Proces navrhování zařízení odolných proti korozi v náročných průmyslových prostředích

OBRÁZEK 1: Kromě chemického složení použitých materiálů mohou korozi průmyslových zařízení vyvolat mechanické faktory, včetně faktorů okolního prostředí OBRÁZEK 1: Kromě chemického složení použitých materiálů mohou korozi průmyslových zařízení vyvolat mechanické faktory, včetně faktorů okolního prostředí

Antikorozní technologie zahrnují metody aktivní i pasivní ochrany.

Kovové povrchy průmyslových zařízení jsou ohroženy korozí, která může vést k nevratnému poškození konstrukce zařízení, nebo dokonce k jeho poruše. Koroze způsobuje v průmyslových odvětvích po celém světě ztráty v řádu miliard dolarů ročně. Výrobci musejí zajistit, aby jejich zařízení byla v maximální možné míře chráněna před účinky koroze.

Technologie pomáhají podnikům chránit zařízení a zajišťovat jejich nepřetržitý a bezpečný provoz. Probereme si hlavní příčiny koroze a navrhneme způsoby, jak se s touto výzvou v náročném a agresivním průmyslovém prostředí vypořádat.

Norma ISO 9223 pro korozi kovů a slitin specifikuje dvě metody hodnocení korozní agresivity atmosféry v místě. Norma specifikuje kategorie koroze na základě atmosférické vlhkosti a znečištění.

Kategorie C1, C2, C3, C4, C5 a CX, přičemž CX je nejnepříznivější, jsou přiřazeny různým vnitřním a venkovním místům na základě zkoušek provedených na daném místě a dle výpočtu koeficientu ochrany pro dané prostředí. Během zkoušek se zaznamenává rychlost usazování korozivního materiálu. Tabulka 1 uvádí kategorie koroze, které jsou použitelné pro různé vnitřní a venkovní aplikace.

Norma ISO 9226 rovněž definuje kategorie korozní agresivity C1, C2, C3, C4 a C5 pro některé standardní kovové vzorky na základě jejich korozní agresivity, jak je uvedeno v tabulce 1.

PLE2204 MAG MOXA Corrosion CHART 1TABULKA 1: Norma ISO 9223 zabývající se problematikou koroze kovů a slitin specifikuje dvě metody pro hodnocení korozní agresivity atmosféry v daném místě. Všechny obrázky poskytla společnost Moxa

Výrobci zařízení mohou kategorie korozní odolnosti definované normou ISO 9223 použít jako základ pro výběr optimálního, korozně odolného materiálu nebo pro zavedení ochranných opatření pro svá zařízení. Norma ISO 9223 nebere v úvahu konstrukční řešení a způsob provozu výrobku, což může rovněž ovlivnit jeho odolnost proti korozi.

Vědecké poznatky o korozi

Koroze je chemická reakce, ke které dochází při chemickém napadení exponovaných povrchů kovů plyny nebo kapalinami, což vede k oxidaci kovů. Ačkoli některé kovy mají vrozenou schopnost odolávat korozi, vysoké teploty a přítomnost kyselin a solí v prostředí mohou korozi kovů urychlit. Kromě toho kov, jenž je vysoce aktivní, má tendenci snadno korodovat. Koroze narušuje stabilitu kovů a vyvolává v nich entropické změny.

Kromě složení použitých materiálů mohou korozi průmyslových zařízení vyvolat mechanické faktory, včetně faktorů okolního prostředí. Trvalé zatížení nebo namáhání strojní součásti či spoje může urychlit degradaci součásti a vyvolat tak tvorbu koroze. Plyny a kapaliny přítomné v provozním prostředí mohou být spouštěčem koroze nebo urychlovat opotřebení kovových povrchů.

V typickém průmyslovém prostředí se vyskytuje mnoho korozivních prvků, jako je voda, kyslík a oxid uhličitý. Kromě toho řadíme mezi vysoce korozivní prvky také chlor a sulfidy. Extrémně přilnavá povaha těchto prvků z nich činí klíčové spouštěče koroze kovů. Dalším faktorem, který vyvolává korozi v průmyslovém prostředí, jsou vysoké provozní teploty. Průmyslové výrobky jsou obvykle navrženy bez ventilátoru, jenž napomáhá udržovat stabilitu systému. Provozní prostředí s trvale vysokými teplotami však může urychlit proces koroze kovů.

Prevence tvorby koroze v průmyslu

Koroze představuje vážnou hrozbu pro průmyslová zařízení a způsobuje funkční a konstrukční poškození. Vzhledem k tomu, že se stále více průmyslových činností odehrává v nepříznivém a agresivním prostředí, roste poptávka po výrobcích navržených tak, aby odolávaly korozivním účinkům přírodních živlů, jako je prach, vítr, déšť, sůl a sníh. Moderní technologie dosáhly značného pokroku při snižování účinků koroze a v mnoha případech ji oddalují, což přináší výhody průmyslovým provozovatelům. Kromě toho stojí antikorozní techniky jen zlomek ceny odpovídající výměně poškozeného zařízení.

Dvě hlavní výhody průmyslových zařízení odolných proti korozi:

Vyšší provozní výkonnost: Čím stabilnější je výrobek, tím přesnější a preciznější jsou výsledky aplikace. Mnoho průmyslových výrobků vyžaduje nepřetržitý provoz zařízení, někdy i v těch nejnáročnějších podmínkách.

Korozivzdorné zařízení je zárukou stabilního provozu a vyšší výkonnosti, což následně vede k růstu produktivity.

Nižší náklady na údržbu a delší životnost: Před nástupem technologie internetu věcí se mnoho průmyslových odvětví spoléhalo na lidskou práci při kontrole a údržbě provozních přístrojů a zařízení. Ačkoli tento nákladný obchodní model již není nutný, protože zařízení a vybavení umístěná i v těch nejvzdálenějších a nejodlehlejších oblastech lze snadno kontrolovat a udržovat pomocí řešení vzdáleného monitorování, navrhováním zařízení odolných proti korozi a používáním antikorozní ochrany lze prodloužit jejich životnost a výrazně tak snížit náklady na údržbu.

Mezi rozhodující aspekty prevence koroze průmyslových zařízení patří výběr vhodných materiálů, které odpovídají prostředí použití, navrhování výrobků s cílem minimalizovat korozi, používání výrobních technik, jež zabraňují korozi, a využívání vnějších mechanismů k ochraně průmyslových zařízení.

Výběr materiálu

Výběr správných materiálů je klíčovým faktorem pro účinnou prevenci tvorby koroze na zařízení. Norma ISO 9223 definuje kategorie korozní agresivity, které lze použít jako vodítko při výběru materiálů a jejich kombinaci. Přestože je obtížné najít materiály, které jsou stoprocentně odolné vůči účinkům korozních prvků, pečlivý výběr materiálů, zejména při jejich kombinaci ve výrobku, může výskyt koroze výrazně omezit. Správné pochopení korozního procesu v kovech a znalost jejich mechanických vlastností a pevnosti kovu potřebné k odolávání účinkům koroze jsou při navrhování zařízení odolných proti korozi velmi důležité.

Když se ve výrobku spojí dva heterogenní materiály, dochází mezi nimi k pohybu volných elektronů, které v dlouhodobém horizontu způsobují korozi. Pokud mají oba kombinované materiály vysoký rozdíl elektrických potenciálů, je pravděpodobnost tvorby koroze mnohem vyšší. Výrobci zařízení proto musejí pečlivě vybírat materiály používané při výrobě průmyslových zařízení. Měli by vybírat materiály, které odolávají korozivnímu prostředí, jež se vyznačuje vysokou teplotou, vlhkostí a vysokými hodnotami pH. Výrobci by měli při jejich kombinování volit materiály s nižšími rozdíly elektrických potenciálů.

Design výrobku

Konstrukční prvky, kterým není věnována náležitá pozornost, se mohou ukázat jako slabý článek protikorozní ochrany. Při navrhování výrobků by měli strojní inženýři úzce spolupracovat s korozními inženýry, aby se vyhnuli tvorbě spár a přetížených konstrukcí, které by mohly vyvolávat důlkovou (bodovou) korozi. Lokálně se vyskytující důlková koroze by se mohla rozšířit a pokrýt větší plochu, čímž by se urychlilo poškození výrobku. Například důlková koroze se může urychlit a způsobit strukturální poškození zařízení, když se dostane do kontaktu s chloridy ve vzduchu.

Mezi další konstruktérské metody, které mohou pomoci zabránit tvorbě koroze, patří:

  • zvětšení tloušťky jednotlivých konstrukčních dílů zařízení, aby se zohlednily účinky koroze a tím se prodloužila životnost zařízení;
  • použití podobného materiálu v celém zařízení, aby se zabránilo galvanické korozi;
  • minimalizace rozdílů povrchových teplot u zařízení vystavených extrémně vysokým/nízkým teplotám;
  • zamezení koncentrace napětí na určitých částech zařízení;
  • zamezení kontaktu s jinými korodujícími částmi nebo zařízením.

Při potlačování účinků korozivních prvků hraje roli také lokalita a způsob, jakým je výrobek instalován a používán. Konstruktéři průmyslových výrobků by měli tyto faktory při navrhování a rozmístění zařízení pečlivě zvážit.

V případě vysoce korozivního scénáře je posouzení pracovního prostředí a identifikace existujících korozivních faktorů prvním krokem při navrhování výrobku. Použití materiálů vhodných pro dané aplikační prostředí a vyladění výrobního procesu může pomoci zajistit vlastní ochranu proti korozivnímu prostředí. Pokud je provozní prostředí příliš agresivní a přesahuje možnosti, které většina kovů snese, pak je jedinou eventualitou použití externích metod ochrany. Ideální řešení pro zvýšení odolnosti konstrukce průmyslového zařízení a posílení stability výrobku by mohl představovat integrovaný mechanismus ochrany, například kombinace katodické a anodické metody ochrany.

Vic Chen, autor článku, je vedoucí inženýr a Alber Lin je asistent manažera ve společnosti Moxa.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz