kevésbé nemes fém korróziója gyorsul fel, a nemesebbekké meg lelassul.

21. Evans elem • A levegővel jobban érintkező rész épen marad, a levegőtől elzárt korrodálódik. • A jobban levegőző felületnél nemesebb elektrokémiai potenciál alakul ki, ez akár oxidok (Fe2O3) képződését válthatja ki, akár depolarizálhatja a katódos felületrészeket az ott kiváló hidrogénnel való reakció útján

22. Vegyes korróziós hatás talajban A talajban egyszerre van jelen a koncentrációs és a szellőzési korrózió, adódóan a talajok inhomogenitásából.

23. Mikrobiológiai korrózió fémeken A mikrobiológiai korrózió három módon okozhat gondot: • Koncentrációs elemek kialakulása a fémfelület mentén • Agresszív környezet kialakítsa anyagcsere és bomlástermékeik által. • Anódos és katódos depolarizáció Megkülönböztetünk aerob és anaerob baktériumokat.

24. Aerob folyamatok: Aerob baktériumok: oxidáló kénbaktériumok, vasbaktériumok. Kénbaktériumok pl. Thiobacillus Thioparus, Thiobacillus thiooxidans. A vasbaktériumok un. „tuberkulumokat” okoznak: (kialakulásnak kedvez a neutrális pH, 8,5-nél nagyobb pH esetén működésük megszűnik, enyhén savas pH-nál szétesnek, a laza hidratált ferrioxiddal körülvett baktériumfonalak a vízben vörösesbarna zavarosodást idéznek elő.)

25. Anaerob folyamatok SO4-- + 8 H  S-- + 4H2O Mind az acél, mind az öntöttvas szerkezetekre veszélyes. A potenciál-pH diagram mutatja: ha a redoxpotenciál negatív irányba tolódik, a szulfátok mikrobiológiai úton szulfiddá redukálódnak, viszont így a vas jelenléte miatt FeS csapadékot képeznek. A redoxpotenciál pozitív eltolódás a fémszulfidok, ill. a kénhidrogén elemi kénen keresztül szulfáttá redukálódik.

26. A fémek oldódási sebessége m= M.Q/n.F ahol: m = a leválasztott anyag tömege (g) M = az anyag molekulasúlya (g/mól) n = a töltések száma F = 96 500 (C/mól) Q = a cellán átfolyt töltés mennyisége (C).

27. Kóboráram források I. 10-2000A egyenáramú villamos vontatás + Összes felvett áram DC ellátás BKV sínáram talajban folyó áram talajba kilépő áramok csőbe belépő áramok csőből kilépő áramok csőáram csőáram

28. Kóboráramforrások II. szutirázs 1-200A sínpár talajban folyó áram talajban folyó áram acélcső Szutirázs védelem vízvezeték

29. Kóboráramforrások III. Katódállomás 0,1- 40A Katódvédelem vízvezeték acélcső talajban folyó áram talajban folyó áram Anód

30. Kóboráramforrások IV. grafitosodás Vasbeton alaptest, földelő Vasbeton alaptest Öntöttvas vízcső korróziós cella képződés 0,1 - 50 A

31. Veszélyességi sorrend 1A áram, 1 év alatt, cca. 9 kg tömeg fémet visz oldatba! DC források esetében az áramszintek: • Közlekedés: 10 – 2000 A • Kóboráram elleni védelem:1- 200 A • Korróziós cellaképződés:0,1 – 50 A • Katódos, korrózió elleni védelem:0,1- 40 A

32. A váltóáramú (AC) veszélyeztetés Érintésvédelem rákötése a vízcsőre Energiaszállítási üzemzavarok Energiafelhasználói szivárgások Üzemszerű földáramok 5 - 7 V AC cső-talaj potenciál korróziós veszélyeztetést okoz!

33. Beton • Kémiai folyamatok következtében kémiai korrózió léphet fel, ekkor a károsodás mállás formájában jelenik meg. • Az egyik nagy csoport a beton lúgosságát szűnteti meg. A kilúgozási korrózió a Ca(OH)2-ot oldja ki a betonból, ami a stabilitást adja. A cserebomlási-, a savkorrózió és az észter típusú vegyületek megkötik a Ca(OH)2-t, így csökkentik a pH-t. • A másik csoportba azok az agresszív anyagok sorolhatók, melyek térfogat növekedést okoznak. Ilyen a talajvízben lévő Na2SO4, az ipari vizekben előforduló szulfátok, a cementben az alkálik, és a légszennyező anyagok (szulfátok, nitrátok). Létezik még az úgy nevezett reverzibilis korrózió, amely során az agresszív közeget eltávolítva a beton visszanyeri az eredeti tulajdonságait (ásványolaj származékok). • A biológiaikorrózió valójában kémiai, amit a betonra telepedett szerves anyagok közvetítésével a mikroorganizmusok okoznak, de lehet fizikai is, ha a betont szétrepesztik.

34. Vasbeton • Passzív monomolekuláris réteg kialakulása • klinkerásványok + H2O CSH + Ca(OH)2 • pH 12-14 • Elektrokémiai reakció • Korrózióra hajlamos anyag (Fe) • Oxigén (02) • Víz (H20) • pH < 9-10 (betonban) • karbonátosodás  pH 7 • klorid-ionok  katalizátor • NOx, SO2 ionok

35. Az acélbetétek korróziója • Akkor következik be, ha a beton nem biztosítja a lúgos pH-t • Ha klorid jelenik meg a betét közelében • Ha kóboráramok roncsolják a passzív réteget • Ha kis anódos, és nagy anódos felület alakul ki.