Korroosion estäminen KORROOSIOKENNO KORROOSIONESTO KORROOSIONESTO. MT Korroosionestotekniikan teoreettiset perusteet

Transkriptio

1 Korroosion estäminen MT Korroosionestotekniikan teoreettiset perusteet KORROOSIOKENNO Anodi - Hapetusreaktio - Hapettuneiden aineiden siirtyminen liuokseen e - Johde Elektronit siirtyvät anodilta katodille H 2 H + Katodi - Hapettimen siirtyminen liuoksesta elektrodin pinnalle - Pelkistysreaktio - Pelkistyneiden aineiden siirtyminen pinnalta liuokseen Me 2+ Liuos, jossa on hapetinta (O 2, H + tms.)

2 KORROOSIOILMIÖT KORROOSIOILMIÖT Korroosiovaikutus (effect) Minkä tahansa korroosiojärjestelmään kuuluvan osan muutos, joka on aiheutunut korroosiosta. Korroosiovahinko (damage) korroosiovaikutus, joka heikentää merkittävästi metallin, sen ympäristön tai teknisen järjestelmän, johon ne kuuluvat, toimintaa. Korroosiovaurio (failure) Korroosiovahinko, joka johtaa teknisen järjestelmän toimintakyvyn täydelliseen lakkaamiseen. Korroosionkestävyys metallin kyky säilyttää toimintakykynsä tietyssä korroosiojärjestelmässä. Korroosionopeus, syöpymisnopeus korroosiovaikutus metallin pinnalla aikayksikössä. Korroosion todennäköisyys kvalitatiivinen tai kvantitatiivinen esitys odotettavissa olevasta korroosiovaikutuksesta tietyssä korroosiojärjestelmässä Huolellinen suunnittelu 2. Materiaalien valinta 3. Pinnoitteiden käyttö 4. Liuosympäristön muuttaminen korroosioinhibiittien ym. avulla 5. Sähköinen suojaus 6. Ei tehdä mitään Suunnittelu: Poista liuos Katkaise sähköinen johde Poista rakenteen tai liuoksen poikkeamat. Materiaalinvalinta: Parempi passiivikerros - hitaampi anodinen reaktio Korroosiomuoto Korroosionkestävyys Kestoikä, käyttövarmuus Hinta 7 8 2

3 Pinnoitteiden käyttö: Pinnoite erottaa metallin ympäristöstä eli poistaa liuoksen Katkaisee sähköisen johteen Piilottaa rakenteen tai liuoksen poikkeamat. Ympäristön muuttaminen: Poistetaan syövyttävä ympäristö tai jokin syövyttävä aine ympäristöstä Estetään syövyttävien aineiden pääsyä pinnalle Vahvistetaan passiivikerroksia eli hidastetaan anodireaktiota. Sähköinen suojaus: Anodinen suojaus passivoi. Katodinen suojaus kompensoi korroosiota aiheuttavaa katodista reaktiota. Ei tehdä mitään: Korroosionestolle voidaan laskea kannattavuus kuten mille tahansa investoinnille Kun korroosiota pyritään estämään tai hidastamaan, niin tilanteesta riippuen käytössä on eri mahdollisuuksia. Korroosiokennon perusteella mahdollisia vaihtoehtoja on neljä: Anodisen tai katodisen elektrodireaktion estäminen. Elektrolyytin poistaminen. Sähköisen yhteyden katkaisu. Kennon toiminnan muuttaminen kääntämällä anodilla tapahtuvien reaktioiden suunnat päinvastaisiksi. Rakenteen korroosioriskin havaitsemiseksi harjoittele tunnistamaan korroosiokenno: Mistä systeemiin tulee liuos Missä voi olla anodi ja missä katodi Missä on anodin ja katodin välinen johde Voiko jonkun näistä tekijöistä poistaa Korroosiokenno voi muodostua myös ympäristön poikkeamista: lämpötila, väkevyys, happipitoisuus, happamuus, virtaus jne

4 SUUNNITTELU Korroosioneston onnistumiseksi opettele arvioimaan ja tunnistamaan korroosiomuodot. Korroosiomuoto ja sen taustalla vaikuttavat ilmiöt auttavat sopivien menetelmien valinnassa: Yleiseen korroosioon auttaa usein pinnoittaminen ja materiaalinvalinta. Galvaanista korroosiota ei kannata estää maalaamalla anodi. Pistekorroosion estämiseen riittää yleensä pienempi materiaalinparannus kuin rakokorroosion. Mieti kumpi on rakenteessa isompi riski. Kannattaako eroosiota estää paremmalla materiaalilla vai pienentämällä virtausnopeutta (=isompi putki) Käytä yksinkertaisia pofiileja, joissa ei ole teräviä kulmia Vältä rakenteita, jotka keräävät vettä ja likaa. Huolehdi tyhjennyksestä SUUNNITTELU SUUNNITTELU HYVÄ HUONO HYVÄ HUONO Täyttö keskelle astiaa liian väkevän liuoksen estämiseksi. Väkevä liuos lähellä astian seinämää. Vältä liuostaskuja ja varmista täydellinen tyhjennys. Täysi astia Astiaan jää ilmatasku. Korroosio on voimakkainta vesirajan alueella. Tasainen kuumennus Epätasainen kuumennus aiheuttaa epätasaisen liuosväkevyyden ja lämpötilan seinämän vieressä

