Upload
buikhanh
View
236
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
Korozija u sistemima grejanja i hladjenja
Obrada inž Dušan Bačić
Korozija se javlja u velikom broju tipova, od čega je izvestan broj mehanizama korozije dobro proučen. Kod
svakog tipa korozije, proces proučavanja je veoma složen, uključuje različite faktore, i varira u zavisnosti od
vrste metala i specifičnih radnih uslova. Ipak, koroziju je još uvek teško kontrolisati, i ona predstavlja
ozbiljnu pretnju za većinu cevnih sistema. Kada se jednom pojavi, korozija stvara probleme u radu sistema
kao i dodatne troškove u zavisnosti od stepeno ozbiljnosti oštećenja.
UOBIČAJENI PROBLEMI
Pregled šest tipova korozije koji se najčešće javljaju kod HVAC (grejanja i hladjenja) sistema i sistema za
procesnog hlađenja može da pomogne u razumevanju krajnjih posledica delovanja korozije. Tipovi korozije
su:
OPŠTA KOROZIJA
Opšta korozija, korozija koja u tankom sloju prekriva čitavu površinu metala sa
malim ili bez lokalizovanih probijanja površine metala. Od svih tipova korozije ovaj
najmanje oštećuje metal. Do pojave opšte korozije najčešće dolazi u sredinama u
kojima je stepen korozije bitno nizak ili je pod kontrolom – kao što je slučaj kod
hemijski tretiranih zatvorenih cirkulacionih sistema, kao i kod nekih otvorenih
sistema.
Ovo je jedini tip korozije kod koga je moguće na osnovu podataka o gubicima težine
metala, podataka o oštećenjima metala ili ultra-zvučnih testova izvršiti pouzdanu
procenu stepena korozije i procenu dugovečnosti cevi. Vidi foto galeriju na kraju
teksta
PUKOTINSKA
KOROZIJA
Često se naziva "korozija ispod naslaga". To je lokalizovana korozija koja duboko
prodire u metal, a oko koje se nalaze manje naslage opšte korozije. Usled stvaranja
naslaga na površini metala, pojave elektro disbalansa ili nekog drugog inicijalnog
mehanizma, sav postojeći korozivni potencijal napada pojedine delove površine
metala.
U većini slučajeva, pukotine zahvataju čitavu površinu metala, čime dolazi do
stvaranja neravnina ili grubog profila površine metala. U drugim slučajevima,
pukotine su koncentrisane u specifičnim oblastima, dok najveći deo površine metala
deluje nedirnuto.
Do pojave pukotinske korozije najčešće dolazi u sredinama gde je hemijski zaštitni
sloj nepotpun, gde se na površini cevi nalazi sloj prljavštine, gvožđe oksida,
organske ili neke druge supstance koje deluju kao izolacija ili barijera. Preovlađuje
kod galvanizovanih čeličnih cevi, gde svako oštećenje galvanizujućeg sloja stvara
uslove za pojavu pukotina. Pukotinska korozija može propratno da se javi kod:
korozivnih naprslina, korozije vodenih linija, korozije ispod naslaga, udara ili
erozivne korozije, i ćelijske korozije.
GALVANSKA
KOROZIJA
Ovo je agresivan i lokalizovan tip korozije koji uzrokuje elektro hemijska reakcija
do koje dolazi između dva ili više različitih metala u elektro provodljivoj sredini.
Nastaje tako što elektro negativni materijal (anodu) privlači elektro pozitivan
materijal (katoda).
Najčešći primer takve vrste korozivne aktivnosti, koja se javlja u HVAC sistemima i
kod rada procesnih postrojenja, predstavlja direktna veza mesinganih ventila na
ugljenične čelične cevi, ili vezu između bakarnih i čeličnih cevi – gde se čelik
ponaša kao anoda, a mesing ili bakar kao katoda. Ugljenične čelične cevi , bez
zaštite galvanskog izolatora, će u takvim uslovima pokazati najviši stepen korozije –
koji se obično razvija tokom dužeg vremena.
