ΤΟΥ ΓΙΩΡΓΟΥ ΜΑΛΙΩΤΗ
Η διάβρωση των μετάλλων είναι ένα πολύπλευρο τεχνικό ζήτημα. Αφενός μεν γιατί προκαλείται από πολλές διαφορετικές αιτίες και μέσα και αφετέρου γιατί επηρεάζει καθοριστικά λειτουργία μιας τεράστιας γκάμας βιομηχανικών και άλλων κατασκευών.
Διαβρωτικά μέσα
Επειδή η διάβρωση είναι μια διαδικασία που επιτελείται σε βάθος χρόνου είναι φανερό ότι αιτία της είναι η συνεχής επίδραση επί του μετάλλου, είτε του φυσικού περιβάλλοντος(αέρας, έδαφος, θάλασσα, κ.λ.π), είτε ενός μέσου που έρχεται σε επαφή με το μέταλλο κατά τη λειτουργία ενός μηχανήματος ή ενός δικτύου. Σε κάθε περίπτωση έχουμε ως αίτιο ένα ή περισσότερα διαβρωτικά μέσα.
Για παράδειγμα σε υπόγειους αγωγούς έχουμε παράλληλα μια διπλή διαβρωτική δράση. Η μια δράση προέρχεται από το περιβάλλον τους, δηλαδή το έδαφος και προκαλεί διάβρωση της εξωτερικής επιφάνειάς τους και η άλλη από το μέσο που διακινούν και προκαλεί διάβρωση της εσωτερικής επιφάνειάς τους.
Υπάρχει μια τεράστια γκάμα διαβρωτικών μέσων που ξεκινά από τα οξέα τις βάσεις μια σειρά ανόργανων αερίων που συναντώνται στη χημική βιομηχανία όπως διοξείδιο του θείου, αμμωνία χλώριο, υδρόθειο, αλλά και υδρογόνο, οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα, προχωρά σε μια σειρά αλάτων με βασικότερα τα χλωριούχα, συνεχίζει σε μια σειρά οργανικών προιόντων με βασικότερα τα πετρελαιοειδή, όπως αργό πετρέλαιο, βενζίνη, μαζούτ και αιθανολαμίνες και καταλήγει σε μια πληθώρα υδατικών διαλυμάτων.
Στα τελευταία μεγάλη σημασία έχουν εκτός από τα συστατικά του διαλύματος και λειτουργικές παράμετροι, όπως η θερμοκρασία και η ταχύτητα ροής. Γενικά και η αύξηση της θερμοκρασίας και η αύξηση της ταχύτητας ροής αυξάνουν τη διαβρωτική δράση του διαλύματος.
Αντιδιαβρωτικός σχεδιασμός
Η αντιδιαβρωτική προστασία απαιτεί ένα συνολικό σχεδιασμό γιατί πολλές φορές επιτυγχάνεται με συνδυασμό εφαρμοζόμενων μέτρων και μεθόδων. Κάθε μέτρο και μέθοδος μπορεί να αποβλέπει σε έναν ή περισσότερους από τους τρεις βασικούς στόχους. Μπορεί λοιπόν να αποσκοπεί είτε στον περιορισμό της διαβρωτικότητας του περιβάλλοντος, είτε στη χρησιμοποίηση ανθεκτικότερων μετάλλων για τη συγκεκριμένη βιομηχανική ή άλλη λειτουργία, είτε στην παρεμπόδιση της επίδρασης του διαβρωτικού περιβάλλοντος επί του μετάλλου.
Αναλυτικότερα οι βασικές μέθοδοι που λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό της εγκατάστασης υποκείμενης σε διάβρωση κατά τη λειτουργία της είναι:
• Η εξ αρχής κατάλληλη σχεδίαση της με τρόπο που να μην ευνοεί ή να περιορίζει τις διαβρωτικές δράσεις.
• Η επιλογή του ενδεδειγμένου κατασκευαστικού υλικού (π.χ διάφοροι τύποι χαλύβων και κραμάτων).