5 SUUNNITTELU SUUNNITTELU HUONO HYVÄ Terävä liitos Nopea halkaisijan muutos kasvattaa virtausnopeutta Putken sisäänmeno MATERIAALINVALINTA MATERIAALINVALINTA Toiminnot Ympäristö Valmistustapa Kustannukset Luotetavuus Laatu VAATIMUS- PROFIILI Ympäristövaikutukset Kierrätys Hävittäminen Kokonaiskustannukset Saatavuus OMINAISUUS- PROFIILI Lait ja asetukset Tuotevastuu Vauriot Mekaaniset ominaisuudet Kestävyys käyttöympäristössä Valmistettavuus Hinta Materiaalinvalinta tehdään tavallisesti seuraavista ryhmistä: 1. Rakenneteräkset 2. Ruostumattomat teräkset 3. Alumiini ja sen seokset 4. Kupari ja sen seokset 5. Nikkeli ja sen seokset 6. Lyijy, sinkki ja tina 7. Titaani, tantaali, niobi ja zirkoni 8. Jalometallit, eli kulta, platina, hopea

6 MATERIAALINVALINTA Materiaalinvalinta alkaa sillä, että arvioidaan rakenteen käyttöikä, korroosioympäristö ja sen eri tekijöiden vaihteluvälit. Tämän perusteella valitaan materiaaleja, joiden yleisen korroosion kestävyys on riittävä. Materiaalien korroosionkestävyyden arviointiin on olemassa erilaisia taulukoita ja käyrästöjä, ja usein käytetään ympäristön pääasiallista kemikaalia tms. Stern-Bishop-diagrammi, hapettavapelkistävä + klorideja-ei klorideja Hastelloy C Hastelloy G 304 ruostumaton Alumiini 316 haponkestävä Incoloy Nikkeli Zirkoni Monel Alloy 20 CB-3 Inconel Monel Titaani Hastelloy G Superausteniittinen teräs Hastelloy C Pd-seostettu titaani Hastelloy B Zirkoni Grafiitti Fluorimuovit Tantaali Lasivuorattu teräs Ei klorideja Klorideja Hapettavat olosuhteet Pelkistävät olosuhteet 21 22, materiaalin valinta Rikkihappo, rajana 0,5 mm/vuosi Prosessiteollisuutta ajatellen nyrkkisääntönä pätee, että korroosionopeuden ollessa 0,01 mm vuodessa ei haitallista korroosiota tapahdu, 0,1 mm vuodessa vaatii huoltotoimenpiteitä ja korroosiovaran käyttöä, 1 mm vuodessa syöpyvä materiaali ei yleensä ole käyttökelpoinen. Ydinjätteen loppusijoituskapselin seinämänvahvuus 50 mm, käyttöikä vuotta. Seostamaton teräs merivedessä 0,1 mm vuodessa. TEMPERATURE, o C Boiling point curve 904L Alloy 20 Hastelloy B Hastelloy D Pb <80% Alloy Carbon steel SULFURIC ACID CONCENTRATION, wt. % Tantalum glass silicon iron

7 Materiaalien keskinäinen vertailu: PISTE- JA RAKOKORROOSION KESTÄVYYS, T-Cl - ALUEET MATERIAALINVALINTA UNS S31803 UNS S31726 UNS S32750 UNS S31254 Kupari 0.75 m/s T / C UNS S32304 UNS S31603 UNS S31803 UNS S31726 UNS S32750 & UNS S31254 T / C Alumiinimessinki 2.5 m/s Cu-Ni 3.0 m/s Cu-Ni 3.5 m/s [Cl - ] / mg/l Pistekorroosio [Cl - ] / mg/l Rakokorroosio Ruostumattomien terästen korroosionkestävyyden vertailuun voidaan käyttää PRE-lukua (Pitting Resistance Equivalent), esimerkiksi PRE = Cr Mo + 16 N. Kuparimetalleille voi käyttää suurinta sallittua virtausnopeutta, esimerkiksi: LIUOSYMPÄRISTÖN MUUTTAMINEN LIUOSYMPÄRISTÖN MUUTTAMINEN Ympäristön syövyttävyyttä voidaan pienentää poistamalla korroosiota aiheuttavia aineita tai parantamalla suojaavien pintakerrosten muodostumisen edellytyksiä. Ympäristöä voidaan muuttaa poistamalla hapettimet, kuten liuennut happi, inhiboimalla tai muuttamalla happamuutta tai lämpötilaa. Korroosion estäminen liuosympäristöä muuttamalla ei ole pysyvä ratkaisu kuten esimerkiksi korroosionkestävän materiaalin valinta vaan se vaatii seurantaa ja säätöä korroosioneston onnistumiseksi. Inhibiitit ovat aineita, jotka jo pieninä pitoisuuksina vähentävät korroosiota. Anodiset inhibiitit estävät anodista reaktiota ja katodiset inhibiitit taas katodista reaktiota. Anodiset inhibiitit passivoivat metallin. Katodiset saostuvat katodialueille. Neutraloivat inhibiitit reagoivat happamien komponenttien kanssa. Filminmuodostavat inhibiitit muodostavat pinnoille ohuen suojaavan kalvon

