Odprowadzanie spalin z urządzeń grzewczych. Komin odporny

O skali problemu zniszczeń wywołanych przez korozję świadczy fakt, że około 25% produkcji stali jest zużywane na zastąpienie strat spowodowanych korozją.

Skutki procesów korozyjnych
Skutki procesów korozyjnych określa się jakościowo na podstawie obserwowanych zniszczeń faz metalicznych w zależności od rozmieszczenia zniszczeń. W odniesieniu do kominów wyróżnia się korozję równomierną, wżerową oraz międzykrystaliczną.

* Korozja równomierna rozprzestrzenia się równomiernie na całej powierzchni przedmiotu metalowego. Ten rodzaj zniszczenia jest najmniej niebezpiecznym wynikiem działań korozyjnych. Nie wpływa bezpośrednio na zmianę właściwości wytrzymałościowych materiału, lecz pośrednio przez zmniejszenie przekroju poprzecznego przedmiotu.

* W przypadku korozji wżerowej za pierwiastek mający kluczowe znaczenie w procesie tworzenia odpornej na czynniki środowiskowe warstwy pasywnej uważany jest chrom. Stąd też popularność tego rodzaju stali jako materiału odpowiedniego na budowę kominów. Bogate w ten pierwiastek warstewki tlenkowe wykazują bardzo dobrą odporność na korozję. Szybkość korozji stali zawierających w swoim składzie chrom zależna jest przede wszystkim od zawartości tego pierwiastka w stopie. Przy zawartości chromu ok. 10% rejestrowane szybkości korozji stają się minimalne. Korozja wżerowa jest wynikiem niszczenia warstwy pasywnej pokrywającej powierzchnię metalu lub stopu.

Ogólną zasadą jest to, że intensywność korozji wżerowej zależy od sposobu przygotowania stali. Odporność korozyjna stali stopowych będzie się obniżała, gdy stosuje się do polerowania ścierniwa o zwiększającej się wielkości ziarna. Do oceny odporności stali stopowych na korozję wżerową używane są metody chemiczne. Opierają się na roztworach zawierających jony chlorkowe spełniające rolę aktywatora (promotora) korozji wżerowej oraz czynniku utleniającym. Obydwa składniki występują w ściśle zdefiniowanych proporcjach – tak jak w przypadku próby odporności kominów na korozję. Należy jednak pamiętać, że metody te nie powinny być używane do prognozowania odporności korozyjnej stali stopowych w warunkach rzeczywistych, a jedynie do uzyskania względnych różnic w odporności różnych stali.

Na kominy powszechnie stosuje się stale austenityczne. Podatność na korozję austenitycznych stali stopowych może być ograniczona poprzez ograniczenie zawartości węgla lub przez dodatek elementów tworzących stabilniejsze węgliki niż chrom. Dla większości austenitycznych stali stopowych ograniczenie zawartości węgla do 0.03% lub mniej zapobiega tzw. uczulaniu podczas procesu spawania i większości obróbek cieplnych. Nie jest to jednak efektywna metoda eliminująca podatność takich stali na korozję.

* Korozja międzykrystaliczna charakteryzuje się tym, iż w materiałach eksponowanych w korozyjnym środowisku preferencyjnie atakowane są obszary granic ziaren bądź stref bezpośrednio przylegających do nich. Jednocześnie same ziarna nie wykazują oznak zaatakowania lub są one niewielkie. Wynikiem tego typu korozji jest utrata wytrzymałości i plastyczności materiału. W niektórych przypadkach korozja postępuje poprzecznie, wzdłuż płaszczyzny rolującej się powierzchni. Zjawisko często obserwowane w stopach aluminium (korozja warstwowa).

Przyczyny
Głównymi czynnikami wpływającymi na wzrost reaktywności granic ziaren są:

* segregacja specyficznych elementów lub związków na granicy ziaren, jak to ma miejsce np. w stopach aluminium i stopach niklowo-chromowych,

* wzbogacenie jednego ze składników stopu na granicy ziaren, jak ma to miejsce np. w przypadku brązów,

* wyczerpanie odpornego korozyjnie składnika na granicy ziaren, jak to ma miejsce np. w przypadku stali stopowych.