Pojava galvanske korozije je relativno u slučajevima kada postoji opšta korozija
sistema – ona je slaba ili je uopšte nema u slučajevima postojanja opšte korozije. U
uslovima jake opšte korozije, galvanska korozija može da bude jako agresivna –
čime je problem korodiranja cevi dodano pogoršava na spojevima – što je inače
najugroženija zona cevovoda.
Dok se galvansku koroziju generalno smatra da napada samo slične metale, pod
određenim uslovima kod sličnih metala može da se izmeri razlika napona u
milivoltima. Novo ugrađena čelična cev je često daleko elektro negativnija od
postojeće stare cevi, i zbog toga na njoj može da dođe do galvanskih oštećenja. Vidi
foto galeriju.
MIKROBIOLOŠKA
KOROZIJA
Mikrobiološka korozija (MIC) je za sada, najopasniji vid korozije i ozbiljna pretnja
za HVAC sisteme. Dokumentovane su vrednosti korozije od 100MPY(mils per year)
(2.54mm). MIC prouzrokuje prisustvo različitih mikrobioloških agenasa u posebnim
uslovima sredine – u nekim slučajevima rezultira oštećenjima cevovoda koji
zahvataju velike površine a do kojih dolazi tokom nekoliko godina.
Prisustvo MIC korozije najčešće ukazuje na ozbiljnu pretnju za čitav sistem – što
zahteva detaljno čišćenje i sterilizaciju kao i velike troškove. Iz većine sistema
napadnutih MIC korozijom ona ne može da se eliminiše, a sistem će patiti od
visokog stepeno korozije i velikog broja pukotina do kraja svoj životnog veka.
MIC proizvodi velike i duboke pukotine pošto mikroorganizmi koriste gvožđe kao
izvor energije (često kao alternative kiseoniku), i kroz proizvodnju jako korozivnih
metaboličkih nus proizvoda kao što je sumporna kiselina –koja dalje pomaže
mikroorganizmima u razgradnji metalnih cevi. MIC se javlja u određenom stepeno
intenziteta u svim cevnim sistemima, a ne isključivo kod cevnih sistema od
ugljeničnog čelika ili otvorenim kondenzacionim sistemima.
MIC se ređe javlja u zatvorenim cevovodima u kojima se nalazi hladna voda, u
vrelovodnim sistemima grejanja i PTV sistemima, a zabeleženo je da uništava bakar,
mesing i cevi od nerđajućeg čelika.
EROZIVNA
KOROZIJA
Ovo je postepeno i selektivno uništavanje površine metala usled mehaničkog
habanja i abrazije. Pojava se pripisuje se pojavi zarobljenih vazdušnih mehurića, i
suspendovanih čestica koji se kreću određenom brzinom.
Erozija je slična udarima, i primarno se javlja na kolenima i račvama cevi, ili u
oblastima gde voda naglo menja smer kretanja. Mekši metali kao su bakar ili
mesing su daleko podložnije eroziji nego što je to slučaj sa čelikom.
Veliki pritisak u cevima doprineće eroziji ugljeničnog čelika. Mada najčešće ne
predstavlja problem kod većine HVAC sistema usled brzine vode u njima, visok
stepen korozije i velika količina čestica gvožđe oksida pod određenim uslovima
mogu da dovedu do pojave erozije. Dokumentovana je pojava erozija na dnu lakta
ili posle višestrukih oštrih krivina cevovoda.
CUI KOROZIJA
(KOROZIJA ISPOD
IZOLACIJE)
Poznata kao korozija ispod izolacije, CUI predstavlja ozbiljnu pretnju za svaki
cevovodni sistem ili rezervoar kod kojih su fluidi na niskim temperaturama i koji se
nalaze u vlažnom okruženju. U odsustvu efikasne zaštite od vlage i zaštitnog sloja
kojim je obložen metal, sva vlaga koja se javlja direktno će prodirati kroz fiberglas
ili izolacionu penu i kondenzovaće se na površini metala.
