Metode zaštite od korozije I – projektantske mjere

1. Metode zaštite od korozije I – projektantske mjere Predavanje 7

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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).

6. 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.

7. Izbor odgovarajućeg materijala • Opći principi projektiranja • Tehnološke mjere - zaštita konstrukcijskih materijala promjenama okolnosti

8. 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.

9. 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.

10. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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).

15. 3. Tehnološke mjere - zaštita konstrukcijskih materijala promjenama okolnosti Provodi se mijenjanjem vanjskih uzročnika procesa korozije: • uklanjanjem i/ili smanjenjem korozivnog sastojka iz medija, • promjenama fizikalnih veličina kao što su temperatura, relativna brzina gibanja između materijala i medija, elektrodni potencijal i mehanička naprezanja, • potpunom zamjenom medija, • upotrebom inhibitora.

16. 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.

17. Pakiranje Kao 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. .

18. Korozivnostvodenih otopinamoguće je smanjiti svrhovitim promjenama koncentracije njihovih sastojaka. Uklanjanje kisikaiz 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 hladnomvodom uz visoki vakuum.

19. 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.

20. Metodaneutralizacijeprimjenjuje se u uređajima za za grijanje/hlađenje vodom, te u uređajima za pripremu napojne vode za kotlovska postrojenja. Kisele se otopine neutralizirajuvapnenim mlijekom, otopinom NaOH i plinovitim/u vodi otopljenim amonijakom. Lužnate se otopine većinom neutralizirajurazrijeđenom 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.

21. B. Promjene fizikalnih veličina Obuhvaćaizmjenu 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.

22. 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. Oniomogućuju 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).

23. 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.

24. 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 150C. 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.

25. 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.

26. Pitanja za ponavljanje • Kako izbor materijala utječe na koroziju? Kako su svrstani materijali prema otpornosti na koroziji, cijeni i dostupnosti na tržištu (koliko kategorija)? • Kako se provodi zaštita od korozije oblikovanjem konstrukcije? • Zbog čega se primjenjuje predimenzioniranje konstrukcija? • Kako možemo smanjiti sklonost koroziji veličinom anode i katode? • Kako poliranje utječe na zaštitu od korozije? • Koja se brzina strujanja smatra optimalnom u zaštiti od korozije i zašto? • Kako hlađenje i zagrijavanje utječu na zaštitu od korozije? • Što su inhibitori? Kako ih dijelimo? • Kakove vrste ambalaža poznajete? Kako se vrši uklanjanje vlage iz ambalaže? • Što je neutralizacija i kojim se tvarima provodi? • Kako se provodi otklanjanje kisika iz tekućina? Kako se provode postupci deaeracije i deaktivacije? • Što je hidrazin? Zašto na tržošte dolazi u obliku hidrazinhidrata?

27. Neka zaštitna sredstva protiv djelovanja korozivnih agensana upotrebljenom materijalu

29. Grupa metala ograničene ili nedozvoljene primjene u izvjesnim kemijskim sredinama