Co z tą korozją? (1). Zżeranie rury

zobacz artykuł w formie pdf   zobacz pdfa zobacz pdfa 

Ogólną definicję korozji podaje norma PN-EN ISO 8044:2002, według której „korozja jest oddziaływaniem fizykochemicznym między metalem i środowiskiem, w wyniku którego powstają zmiany we właściwościach metalu, które mogą prowadzić do znacznego pogorszenia funkcji metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami”. Głównie chodzi tu o metal, a raczej metale, gdyż korozji ulegają wszystkie znane metale i ich stopy.
Różna jest tylko ich skala, rodzaj oraz intensywność.
Zjawisko korozji jest zagadnieniem tak obszernym, iż nie sposób omówić go w całości w formie artykułu czy nawet cyklu. Jednocześnie to problem na tyle poważny, że nie należy go bagatelizować nawet w najmniejszym stopniu. Wystarczy dodać, że szacuje się, iż z powodu korozji każdego roku ulega zniszczeniu nawet jedna trzecia światowej produkcji stali!

Korozja branżowa
W tym miejscu chciałbym się jednak skupić na „tej” korozji, która jest najbardziej dotkliwa w naszej instalatorskiej branży. Wbrew pozorom nie jest tego mało. W systemach instalacyjnych ryzyko wystąpienia korozji jest – mówiąc wprost – wszem obecne. Wpływ ma na to kilka istotnych czynników, jak np. rodzaj zastosowanych materiałów, sposób ich połączenia, rodzaj transportowanego medium i warunki otoczenia. Bez względu na zastosowany materiał musimy pamiętać, że ryzyko korozji istnieje zawsze. Różny może być tylko jej przebieg i rodzaj.

Sprawdźmy zatem, co nam grozi: stal węglowa – korozja chemiczna, elektrochemiczna i kontaktowa, stal ocynkowana – biała korozja cynku, brąz i mosiądz – selektywna korozja cynku, miedź – patyna i korozja wżerowa, stal nierdzewna – korozja szczelinowa, korozja międzykrystaliczna oraz korozja naprężeniowa i wysokotemperaturowa. Jak widać, jest to dość pokaźna lista, z którą należy się zmierzyć. W „naszych” instalacjach stosujemy bardzo różnorodne materiały – od tworzyw sztucznych, przez różne gatunki stali, żeliwo, do miedzi i jej stopów.
Wielokrotnie łączymy je w jednej instalacji (kotły, rury, armatura, grzejniki), po czym transportujemy nią ciecze lub gazy o zróżnicowanych właściwościach i wymaganiach. A wszystko to w różnych warunkach otoczenia, np. w niskiej lub wysokiej temperaturze, dużej wilgotności, pod wodą, w ziemi, w zaprawie, czy na dnie morza. Na każdym z tych etapów stwarzamy lepsze lub gorsze warunki do powstawania korozji.
Musimy je zatem poznać, zweryfikować, tak aby później umieć im zapobiegać.

Rodzaje
Korozja chemiczna zachodzi pod wpływem substancji chemicznych, najczęściej czynników atmosferycznych. Przebiegającym reakcjom nie towarzyszy przepływ prądu. W przypadku stali węglowej (żelaza) pierwszym etapem niszczenia jest reakcja z wodą i tlenem. W kolejnych reakcjach powstaje mieszanina wodorotlenków, uwodnionych tlenków i węglanów tego metalu, czyli brunatnoczerwona rdza.

Korozja elektrochemiczna zachodzi z udziałem ogniw galwanicznych utworzonych na powierzchni metalu.
Reakcje są takie same, jak w przypadku korozji chemicznej. W odróżnieniu jednak od powolnej korozji chemicznej korozja elektrochemiczna przebiega szybciej. Mechanizm korozji elektrochemicznej wynika z cech dwóch kontaktujących się ośrodków.
W przypadku wystąpienia różnicy między potencjałami fragmentów powierzchni metalu powstają ogniwa galwaniczne, nazywane ogniwami korozyjnymi, w których na fragmentach o niższym potencjale (anodach) zachodzą reakcje utleniania, a na fragmentach o wyższym potencjale (katodach) zachodzą reakcje redukcji.

Korozja kontaktowa (stykowa) ma miejsce wówczas, gdy stykające się elementy instalacji, znajdującej się w wodzie, wilgotnym gruncie lub powietrzu, są wykonane z różnych metali. Powstaje wówczas ogniwo kontaktowe (stykowe). Zniszczeniu ulega metal mniej szlachetny, zwłaszcza w pobliżu styku. Charakterystycznymi makroogniwami korozyjnymi są miejsca połączeń elementów konstrukcji wykonanych z jednakowych materiałów, np. połączenia odcinków rurociągów. Spawy lub śruby, wykonane z materiału gorszego niż łączone elementy, mogą stać się anodami ogniwa. Ze względu na ich małą powierzchnię w stosunku do powierzchni katod natężenie prądu anodowego jest bardzo duże, co oznacza dużą szybkość rozpuszczania złącza. Jeżeli jest odwrotnie i są wykonane z metalu bardziej szlachetnego, stają się katodami ogniwa. Łączone rury są wówczas anodami o dużej powierzchni i dzięki temu szybkość rozpuszczania się metalu, odniesiona do jednostki powierzchni, jest niewielka.

Rury ocynkowane
Korozja cynku dotyczy elementów zabezpieczonych przed korozją warstwą cynku nanoszonego metodą galwaniczną lub ogniową. Należy wziąć pod uwagę fakt, iż cynk koroduje w każdych warunkach, a szybkość tej korozji uzależniona jest tylko od tego, czy mamy profil zamknięty, czy otwarty. Procesom korozji sprzyja również duże zawilgocenie powietrza. Jednak tzw. „biała rdza”, psując wygląd ocynkowanej stali, nie obniża jej odporności na rdzewienie.

Główny składnik „białej rdzy” – nierozpuszczalne w wodzie kryształki zasadowego wodorotlenku cynkowego Zn(OH)2 – osiadając bezpośrednio na powierzchni przedmiotu, tworzy powłokę hamującą dalszą reakcję cynku z tlenem zawartym w powietrzu, zabezpieczając częściowo cynk przed korozją. „Biała rdza” powstaje wówczas, gdy ocynkowana powierzchnia ma kontakt z wilgocią pod każdą postacią – mgła, szron, deszcz, śnieg. Brak wentylacji i możliwości wysuszenia wyrobu ocynkowanego może skutkować tym, że nie będzie warstwy ochronnej i w końcu korozja wyżre cały cynk, odsłaniając powierzchnię stali. Dlatego ważne jest, aby ocynkowane elementy każdej instalacji były zabezpieczone przed działaniem czynników atmosferycznych.

Rury z nierdzewki
Zjawisko korozji nie omija również stali nierdzewnych.
Wbrew pozorom ten materiał również narażony jest na jej niszczącą siłę.
Można tu mówić o korozji równomiernej i korozji lokalnej.
Ta pierwsza występuje wtedy, gdy warstwa pasywna jest niestabilna. W tym przypadku rozpuszczanie powierzchni przebiega równomiernie na całej powierzchni materiału, prowadząc do stałego zmniejszania grubości i ubytku masy. Dane dotyczące korozji równomiernej są zebrane w tablicach odporności na korozję, które opisują odporność stali nierdzewnych w różnych środowiskach kwasów. W korozji lokalnej wyróżnić można kilka typów, jak korozja wżerowa, szczelinowa, międzykrystaliczna i naprężeniowa.

W korozji wżerowej występuje lokalne uszkodzenie warstwy pasywnej i brak samoczynnego jej odbudowania się. Powstają wżery, które mogą doprowadzić do całkowitej perforacji metalu. Należy więc bezwzględnie unikać takiego zjawiska poprzez właściwy dobór gatunku stali do dominujących warunków eksploatacyjnych.

Środowiskiem korozyjnym, które najbardziej sprzyja powstawaniu korozji wżerowej, jest woda morska.

Korozja szczelinowa występuje w szczelinach, które mogą występować w konstrukcjach elementów lub ujawniać się podczas eksploatacji. Wewnątrz szczeliny gromadzą się związki chemiczne, co w efekcie prowadzi do stopniowego zakwaszania środowiska, ułatwiając uszkodzenie pasywnej warstwy tlenków. Jeśli w takim obszarze wartość pH osiągnie wartość krytyczną, tzw. pH depasywacji, to rozpocznie się proces korozji. Korozji szczelinowej można zapobiegać przez właściwą konstrukcję elementów, tj. unikanie szczelin, oraz poprzez systematyczne usuwanie z powierzchni stałych osadów powstałych podczas eksploatacji. W instalacjach miejscem szczególnie narażonym na ten typ korozji są rury spawane doczołowo.

Korozja naprężeniowa spowodowana jest równoczesnym oddziaływaniem obciążeń mechanicznych i specyficznego środowiska korozyjnego.
Proces ten prowadzi do inicjacji pęknięć, które nawet po bardzo długim czasie szybko rozprzestrzeniają się, powodując uszkodzenie elementów.
Zjawisko to jest trudne do wykrycia przed etapem, w którym osiągnie stan zagrażający sprawności instalacji. Można temu zapobiec m.in. poprzez niwelowanie naprężeń wewnętrznych przez wyżarzanie odprężające elementów przed wprowadzeniem ich do eksploatacji.

Korozja międzykrystaliczna występuje głównie podczas spawania, w obszarze, gdzie materiał został nagrzany do zakresu temperatury między 500 a 800oC. Proces korozji przebiega wzdłuż granic ziaren w materiale wystawionym na oddziaływanie środowiska korozyjnego. Istnieją liczne metody zapobiegania korozji międzykrystalicznej, w tym: dla stali austenitycznych wybór gatunku stali z niskim stężeniem węgla (C 0,03%) lub dodatkiem pierwiastków „stabilizujących”, takich jak tytan. Dla stali ferrytycznych (Fe-Cr lub Fe-Cr) konieczny jest wybór gatunku „stabilizowanego” tytanem lub niobem.

Jarosław Czapliński



Prenumerata Magazynu Instalatora

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