• Η βελτίωση αν είναι δυνατόν των συνθηκών του περιβάλλοντος ή της λειτουργίας από πλευράς διάβρωσης του μέσου εκείνου που έρχεται συνεχώς σε επαφή με το μέταλλο.
• Η επικάλυψη της επιφάνειας του μετάλλου με κατάλληλο αντιδιαβρωτικό μέσο.
• Η χρησιμοποίηση ουσιών ανασταλτικών της διάβρωσης.
• Σε ορισμένες περιπτώσεις η καθοδική προστασία της εγκατάστασης.
Είναι φανερό – όπως τονίστηκε και στην εισαγωγή – ότι η αντιδιαβρωτική προστασία συνιστά μια πολύ σύνθετη διαδικασία και ότι η συνδυασμένη αξιοποίηση των παραπάνω μεθόδων πρέπει να λαμβάνει υπόψη τους εκάστοτε τεχνικούς περιορισμούς (π.χ από λειτουργική άποψη τα process data και από κατασκευαστική άποψη την αντοχή των υλικών), αλλά φυσικά και την οικονομικότητα μιας εγκατάστασης.
Παρακάτω από το σύνολο των παραμέτρων που επηρεάζουν τη διαβρωτική δράση σε μια εγκατάσταση θα προσεγγίσουμε την εκλογή κατάλληλων υλικών είτε αυτά αφορούν στην κατασκευή της εγκατάστασης, είτε αυτά αφορούν στα αντιδιαβρωτικά μέσα που επικαλύπτουν τις μεταλλικές επιφάνειες.
Υλικά κατασκευής
Με τον όρο εκλογή υλικών κατασκευής εννοούμε την προσαρμογή των συνθηκών καταπόνησης στις ιδιότητες των υπαρχόντων υλικών, αφού ληφθούν υπόψη όλες οι αναγκαίες κατασκευαστικές μέθοδοι. Πρέπει λοιπόν η εκλογή των υλικών να προκύπτει από έναν δείκτη που να εκφράζει την συνισταμένη των κριτηρίων της οικονομικότητας, των κατασκευαστικών περιορισμών και των λειτουργικών απαιτήσεων.
Τα μεταλλικά υλικά από τη σκοπιά της συμπεριφοράς τους σε διαβρωτικό περιβάλλον και μέσα μπορούμε να τα διακρίνουμε σε τέσσερις βασικές κατηγορίες. Στην πρώτη υπάγονται τα ευγενή μέταλλα χρυσός, άργυρος πλατίνα καθώς και το ταντάλιο τα οποία διαβρώνονται ελάχιστα ακόμα και σε επαφή με πολύ δραστικά μέσα. Στη δεύτερη υπάγονται ειδικά μέταλλα και κράματα, όπως μολυβδένιο, τιτάνιο, ζιρκόνιο, νικέλιο και τα κράματά του τα οποία έχουν μεγαλύτερη αντοχή σε διάβρωση από τους σταθερούς χάλυβες.
Στην τρίτη κατηγορία που εμφανίζει μειωμένη αντοχή σε σχέση με τις προηγούμενες υπάγονται οι σταθεροί χάλυβες και τα χυτά υλικά που είναι σταθερά σε οξέα και σκουριά, ο χαλκός και τα κράματά του, ο μόλυβδος , ο κασσίτερος , το αλουμίνιο, ο ψευδάργυρος και τα κράματά του. Στην τέταρτη και τελευταία κατηγορία από πλευράς αντιδιαβρωτικής αντοχής μεταξύ των μετάλλων που συνήθως χρησιμοποιούνται είτε στη βιομηχανία είτε στις κατασκευές υπάγονται οι μη κραματούχοι χάλυβες και χυτά υλικά.