Često se dešava da se vlaga akumulira, potklobučuje izolaciju i razara je. Ovo
efikasno dovodi do stvaranja problema na površini cevi, i dovodi do pojave korozije.
U uslovima spoljne sredine, vlaga, kiša, sneg i led mogu takođe da probiju izolaciju
usled fizičkog oštećenja, habanja, ili usled činjenice da spojevi metala nisu zaptiveni
zaštitom.
CUI se često javlja u cevovodima hladne pijaće vode, kondenzacionim sistemima, a
posebno u cevovodima sa vodom za hlađenje – posebno je izražena na hladnoj
napojnoj strani cevovoda. Stepen izraženosti CUI tipa korozije zavisi od kombinacije
temperature cevi, debljine izolacije, debljine kamenca i vlažnosti.
U slučajevima ekstremno visoke vlažnosti, CUI korozija će se javiti na tipično toplim
kondenzacijama na cevovodima. Suprotno ovome, ekstremno niske temperature u
nekim slučajevima mogu da dovedu do pojave spoljnog pucanja čak i kod suvih
atmosferskih uslova.
CUI korozija obično ostaje sakrivena sve dok ne dođe do pojave ozbiljnih oštećenja
cevi, što dovodi do pojave mrlja na izolacionom materijalu, ili oštećenja. U brojnim
slučajevima, CUI korozija može da premaši stepen fizičkog oštećenja koje uzrokuje
unutrašnja korozija loše održavanog otvorenog kondenzatora ili sistema za
procesno hlađenje. Vidi foto galeriju
Navedeni uslovi koji dovode do nastanka opšte korozije, mikrobiološke MIC korozije, stvaranja pukotina
ispod naslaga prljavštine, i galvanska korozija, su za sada tipovi korozije koje najviše oštećuju cevi. Obzirom
da je njihovo agresivno delovanje lokalizovano i da napadaju površine cevi na specifičnim mestima gde
dolazi do velikih oštećenja zidova cevi, ovakve tipove korozije je najteže eliminisati.
PRIMERI KOROZIJE
CorrView International nudi seriju fotografija snimljenih tokom 10 godina tokom ultrazvučnih ispitivanja
cevi. Pregled različitih tipova korozije je od velike koristi tokom početnog određivanja uzroka korozije.
Međutim, u velikom broju slučajeva, u samim sistemima se javlja kombinacija uslova koji uzrokuju pojavu
korozije – zbog čega je neophodno sprovoditi odgovarajući monitoring na dovoljnom broju lokacija unutar
sistema kako bi se omogućila pouzdana procena stepeno korozije.
Dok je kontrolisanoj opštoj koroziji potrebno više desetina godina da dovede do manjih operativnih
problema, agresivne i lokalizovane korozije, kao što je korozija ispod naslaga I MIC korozija, mogu da
ubrzaju proces zamene cevi na svakih par godina – ponekad sa malo indicija da postoje problemi. Na pojavu
pukotina se često sumnja kada izmereni stepen korozije prelazi 5 MPY (127µm), ili kada variranje debljine
zida cevi od najdeblje do najtanjeg iznosi više od 0.050 in.(1.27mm), U takvim slučajevima neophodno je
odmah ukazati na pojavu problema.
Treba naglasiti da neki mehanički, projektni kao i faktori vremena mogu takođe dovesti ili doprineti pojavi
oštećenja sličnih onima koje izazivaju same jake korozije ili pucanja. Zbog toga je neophodno sprovesti
različite vrste ispitivanja kako bi se pravilno identifikovali problemi i oštećenja cevi.
Foto galerija
Izbor fotografija snimljenih tokom više godišnjeg ultra zvučnog testiranja cevi kao i
tokom vizuelnih inspekcija. Fotografije ilustruju različite oblike korozije koji se
najčešće javljaju u HVAC sistemima.
