Obnašanje različnih materialov v korozivnih razmerah

Korozivne razmere

Izbor materialov za predvideno uporabo je eden najpomembnejših korakov pri načrtovanju, ker ta korak neposredno vodi v varnost in učinkovitost sistema, vendar je pogosto zanemarjen korak, večinoma s povsem ekonomskega vidika. Prednosti izbire kakovostnejših zlitin in protikorozijske zaščite so številne in vključujejo varnost, optimalno delovanje, minimalno vzdrževanje in daljšo življenjsko dobo, kar vodi do znatnega znižanja stroškov.

 Težje zlitine uporabljajte samo za kritične dele!

 Kombinacija različnih materialov je zelo pogosta praksa, najpogosteje kadar izbira zlitine temelji predvsem na stroških in času. Čeprav obstaja veliko inženirskih aplikacij, kjer mešanje različnih materialov ni le možnost, temveč najboljša ali edina rešitev, obstaja veliko storitev, pri katerih se je tej tehniki treba izogibati. Na trgu, Parker pogosto naleti na številne uporabnike, ki se soočajo s težavami s korozijo. V tem primeru je najpogostejša rešitev izbira nove opreme iz korozijsko odpornih materialov, da se izognemo poškodbam sistema zaradi korozije. Prej ali slej je treba dele zamenjati in pri tem se upoštevajo stroški zlitine in njene zamenjave, kar mora biti upravičeno, zato se kupci večinoma odločijo, da bodo bolj kakovostne zlitine postavljali le na kritična mesta.

 Kako opredeliti kaj je kritično in kaj ne?

 Vzemimo za primer merilno cev in vložek/ventil. Naftna in plinska industrija že tradicionalno uporablja milijone tovrstnih instrumentov iz nerjavečega jekla serije 300. Vendar pa so se podnebni in obratovalni pogoji ter geografski položaji zaostrili, z njimi pa tudi merila za načrtovanje, varnostni predpisi in pričakovana življenjska doba. Ta material je bil v ta namen primeren pred 20 leti, danes pa ga ne bi smeli več uporabljati v tako močno jedkih okoljih. Laki, odporni proti koroziji, so na voljo lažje kot kdaj koli prej, njihove izjemne lastnosti pa so sorazmerne s ceno na kilogram. Obstaja splošno mnenje, ki “velike” sestavne dele označuje kot “trajne” in “neuničljive”. Zaradi tega je cev prepogosto označena kot kritičen del (zaradi svoje debeline), pritrdilni element ali ventil pa kot manj kritičen. Iz tega razloga je bila za cev izbrana zlitina višjega razreda, za ventil pa nižja zlitina, toda ali je to pravilno?

Je velikost resnično pomembna? 

Če so instrumentacijski materiali utrpeli le splošno korozijo in niso bili izpostavljeni obremenitvam, kjer bi se korozija lahko stalno kopičila in ušla izpod nadzora, so zgornje predpostavke sprejemljive. Vendar se v resnici instrumentacijski izdelki običajno soočajo z lokalizirano korozijo in mehanskimi težavami zaradi svojih delovnih pogojev.

Tipične okvare v obratih naftne in plinske industrije povzroča lokalizirana korozija, najpogostejši primeri pa so razpoke in luknje. Skupno delovanje korozivnega okolja in prisotnost napetosti, kot so vibracije, lahko v nekaj sekundah povzročijo korozijsko razpokanje in odpoved opreme zaradi utrujenosti. 

Razpoke zaradi korozije v prisotnosti klorida so najboljši primer okvar v bližini obale. Potreben je le prisilni stres, ki bo ustvaril razpoko, ki jo povzročajo kloridi, kar bo še povečalo širjenje razpok. Pri obremenitvi materiala velika debelina ne bo preprečila nastanka razpok, ker nastanejo na molekularni ravni, vendar bo trajalo malo več časa, da bodo razpoke vidne, zato v tem primeru velikost ne igra bistvenega pomena vlogo.

Jedko okolje in utrujenost zaradi vibracij, ki jo povzroča oprema, lahko po 6 mesecih povzročijo razpoke in odpoved opreme. Na sliki je prikazan primer cevne spojke

Material, ki ni primeren za cevi tudi ni primeren za vgradnjo

Za zmanjšanje nepotrebnih obremenitev je potrebno pravilno izbrati materiale in dobro zasnovo zaradi varnosti in prihrankov. Če material ni primeren za izdelavo cevi, ga tudi za druge dele sistema ne smemo šteti za ustreznega, saj so navsezadnje vsi sestavni deli pod enakimi delovnimi pogoji.

V skladu z industrijskimi standardi, kot je NORSOK M-001: “Materials Selection Standard”, je potrebno povsod kjer so različni materiali povezani v cevne sisteme, opraviti oceno korozivnosti. Če obstaja verjetnost galvanske korozije, je treba uporabiti metode za ublažitev. Navaja tudi, da je v primeru galvanskih spojev med različnimi materiali brez izolacije/vdolbine lokalna stopnja korozije med vmesniki približno 3-krat višja od povprečne stopnje korozije. Katodna zaščita v instrumentacijskih sistemih običajno ni stroškovno učinkovita, izolacija ali utor za razdaljo med cevmi in ventili ali armaturami pa pogosto ni vzdržen. 

Povzeto od: Clara Moyano is Innovation Engineer – Material Science at Parker Hannifin, Instrumentation Products Division, Europe.