Από τις παραπάνω κατηγορίες μετάλλων και κραμάτων ευρύτερα χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις υποκείμενες σε διάβρωση η δεύτερη και η τρίτη κατηγορία. Η πρώτη κατηγορία έχει υλικά με μικρή μηχανική αντοχή και πολύ μεγάλο κόστος, ενώ η τέταρτη κατηγορία έχει υλικά μικρού σχετικά κόστους και υψηλής σχετικά μηχανικής αντοχής τα οποία όμως μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε λειτουργίες χαμηλής διαβρωτικής δράσης.
Αναφορικά με τους χάλυβες έχει ξεχωριστό ενδιαφέρον η επιλογή των κατάλληλων για περιβάλλοντα που περιέχουν υδρόθειο. Οι χρωμιούχοι χάλύβες προτιμώνται σε διυλιστηριακές επεξεργασίες αργού για σωλήνες φούρνων και θερμούς αγωγούς, ενώ οι ωστενιστικοί Cr-Ni χάλυβες επιλέγονται σε διαλύματα υδροθείου με αυξημένη θερμοκρασία και περιεκτικότητα. Σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας αργού και ειδικότερα για την αντιμετώπιση της διαβρωτικής δράσης του θείου ενδείκνυνται οι χάλυβες 12CrMo20,5 και 13%Cr ως πλήρη υλικά ή επιστρώσεις. Για πιο λεπτούς εξοπλισμούς προτιμώνται χάλυβες του τύπου 18/10 CrNi. Πάντως για τις δεξαμενές αποθήκευσης αργού προτιμώνται επιστρώσεις βαφής με βάση ρητίνες από εποξείδια και πολυουρεθάνες.
Μεγάλη χρηστικότητα όμως έχουν στη βιομηχανία και ενισχυμένες πλαστικές ύλες. Έτσι σε έντονα όξινα περιβάλλοντα ενδείκνυται συχνά αντί για πιο ανθεκτικά κράματα να χρησιμοποιούνται σαν υλικά κατασκευής πολυμερή όπως πολυισοβουτυλένιο (PIB), χλωριούχο πολυβινύλιο (PVC), πολυτετραφθωριοαιθυλένιο (PTFE), πολυχλωροτριφθωροαιθυλένιο (PCTFE) και χλωριομένος πολυαιθέρας (CPE).
SeparatorBetweenMainTexts Ρητίνες επίστρωσης
Οι επικαλύψεις των μεταλλικών επιφανειών με ειδικά υλικά αντιδιαβρωτικής προστασίας συνιστούν εδώ και αρκετά χρόνια τη βασική λύση σε δύσκολους αντιδιαβρωτικούς σχεδιασμούς, σε περιπτώσεις όπου όλες οι άλλες παράμετροι που επηρεάζουν τη διάβρωση δεν έχουν περιθώρια βελτιστοποίησης. Οι βασικοί τύποι ρητινών που χρησιμοποιούνται οι εποξειδικές οι πολυεστερικές και οι ρητίνες που έχουν συστατικό φαινόλη ή φουράνιο.
Στις εφαρμογές έχουν επικρατήσει οι δύο πρώτες κατηγορίες. Μια μέθοδος επιλογής των υλικών επίστρωσης είναι ο συνδυασμός των κριτηρίων κόστους με τα κριτήρια της επιβράδυνσης διάβρωσης που επιτυγχάνεται και της θερμικής και χημικής σταθερότητας του προστατευτικού μέσου. Ένας άλλος τρόπος επιλογής της κατάλληλης ρητίνης είναι με τη βοήθεια νομογραφημάτων, στα οποία καταγράφονται ταυτόχρονα η διάρκεια ζωής του υλικού, τα έξοδα του υλικού και τα έξοδα εργασίας.
Ωστόσο μια αναλυτική αξιολόγηση των ρητινών πρέπει να περιλαμβάνει τις παραμέτρους της θερμικής και χημικής σταθερότητας, της μηχανικής αντοχής, των ηλεκτρικών ιδιοτήτων, της επεξεργασιμότητας και φυσικά του κόστους. Αν αθροίσουμε τις επιμέρους βαθμολογήσεις των τεσσάρων κατηγοριών ρητινών που αναφέρθηκαν στα παραπάνω κριτήρια φαίνεται ότι οι πολυεστερικές και εποξειδικές υπερέχουν συνολικά των άλλων δύο.
Πιο συγκεκριμένα οι ρητίνες με φαινόλη ή φουράνιο υστερούν στη μηχανική αντοχή στις ηλεκτρικές ιδιότητες και στην επεξεργασιμότητα., ενώ έχουν καλή βαθμολογία στη θερμική και χημική σταθερότητα. Μεταξύ των δύο ευρέως χρησιμοποιούμενων ρητινών οι εποξειδικές υπερτερούν ελαφρά των πολυεστερικών στη μηχανική αντοχή και στην επεξεργασιμότητα, αλλά υστερούν απέναντί τους στο κόστος.
Ατμοσφαιρική διάβρωση (Εrosion)
Η ατμοσφαιρική διάβρωση επηρεάζει ένα τεράστιο όγκο μεταλλικών κατασκευών βιομηχανικών και άλλων και για το λόγο αυτό η αντιμετώπιση της παίρνει σημνατική προτεραιότητα στο σχεδιασμό των πάσης φύσεως μεταλλικών κατασκευών που εγκαθίστανται σε υπαίθριους χώρους. Η ατμοσφαιρική διάβρωση είναι μια φυσική δράση του μετάλλου η οποία ενεργοποιείται από μια ηλεκτροχημική δράση μεταξύ του μετάλλου και του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντός του.
Η λύση που συνήθως επιλέγεται και για την ατμοσφαιρική διάβρωση είναι η χρησιμοποίηση κατάλληλων επιφανειακών επιστρώσεων. Αυτό αποτελεί σχεδόν κανόνα για τις χαλύβδινες κατασκευές Η αντιδιαβρωτική προστασία των κατασκευών αυτών γίνεται με επιστρώματα τα οποία σε κάποιες περιπτώσεις καταφέρνουν να παρεμποδίσουν την επαφή της μεταλλικής επιφάνειας με το ατμοσφαιρικό διαβρωτικό περιβάλλον δημιουργώντας μια ασπίδα θωράκισης πάνω σε όλη την εξωτερική επιφάνεια της χαλύβδινης κατασκευής και σε άλλες περιπτώσεις ένα λεπτό προστατευτικό επίστρωμα δημιουργείται πάνω στη χαλύβδινη επιφάνεια, από τη χημική ή φυσική δράση ουσιών που αποτελούν συστατικό των επαλειφόμενων επιστρώσεων.
Συνήθης είναι χρησιμοποίηση αντιδιαβρωτικών μέσων που περιέχουν αναστολείς διάβρωσης σε ιοντική μορφή και σταματούν την ηλεκτρολυτική δράση μεταξύ ανόδων – καθόδων. Τα τελευταία χρόνια η τεχνογνωσία στον τομέα αυτό εξελίχθηκε σημαντικά κι έτσι παρασκευάζονται πλέον αντιδιαβρωτικά χρώματα που περιέχουν τους ονομαζόμενους πτητικούς αναστολείς διάβρωσης (Vapour phase Corrosion Inhibitors) στη σύνθεσή τους.
Η δυνατότητα των οργανικών αυτών ενώσεων να διαλύονται στο νερό με υψηλή πίεση ατμών επιτυγχάνει τη διάχυση ιόντων αναστολέα σε κατάσταση ατμών πάνω σε όλα τα σημεία της επιφάνειας του μετάλλου και τη διαμόρφωση μονομοριακού στρώματος σε αυτήν. Η ιδιαιτερότητα των πτητικών αναστολέων διάβρωσης έγκειται στο ότι το στρώμα αυτό αποκαθίσταται και αναπληρώνεται με περαιτέρω συμπύκνωση ατμών.