Moguće je garantovati da se neki tipovi korozije i u određenoj meri nalaze u svim
sistemima sa vodenom cirkulacijom. Ali dok koroziju nije moguće u potpunosti
sprečiti, moguće ju je kontrolisati kako problemi koje ona stvara ne bi dostigli nivo
koji je prikazan na priloženim fotografijama.
Opšta korozija – Ovaj 40 godina star
uzorak cevi prečnika 8 in(203.2mm).
debljine SCH80(debljina zida cevi
prema ASME), bez obzira na uočljive
naslage gvožđe oksida i ravnomerno
oštećenje, biće još dugo u upotrebi.
Cev je očišćena uz pomoć vodenog
mlaza visokog pritiska i vraćena je u
rad preostale debljine od oko SCH40.
Galvanska korozija – Veoma čest se
javlja na spoju između cevi od
ugljeničnog čelika i ventila od mesinga
ili bakra usled nepostojanja galvanskih
izolatora.
Kod kombinacije debljine cevi SCH40 i
blage korozije, galvanska korozija će
dovesti do prevremenih oštećenja cevi
tokom perioda 6-10 godina.
Korozija ispod naslaga – Oštećenje koje
se najčešće ustanovljava ultra zvučnim
pregledom, moguće uočiti očuvane
delove cevi i pored njih delove sa
velikim stepenom oštećenja.
Češća je na dnu horizontalnih linija na
nižim spratovima gde je protok fluida
najsporiji.
Potpuno uništenje spojnice –
Potencijalno najgori scenario, ova
spojnica debljine 1 in(25.4mm). Na
ispustu iz glavnog 24 in(609.6mm). voda
kondenzatora potpuno je korodirala i
odvojila spojnicu od sistema.
Posledica korodiranja i uništavanja
spojnice je zadržavanje vode na 12
spratova.
Galvanska korozija – Kombinacija
prodiranja vode kroz izolacioni sloj sa
gornje strane cevi i galvanske aktivnosti
koja je potpuno uništila ovaj nosač cevi.
Ozbiljna oštećenja zida cevi su uočljiva
u neposrednoj blizini nosača cevi što za
posledicu ima potrebu za zamenom cevi.
Galvanska korozija – Drugi primer jake
korozije koji se obično javlja na spoju
mesing/ gvožđe.
Pri slabijim stopama korozije, gal.
korozija je zanemarljiva, ali njen uticaj
raste kada stopa korozije preraste 5
MPY.( 127µm/god)
Korozija ispod naslaga – Uzrok pojave
su ili korozivne ćelije ili MIC korozija,
veliko razaranje zidova cevi ispod
naslaga rđe – poznatijih kao
protuberance.
Takva lokalizovana i duboko prodiruća
korozija može lako da premaši vrednost
od 25 MPY(635µm/god), i za manje od 5
godina uništi cevi većeg prečnika.
Izolacija / Galvanska – Vlaga koja je
prodrla kroz izolaciju ove cevi stvorila
je uslove za pojavu spoljne korozije na
čeličnoj cevi.
Spoljna vlaga takođe doprinosi
korodiranju spojeva usled galvanske
aktivnosti između mesinganog ventila i
čelične cevi.
Oštećenje ispod izolacije – Oštećenje
fiberglasa oko cevi omogućava vlazi da
prodre do cevi i ozbiljno je ošteti u
pojedinim lokalizovanim delovima.
Često se uzima kao primer dejstva
korozije; ova bakarna cev je jako
oštećena i potrebno ju je zameniti.
CUI korozija – Često se ustanovljava
posle uklanjanja cevne izolacije, kiša i
sneg prodiru kroz izolaciju i uzrokuju
oštećenja zida cevi.
Stvara probleme na dva mesta, i može
tokom vremena da dovede do ozbiljnih
problema.
Lokalizovane pukotine – Delimično
napunjeni vodeni sistemi dovode do
pojave oštećenja zida cevi posebno na
dnu.
Kod ovog sistema za protiv požarnu
zaštitu, testovi su pokazali da je posle 25
godina cev na vrhu gotovo nova, na
levoj strani slike. Vlažni donji deo cevi,
zato, na desnoj strani slike, je totalno
uništeno.
Korozija ispod naslaga – Stepen
razaranja zida cevi ispod gomila
naslaga je proporcionalan obimu ili
količini unutrašnjih naslaga. Razaranje
zida cevi u vrednosti 0.100 in(2.54mm).,
može da se pretvori u talog gvožđe
oksida debljine 2 in(50.8mm).
Ova fotografija pokazuje opasnost od
velikog razaranja zida cevi usled
smanjenja protoka zbog prisustva
debelih naslaga.
CUI korozija – gornja strana cevi često
trpi daleko veća spoljna oštećenja
metala usled kombinovanog uticaja
kondenzacije vlage, direktne infiltracije
vode i oštećenja izolacije.
Ovakva teška oštećenja se otkrivaju
najčešće posle pojave curenja.
Lokalizovana korozija – Dobar primer
koji prikazuje taloženje čvrstih čestica
duž dna cevi koje uslovljava pojavu
pucanja ispod naslaga.
Testovi su pokazali da su strane cevi
dobro očuvane kao prema specifikaciji
proizvođača dok su dno i delovi pri dnu
potpuno izbušeni.
Galvanska korozija – Na pojavu
galvanske korozije se često sumnja na
mestima gde se kao spojnice koriste cevi
debljine 10SCH.
Dodatno razaranje debljine zidova cevi
može da se pripiše uticaju mesinga na
ugljenični čelik, što na spoju iznosi 60%
i dovodi do preranog curenja cevi.
Korozija ispod naslaga – Unutrašnjost
cevi ne mora u potpunosti da bude
prekrivena naslagama u vidu kvrga da
bi došlo do pucanja cevi.
Ovde se korozivne ćelije mestimično
pojavljuju duž čitavog dna ove
galvanizovane cevi, što će u roku od dve
godine dovesti do pucanja cevi.
Pukotinska korozija – Jedan cevni
nastavak i u neposrednoj blizini 5 rupa,
na kojima dolazi do curenja potvrđuju
postojanje ozbiljnog problema sa
korozijom na ovom delu PPZ sistema.
Čitavu stvar dodatno otežava originalna
debljina cevi 10SCH, gde je moguće
tolerisati malo razaranje zida cevi do
dostizanja minimalno dozvoljena
vrednost.
MIC korozija – Ova fotografija
snimljena na dnu rashladnog tornja
prikazuje velike i koncentrisane
pukotine. Prsteni smeđe rđe oko svake
rupice su prirodna posledica korozije.
U vreme snimanja ove fotografije,
sumnjalo se da je MIC korozija uzrok
oštećenja, mada nije zvanično
potvrđeno.
CUI korozija – Slično unutrašnjoj
koroziji, spoljna korozija uzrokovana
kondenzacijom vlage može da se javi u
vidu dubokih ili sporadičnih pukotina,
ili, kao što je prikazano – uništavanje
čitave površine metala.
Pošto je gustina oksida gvožđa 25 puta
manja nego gustina čelika, to često
ukazuje na postojanje većih oštećenja
od realnih. CUI predstavlja najveću
pretnju za cevi manjeg prečnika, ali
može čak i da umanji i radni vek cevi
velikog prečnika.
Korozija ispod naslaga – Cev
nastavljena na 6 mesta, i 3 aktivna
curenja duž jedne sekcije cevi dužine
18 ft(5.4m). , debljine 6 in(152.4mm).
sugerišu na postojanje ozbiljnih
problema sa korozijom. Međutim,
problemi nisu uočeni na drugim
mestima u okviru istog sistema, a UZ
testovi nisu registrovali razaranja
zidova cevi.
Problem je identifikovan kao taloženje
čvrstih čestica u baj-pasu od napojne ka
povratnoj strani.
Velike rupe – Neobjašnjiva pojava rupa
na ovom relativno novom rashladnom
tornju koji je u radu tek nekoliko
sezona.
Analiza oštećenja je pokazala dejstvo
kombinacije MIC korozije i
metalurškog defekta u samoj izradi
čelične cevi.
Galvanizovana cev- Tokom 62 godina
upotrebe u Njujorškom vodovodu ova
8 in(203.2mm). galvanizovana cev ovako
izgleda.
UZ testovi su ukazali na postojanje
dubokih pukotina ispod naslaga i opšti
nivo korozije od blizu 3.5 MPY
(88.9µm/god). Korozija je
prouzrokovala sužavanje cevi i pojavu
rupa.
Debele naslage – Uobičajeni vid korozije
kod cevi koja je dugo u upotrebi.
Ova galvanizovana čelična cev je jedva
prepoznatljiva,debljina akumuliranog
taloga približno iznosi 1 in.(25.4mm), u
cevi prečnika 6 in(152.4mm). Problem
je uočen onda kada je došlo do pojave
rupa na spojevima, a UZ testovi su
pokazali da je preostala debljina cevi
iznosi samo 0.050 in(1.27mm).
Korozija ispod izolacije- Visoka
vlažnost u kombinaciji sa
temperaturom vodovodske vode od 42 º
F(5.55°C) , debljinom fiberglasa od 1
in(25.4mm) i nedostatak zaštite od pare
umanjili su životni vek ovog dela
cevovoda na period kraći od 8 godina.
Ovo predstavlja dramatično oštećenje u
odnosu na druge delove istog cevovoda
– čiji je radni vek procenjen na više od
30 godina.
Cev debljine 10 / Pukotinska korozija –
Najmanje 15 nastavaka cevi na sekciji
dužine 21 ft(6.4m). cevi 2-1/2 in
(63.5mm), sugeriše na jaku koroziju.
UZ testovi su međutim ustanovili da
debljina cevi u nekim delovima ovog
sistema iznosi SCH 10.
Realno gledano, cev je bila u radu 18
godina, i došla je do kraja svog radnog
veka.
Pukotinska korozija – Duboka
naprsnuća se prvo javljaju na
cevovodima manjeg prečnika pre svega
zbog tanjeg zida cevi. Ta činjenica
prvenstveno treba da ukaže na moguće
probleme u sistemu, nego na neki
lokalizovani problem.
Oštećenje na sredini cevi ukazuje na
daleko ozbiljnije probleme nego što su
oni na spojevima.
Oštećenja tkz. krova cevi usled
nepovoljnih atmosferskih uslova –
Jedan od korozivnih problema koje je
najlakše izbeći ali jedan od najčešćih, za
zaštitu cevi od spoljašnjeg razaranja
potrebno je samo redovno održavanje.
Spoljašnja korozija će često umanjiti
radni vek cevi na pola, i dovesti do
neočekivanog razaranja. Neophodna je
redovna inspekcija i održavanje.
Decinkfikacije – Tipične naslage koje
nastaju posle decinkfikacije mesingane
cevi usled starosti i/ili agresivne vode u
sistemu.
Tokom godina cink u leguri metala se
razlaže, nestaje iz bakra. Javljaju se
duboke pukotine i cev postaje porozna
dok ne dođe do curenja, a ostaju tragovi
korozije.
Galvanska korozija – Čest problem na
mestima spojeva mesinga/bakra sa
čelikom. Pod određenim uslovima, kao
što je ovde prikazano, može da se javi i
na spojevima čelik/čelik – gde se nova
cev spaja sa starom, i gde se javlja
različita vrednost uzemljenja.
CUI korozija – Problem čest kod
primera gde je su veoma hladne cevi u
kombinaciji sa velikom vlagom i slabom
izolacijom.
CUI korozija je daleko opasnija za
vodovodne cevi nego što je to slučaj sa
normalnom internom korozijom.