8 PINNOITTAMINEN PINNOITTAMINEN Pinnoitusmenetelmistä yleisin on maalaaminen. Maalin tehtävä on sekä suojata korroosiolta että antaa rakenteelle haluttu ulkonäkö. Maalityypin valintaan vaikuttavat suojattavan rakenteen tyyppi, ympäristörasituksen ankaruus, käytettävissä olevat menetelmät sekä pinnan esikäsittely. Maaleilla on sekä fysikaalisia että kemiallisia suojavaikutuksia. Useimmat maalit erottavat metallin ympäristöstään, mutta ne läpäisevät silti vettä ja happea. Pigmentit, läpäisemättömyys ja tartunta antavat maalille sen suojaavan vaikutuksen. Maalauksessa määritetään maalityyppi tai maalausjärjestelmä, esikäsittely sekä maalausmenetelmä. Maalausjärjestelmissä on yksi tai useampia erilaisia maalikerroksia, joilla on erilainen tehtävä. Pohjamaalin tehtävä on antaa tartunta sekä suojata metallia pigmenteillä, muodostamalla eristekerros tai estämällä veden ja hapen diffuusio metallipinnalle. Välikerroksilla kasvatetaan maalikerroksen paksuutta ja hidastetaan aineiden diffuusiota maalin läpi. Pintamaaleilta vaaditaan korroosionkestävyyttä käyttöympäristössä PINNOITTAMINEN Epäjalo pinnoite syöpyy Aktiivinen pinnoite jalolla perusaineella, esimerkiksi sinkki teräksen päälllä. Epäjalo perusaine syöpyy Jalo pinnoite epäjalon perusaineen päällä, esimerkiksi kromi teräksen päälllä. ANODINEN SUOJAUS Anodinen suojaus perustuu siihen, että materiaali autetaan aktiivialueltaan passiivialueelle. Suojaus on mahdollista silloin, kun metalli teoriassa voisi passivoitua, mutta kinetiikka ei riitä passivoitumiseen. Ulkoisella virtalähteellä kiihdytetään metallin korroosiota niin paljon, että passivoituminen lähtee käyntiin. Kun passiivikerros on muodostunut, niin sen ylläpitäminen on helppoa ja korroosionopeudet ovat pieniä. Anodisesti suojatun metallin korroosionopeus on samaa luokkaa kuin luonnollisesti passivoituneen metallin

9 KATODINEN SUOJAUS Katodinen suojaus perustuu siihen, että korroosioreaktion sijasta käynnistetään tarkoituksella jokin toinen hapettumisreaktio. Korroosiokennoon syötetään ulkopuolista anodista virtaa, jonka avulla pienennetään katodisten reaktioiden syöpyvältä metallilta ottamaa anodista virtaa. Ylimääräisten anodisten reaktioiden ansiosta suojattava rakenne toimii pääasiassa katodina, sen korroosiovirta pienenee ja korroosio hidastuu siedettävälle tasolle. KATODISEN SUOJAUKSEN PERIAATE Alkuperäinen tilanne: anodialue syöpyy ANODI KATODI KATODINEN SUOJAUS Uhrautuva anodi Liukenematon anodi + - KATODI KATODI KATODI KATODI KATODINEN SUOJAUS SÄHKÖISET SUOJAUKSET ANODINEN SUOJAUS KATODINEN SUOJAUS Potentiaalin mittaus Potentiaalin säätäjä Tasavirtalähde Potentiaalin mittaus Potentiaalin säätäjä Tasavirtalähde Maadoitus runkoon Katodiliitäntä runkoon I - + Ref U I Anodi Referenssielektrodi Suojattava rakenne anodina Referenssielektrodi Suojattava rakenne katodina Katodi Katodi Anodi Anodi

10 YHTEENVETO Tunnista korroosiokenno, voiko rakennetta muuttaa? Mieti korroosiomuoto, mille asialle pitää tehdä jotain? Käytä korroosionestomenetelmiä järjestyksessä: Suunnittelu Materiaalinvalinta Pinnoitus Ympäristön muuttaminen Sähköinen suojaus Mieti suojauksen hyöty ja kustannukset Kuinka suuri riski on rakenteen hajoamisen seurauksilla