Przykładowo w stalach austenitycznych korozja międzykrystaliczna jest często wynikiem wydzieleń bogatych w chrom węglików na granicy ziaren w strefie wpływu ciepła. Wydzielenie się węglików jest równoznaczne w tym przypadku z uczuleniem materiału. Ich obecność na granicy ziaren powoduje ubożenie przyległych do nich obszarów w chrom. W wyniku tego strefa zubożona o chrom jest bardziej podatna na korozję w specyficznych środowiskach niż region oddalony od granicy ziaren. Inny przykład segregacji na granicy ziaren to tworzenie się fazy bogatej w chrom i molibden jako składowej na granicy ziaren w stopach bogatych w te dodatki. Faza ta jest zazwyczaj bardziej problematyczna do wykrycia za pomocą obserwacji mikroskopowych niż węgliki chromu.

Korozja kominów
W zależności od deklaracji producenta, komin poddaje się odpowiednim próbom odporności na korozję – V1, V2, V3 – odporność na gaz, olej opałowy oraz paliwa stałe. W załączniku A normy PN-EN 1856-1 bardzo szczegółowo opisano procedurę badań odporności na korozję. Jako wynik badania podaje się między innymi fakt wystąpienia perforacji, głębokość wżerów oraz ubytek grubości ścianki. Przyjmuje się również, że V1

W niedalekiej przyszłości możliwe będzie stosowanie na kominy innych rodzajów materiałów, niewymienionych w tablicach normy PN-EN 1856-1 i 2, pod warunkiem jednak, że producent wykaże się stosownym badaniem typu. Należy tutaj podkreślić, że badania odporności na korozję są nie tylko dość skomplikowane, ale również długotrwałe.

Wiadomo, że kominy pracują w środowiskach agresywnych i dlatego w normie PN-EN 1856-1 „Kominy. Wymagania dotyczące kominów metalowych. Część 1: Części składowe systemów kominowych.” znalazły się stosowne zapisy porządkujące zastosowanie różnych gatunków stali jako materiałów na kominy.

Kominy w zależności od odporności na korozję możemy znakować czterema symbolami: V1, V2, V3 w przypadku wykonania stosownych prób odporności na korozję dla danego rodzaju medium lub Vm w przypadku deklaracji producenta stali o stopniu odporności na korozję.

W tablicy 4 ww. normy wymieniono materiały, z których mogą być wykonane wewnętrzne kanały spalinowe i znakowane jako Vm bez konieczności przeprowadzania dodatkowych badań odporności na korozję w ramach badań typu komina.

Dla innych gatunków stali niż te podane w normie należy przeprowadzić badania. Zdarza się, że jednostki certyfikujące zakładowe kontrole produkcji w firmach wytwarzających kominy (daje to podstawę do znakowanie CE), niezgodnie z prawem obejmują certyfikatem inne stale, nie podane w normie, o której mowa. Ten problem dotyczy głównie stali powszechne znanej jako żaroodporna w gatunku 1.4828 i popularnie stosowanej w systemach odprowadzania spalin z kominków opalanych drewnem, gdzie bardziej potrzebna jest wysoka kwasoodporność niż odporność na wysoka temperaturę. Nie bez powodu zatem stal ta nie znalazła się w tablicach normy PN-EN 1856-1 i 2.

Odporność dla V1
W trakcie badań kominy poddawane są badaniom przebiegającym w 2016 cyklach naprzemiennie występujących po sobie 4 faz:

* traktowania spalinami o temperaturze 85 lub 120 (w zależności od tego, czy komin deklarowany jest jako „D” lub „W”),

* ochładzania,

* zasilania spalinami o temperaturze znamionowej oraz faza chłodzenia do temperatury poniżej 45oC.

Aby przyspieszyć zjawisko agresywnego działania spalin powstających w wyniku spalania gazu ziemnego wprowadza się do nich odpowiednie, podane w normie, stężenia odczynników, takich jak 1,2,3-trójchloropropan i tetrahydrotiofen, gdyż wiadomo, że aniony (najczęściej chlorkowe) wpływają na przyspieszenie procesu niszczenia warstwy pasywnej na metalach.

Wynikiem 2016 cykli jest średnia temperatur występujących w czasie badań (przy założonych wartościach zgodnych z normą PN-EN 1856-1), przeciętna zawartość dwutlenku węgla w spalinach oraz skład kondensatu powstałego w trakcie badań.

W celu ustalenia, czy na powierzchni komina wystąpiły wżery, komin poddaje się dokładnym oględzinom oraz próbie szczelności.

Odporność dla V2
W trakcie badań dla kominów, które będą oznakowane jako V2, próbki poddaje się 30 cyklom badawczym, przy czym każdy cykl składa się z fazy kondensacji pary wodnej ze spalin oraz fazy osuszania trwającej co najmniej 16 h. Badanie prowadzi się przy zastosowaniu spalin z lekkiego oleju opałowego. Podobnie jak w trakcie próby „V1”, aby przyspieszyć zjawisko agresywnego działania spalin powstających w wyniku spalania gazu ziemnego, wprowadza się do nich odpowiednie, podane w normie, stężenia odczynników takich jak 1,2,3- trójchloropropan i tetrahydrotiofen.

Wynikami badań są: przeciętne temperatury w czasie badań, przeciętna zawartość dwutlenku węgla w spalinach oraz przeciętny skład kondensatu, z którego wylicza się ubytek materiału (korozja równomierna). Jeżeli wystąpiły wżery będące objawem korozji wżerowej, wówczas należy zmierzyć ich głębokość i określić ubytek grubości ścianki. Jako wynik podaje się średnią wartość głębokości 10 miejsc z najwyższą wartością głębokości wżerów. Jeżeli wykryje się miejsce z korozją międzykrystaliczną, to należy zmierzyć maksymalną głębokość korozji jedną z metod zaprezentowanych w omawianej normie.

Odporność dla V3
Badany komin poddaje się naprzemiennej próbie odporności na działanie spalin powstałych ze spalania antracytu oraz oleju opałowego. Również w tej próbie dodaje się odpowiednią dawkę chlorków (w postaci sody) oraz siarki do antracytu i dwutlenku siarki do oleju. Aby maksymalnie skrócić badanie (przyspieszyć ewentualną korozję), dodaje się również polichlorek winylu.

Po zakończeniu programu badań wzrokowo przeprowadza się sprawdzenie oznak korozji oraz przecieków. Jeżeli wystąpiły osady, to należy poddać je analizie chemicznej. W celu stwierdzenia oznak korozji z badanego komina wycina się 6 odcinków blachy o długości powyżej 50 mm. Próbki poddawane są badaniom metalograficznym.

Warunkami akceptacji są: brak perforacji ścianek komina, równomierny ubytek grubości ścianki nieprzekraczający 5%, ubytek grubości ścianki w poszczególnych miejscach nie większy niż 20% deklarowanej najmniejszej grubości ścianki oraz nie większa niż 20% głębokość penetracji korozji międzykrystalicznej, o ile taki rodzaj korozji miał miejsce.

dr inż. Wioletta Zając-Wstawska
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Literatura:
1. PN-EN 1856-1 „Kominy. Wymagania dotyczące kominów metalowych. Część 1: Części składowe systemów kominowych.”
2. „Procesy korozyjne” praca zbiorowa pod redakcją prof. dr. hab. inż. Kazimierza Darowickiego, wydawnictwo Politechniki Gdańskiej z 2008 roku, Katedra Elektrochemii, Korozji i Inżynierii Materiałowej

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij