Il monitoraggio della corrosione rappresenta un elemento imprescindibile nelle industrie ad alta intensità di capitale come quelle del petrolio e gas, della petrolchimica, della chimica e della produzione elettrica. In questi settori, le conseguenze finanziarie derivanti dalla corrosione possono essere disastrose, a causa degli elevati volumi produttivi e degli intervalli prolungati tra le manutenzioni programmate. La rilevazione ritardata di fenomeni corrosivi può infatti tradursi in pesanti sanzioni economiche, fermi operativi non previsti e, nei casi peggiori, in guasti catastrofici che compromettono la sicurezza e l’affidabilità degli impianti. Un monitoraggio attivo, specialmente durante fasi critiche quali avvii o arresti delle linee di produzione, consente di gestire in modo più efficace le condizioni operative transitorie che favoriscono l’accelerazione della corrosione.

L’evoluzione tecnologica ha trasformato il monitoraggio da un approccio tradizionalmente offline a sistemi online e, più recentemente, a tecniche di misura in tempo reale, grazie ai progressi nei sensori, nell’analisi dei dati e nel controllo remoto. Le metodologie moderne, quali la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS), la resistenza di polarizzazione lineare (LPR) e le misure ultrasoniche dello spessore, offrono dati tempestivi e precisi sulle velocità di corrosione e sull’integrità dei materiali. Questo permette interventi di manutenzione proattivi, riducendo al minimo i tempi di fermo e prolungando la vita utile degli asset industriali.

La misurazione sistematica della corrosione e del degrado dei materiali è quindi essenziale per garantire l’integrità e la durabilità delle apparecchiature industriali. Man mano che le operazioni si fanno più complesse, la capacità di monitorare e ispezionare in modo efficace diventa cruciale per proteggere gli investimenti, ottimizzare le strategie di manutenzione e rafforzare la resilienza operativa. I continui sviluppi nelle tecnologie di monitoraggio sottolineano il valore strategico di questa disciplina nella gestione sostenibile dei rischi legati alla corrosione.

Tra gli obiettivi fondamentali del monitoraggio della corrosione emerge innanzitutto la diagnosi tempestiva dei problemi correlati, attraverso la misurazione sistematica dei tassi di corrosione e l’individuazione precisa delle zone critiche di degrado. Questo approccio permette di comprendere le cause alla base del fenomeno corrosivo, anticipando il manifestarsi di guasti gravi e salvaguardando l’integrità degli impianti. Tecnologie avanzate di sensoristica e analisi predittiva offrono una valutazione approfondita delle condizioni corrosive, integrando parametri ambientali, proprietà dei materiali e condizioni operative. Oltre a migliorare la sicurezza, ciò aumenta l’affidabilità delle operazioni e riduce i tempi di fermo.

Un altro scopo fondamentale è la valutazione dell’efficacia degli inibitori di corrosione. L’introduzione di questi composti chimici rappresenta una pratica comune per contenere la degradazione dei materiali, ma il loro impatto deve essere monitorato con attenzione. La misurazione continua prima e dopo l’applicazione degli inibitori consente di valutare il grado di protezione offerto, ottimizzare le formulazioni e i dosaggi, evitando sprechi chimici e riducendo i costi. Inoltre, il monitoraggio aiuta a selezionare il tipo di inibitore più adatto alle specifiche condizioni ambientali e tipologie di materiali, garantendo così una gestione più mirata e efficiente della corrosione.

Il monitoraggio riveste anche un ruolo centrale nell’ambito delle ispezioni basate sul rischio (RBI), ottimizzando la pianificazione della manutenzione e la programmazione delle fermate impianto. Le informazioni precise sullo stato degli asset e sulle aree a maggiore rischio corrosivo permettono di concentrare le risorse sulle componenti più critiche, riducendo la frequenza e l’estensione delle ispezioni superflue. Questo approccio assicura una migliore allocazione del budget manutentivo, minimizza i tempi di fermo non programmati e garantisce un elevato livello di sicurezza operativa, bilanciando le esigenze produttive con quelle manutentive.

È importante comprendere che il monitoraggio della corrosione non si limita a un controllo passivo, ma costituisce uno strumento dinamico e strategico, in grado di influenzare direttamente le scelte gestionali e operative. La sinergia tra dati raccolti in tempo reale, analisi predittiva e interventi mirati crea un circolo virtuoso che contribuisce a una gestione sostenibile degli impianti industriali. Inoltre, la crescente digitalizzazione e l’implementazione di sistemi di intelligenza artificiale promettono di ampliare ulteriormente le potenzialità di previsione e controllo, spostando l’approccio dalla semplice reattività a una vera e propria prevenzione anticipata.

Infine, la complessità degli ambienti industriali richiede una comprensione approfondita delle condizioni locali che influenzano la corrosione, quali composizione chimica dei fluidi, temperature operative, stress meccanici e fenomeni di deposizione superficiale. La capacità di integrare queste variabili nel monitoraggio e nella diagnostica consente di affinare le strategie di intervento, evitando generalizzazioni improprie e migliorando la specificità delle soluzioni adottate.

Come scegliere un sistema di monitoraggio della corrosione: tecniche, strumenti e vantaggi economici

I sistemi di monitoraggio della corrosione variano ampiamente, spaziando da semplici esposizioni a coupon e registratori di dati portatili a dispositivi di sorveglianza sofisticati e completamente integrati, in grado di accedere e gestire i dati da remoto. La complessità di un programma di monitoraggio della corrosione è spesso correlata al suo costo, ma anche i sistemi più semplici possono portare a benefici finanziari significativi. Pertanto, le organizzazioni possono scegliere una soluzione di monitoraggio che si adatti al loro budget, ottenendo comunque miglioramenti misurabili nell'integrità delle strutture.

Un componente fondamentale di ogni sistema di monitoraggio della corrosione è il sensore di corrosione, comunemente noto come coupon strumentato. La natura di questi sensori varia in base alle specifiche tecniche di monitoraggio utilizzate. Le sonde di corrosione recuperabili sono tra i tipi più comuni e possono essere inserite in un singolo accesso ad alta pressione. L'inserimento e l'estrazione di questi sensori in condizioni di lavoro sotto pressione richiedono generalmente strumenti specializzati e personale qualificato per operarli in sicurezza. Una volta installati, i sensori di corrosione devono spesso sottoporsi a una qualche forma di elaborazione dei dati. Questo può comportare filtraggio dei segnali, mediazioni e conversioni delle unità per produrre risultati significativi. In alcuni sistemi di rilevamento della corrosione, un segnale in ingresso deve interagire con la superficie del sensore per generare un'uscita di segnale corrispondente alla corrosione. Storicamente, i sistemi più vecchi utilizzavano cavi elettronici per trasmettere i segnali dai sensori a una centrale di elaborazione dei segnali. Tuttavia, i progressi nell'elettronica hanno portato allo sviluppo di microchip integrati che facilitano la condizionatura e l'elaborazione dei segnali direttamente all'interno delle unità di sensore. Questa evoluzione tecnologica ha anche abilitato la trasmissione wireless dei dati, migliorando ulteriormente le capacità dei dispositivi di monitoraggio della corrosione.

Per un monitoraggio efficace online e in tempo reale, è essenziale un sistema di raccolta dei dati, indipendentemente dal sensore specifico impiegato. Molti impianti utilizzano laboratori portatili progettati per essere intrinsecamente sicuri per la raccolta dei dati. Questi sistemi sono in grado di acquisire i dati di corrosione in modo efficiente, garantendo che le informazioni siano prontamente disponibili per l'analisi. Le misurazioni della corrosione in tempo reale sono estremamente sensibili, con risposte ai segnali che spesso appaiono quasi istantaneamente. Gli studi hanno dimostrato che il grado di danno da corrosione raramente rimane costante nel tempo. Infatti, i programmi di monitoraggio della corrosione in tempo reale, in vari settori, indicano che i danni significativi da corrosione sono più probabili quando i parametri operativi deviano dalle condizioni normali. Queste finestre operative anomale possono essere identificate solo attraverso un approccio di monitoraggio in tempo reale, rendendolo uno strumento inestimabile per prevenire gravi incidenti legati alla corrosione.

Tipicamente, un sistema informatico viene utilizzato per raccogliere, elaborare e gestire i dati generati dai sensori di corrosione. Una tecnica di elaborazione dei dati converte i dati grezzi del monitoraggio della corrosione, che inizialmente hanno un valore intrinseco basso, in informazioni più utili che possano supportare il processo decisionale. Per migliorare la qualità di queste informazioni, i sensori di corrosione possono essere integrati con dati supplementari provenienti da altre fonti pertinenti, come i registri dei parametri di processo e i rapporti di ispezione. Utilizzando tecnologie avanzate di gestione dei database e presentazione dei dati, questo sistema trasforma i dati primari della corrosione in informazioni utili per la gestione, consentendo alle organizzazioni di prendere decisioni informate riguardo al rischio di corrosione e alle strategie di manutenzione.

Quando si stabiliscono strategie di monitoraggio e ispezione della corrosione, è essenziale definire le tecniche specifiche da utilizzare. Queste tecniche possono essere classificate in base al loro grado di invasività—penetrando nell'attrezzatura o nei processi oppure non invasive, che comportano misurazioni prese esternamente. Inoltre, possono essere classificate come continue, che forniscono dati in tempo reale da sonde o sensori esposti a ambienti corrosivi, o periodiche, in cui i dati vengono raccolti a intervalli regolari da sonde o sensori che devono essere estratti per l'analisi, come i coupon di corrosione o i bio-stud. Le tecniche di monitoraggio della corrosione possono essere suddivise in varie categorie, come metodi diretti rispetto a indiretti, intrusivi rispetto a non intrusivi, e online rispetto a offline. Una tecnica è considerata diretta se misura direttamente gli effetti della corrosione, mentre una tecnica indiretta valuta fattori correlati alla corrosione senza misurarla direttamente. Quando si sceglie un approccio di monitoraggio, è fondamentale considerare vari fattori, come gli obiettivi specifici del monitoraggio, l'adeguatezza delle nuove tecniche in relazione alla corrosione prevista, la compatibilità di questi metodi con i protocolli di ispezione e monitoraggio esistenti, e i tipi di sensori disponibili, siano essi portatili o automatici.

Un'ampia gamma di tecniche di monitoraggio può essere utilizzata per valutare la corrosione uniforme o generale. Il monitoraggio di forme localizzate di corrosione, come la pitting, ha storicamente posto delle sfide. Tuttavia, i recenti sviluppi nei metodi elettrochimici, come l'analisi del rumore elettrochimico (EN), hanno reso tale monitoraggio più fattibile. Nonostante questi sviluppi, molti ingegneri non hanno una formazione adeguata in elettrochimica, il che può ostacolare l'adozione di sistemi di monitoraggio elettrochimicamente basati. Tecniche come la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) e l'analisi del rumore elettrochimico (EN) sono particolarmente complesse e, pur semplificando l'interpretazione dei dati attraverso soluzioni software, i principi fondamentali di queste tecniche potrebbero essere scarsamente compresi dai nuovi utenti, specialmente in aree remote.

Il mercato globale per le attrezzature di monitoraggio della corrosione (escludendo le ispezioni) è previsto raggiungere circa 25 milioni di dollari entro il 2025, comprensivo di accessori e strumenti. Negli Stati Uniti, i primi produttori di attrezzature per il monitoraggio della corrosione erano principalmente aziende chimiche specializzate, in particolare quelle coinvolte negli inibitori di corrosione. Queste aziende consideravano il monitoraggio della corrosione complementare ai loro prodotti, promuovendo strumenti in grado di fornire parametri per valutare l'efficacia degli inibitori e ottimizzare i tassi di dosaggio. Inizialmente, la produzione e la fornitura di questi strumenti non erano considerate fonti di profitto, il che ha comportato una limitata disponibilità di finanziamenti e supporto. Tuttavia, l'industria chimica è stata tra i pionieri nell'utilizzare il monitoraggio della corrosione, con diverse grandi aziende che impiegano misurazioni del potenziale elettrochimico per monitorare i materiali passivi. Sebbene questo metodo non fornisse tassi di corrosione, permetteva agli operatori di regolare le condizioni di processo per mantenere la passività del materiale.

Quali sono i principi fondamentali della corrosione e come prevenire il suo impatto nelle industrie?

La corrosione è un fenomeno complesso e diffuso che ha un impatto significativo su molte industrie, causando il degrado dei materiali, perdite economiche e rischi per la sicurezza. Esaminare la scienza che sottende la corrosione, i suoi meccanismi chimici e la sua evoluzione è fondamentale per comprenderne appieno l'importanza e le modalità di prevenzione. La corrosione, inizialmente associata principalmente all'ossidazione dei metalli, oggi abbraccia una gamma più ampia di materiali, inclusi ceramiche, polimeri, compositi, biomateriali e nanomateriali.

La definizione di corrosione proposta dall'International Standard Organization (ISO) descrive questo fenomeno come una reazione fisico-chimica tra un materiale e il suo ambiente, che porta a modificazioni delle proprietà del materiale e spesso al degrado delle sue funzioni, o delle funzioni del sistema di cui fa parte. La corrosione, dunque, è inevitabile per la maggior parte dei materiali e può manifestarsi in molteplici forme a seconda delle condizioni ambientali, fisiche e chimiche.

La corrosione si verifica quando i metalli, per esempio, reagiscono con l'ambiente circostante, cercando di tornare a uno stato più stabile, come ossidi, idrossidi, sali o carbonati. Questo processo è regolato dalla termodinamica, in particolare dalla legge dell'entropia, che implica che i metalli, una volta prodotti e modellati in forme raffinate, tendano naturalmente a ritornare al loro stato originario (come il ferro che ritorna alla ruggine). In natura, è quindi raro trovare metalli puri, poiché questi si combinano facilmente con altri elementi per formare minerali.

Le tecnologie moderne hanno permesso una comprensione più profonda dei processi di corrosione, ma il problema rimane una sfida costante per scienziati e ingegneri. Organizzazioni come NACE International e la European Corrosion Federation hanno svolto un ruolo cruciale nella promozione della ricerca e dell'educazione sulla corrosione, facilitando la collaborazione tra esperti del settore e affrontando i problemi pratici legati alle industrie.

Esistono vari tipi di corrosione, ognuno dei quali è influenzato da specifiche condizioni ambientali, dalle proprietà dei materiali e dalla natura dell'esposizione. Un tipo comune è la corrosione uniforme (o corrosione generale), che si verifica in modo omogeneo sulla superficie di un materiale. Questo tipo di corrosione è relativamente prevedibile, con il materiale che si deteriora gradualmente a un tasso costante quando esposto a ambienti corrosivi, come l'aria, l'acqua o i prodotti chimici. La corrosione uniforme porta generalmente a un assottigliamento del materiale, un fenomeno che può essere contrastato con l'uso di rivestimenti protettivi, inibitori o una corretta selezione dei materiali. Sebbene sia il tipo di corrosione più comune, la corrosione uniforme è spesso la più facile da gestire, poiché la sua velocità di deterioramento è facilmente calcolabile.

Un altro tipo di corrosione è la corrosione da pitting, che è una forma localizzata di corrosione che porta alla formazione di piccole cavità o "pozzetti" sulla superficie del materiale. Questo tipo di corrosione può essere difficile da rilevare inizialmente, ma nel tempo può provocare danni significativi, in particolare in metalli come l'acciaio inox, che sono più suscettibili a questo fenomeno. La corrosione da pitting è particolarmente pericolosa in ambienti contenenti ioni di cloruro, come l'acqua di mare, poiché può penetrare rapidamente nel materiale e provocare il suo cedimento strutturale. Anche se la perdita complessiva di materiale può sembrare minima, la natura concentrata dei pozzetti li rende particolarmente pericolosi.

Un altro aspetto fondamentale da considerare nella gestione della corrosione è l'influenza di fattori ambientali come temperatura, umidità e la presenza di inquinanti industriali. Questi fattori possono accelerare o rallentare i processi di corrosione, ma sono difficili da prevedere in modo preciso. La presenza di inquinanti come gas corrosivi (ad esempio, anidride solforosa o ossidi di azoto) può esacerbare ulteriormente il problema, specialmente in ambienti industriali.

La comprensione e la gestione della corrosione non si limitano alla conoscenza dei vari tipi di corrosione e delle loro cause. È anche essenziale adottare tecniche avanzate per monitorare la corrosione negli ambienti industriali. Tecniche di monitoraggio come sensori elettrochimici, analisi dell'impedenza e l'uso di indicatori di corrosione possono prevedere con precisione i guasti dei materiali, ottimizzare le operazioni di manutenzione e migliorare l'efficienza operativa. Inoltre, la progettazione di strutture e materiali che minimizzano l'esposizione ai fattori corrosivi, come l'uso di rivestimenti protettivi, la selezione di materiali resistenti e la progettazione di strutture con un minor numero di giunzioni e crepe, sono strategie cruciali per prevenire il degrado dei materiali.

Oltre alla comprensione dei meccanismi e delle tecniche di prevenzione, è fondamentale anche riconoscere l'impatto economico ed ecologico della corrosione. Ogni anno, il costo della corrosione per le industrie e le economie nazionali è enormemente elevato. L'interruzione dei processi produttivi, la necessità di manutenzione frequente e i rischi per la sicurezza sono solo alcuni degli aspetti che contribuiscono a tale impatto. La gestione della corrosione, quindi, non è solo una questione di protezione dei materiali, ma anche una questione di sostenibilità e efficienza economica.

Quali sono le cause e le soluzioni per la corrosione nell’industria della carta e della cellulosa?

La scelta del materiale appropriato, capace di garantire una soluzione efficace e duratura in diversi contesti applicativi, rappresenta un vantaggio cruciale per gli impianti industriali. La disponibilità di materiali sotto diverse forme è imprescindibile per progettare sistemi complessi con efficienza. La comprensione dei fattori che determinano la corrosione, insieme alle variabili che la influenzano, in combinazione con la compatibilità delle condizioni ambientali, la selezione dei materiali e un design adeguato, può contribuire significativamente a ridurre i problemi legati alla corrosione.

Nel settore della carta e della cellulosa, i liquidi generati durante il processo produttivo, soprattutto nei metodi Kraft (o solfato) e solfitico, giocano un ruolo fondamentale. Il processo Kraft è quello predominante a livello globale per la produzione chimica della polpa. Esso utilizza principalmente idrossido di sodio (NaOH) e solfuro di sodio (Na₂S), noti come white liquor, per la digestione della materia prima. Durante il ciclo di recupero chimico, la cosiddetta black liquor, contenente residui organici e sali inorganici, viene trattata per riciclare i componenti chimici. La combustione della black liquor produce una fusione chiamata smelt, che una volta diluita con acqua genera il green liquor, costituito principalmente da carbonato di sodio (Na₂CO₃) e solfuro di sodio (Na₂S). Il green liquor viene acidificato per rigenerare il white liquor, che rappresenta la soluzione alcalina più attiva nel processo di sbiancamento.

La corrosione nelle industrie della carta si manifesta in varie fasi, soprattutto in ambienti aggressivi come l’acqua di sbiancamento contenente ipoclorito di sodio, l’acqua di lavaggio e l’acqua bianca, ognuno con differenti concentrazioni corrosive. L’efficacia degli inibitori organici, come lauric hydrazide (LH), undecenoic hydrazide (UDH), anilina (ANI) e para-anisidina (PANI), è stata oggetto di approfondite indagini. La scelta di questi composti si basa sulla loro capacità di adsorbirsi facilmente sulle superfici metalliche grazie alla presenza di eteroatomi e elettroni π, riducendo così la corrosione. Tra questi, il LH emerge come il più efficiente, seguito da PANI, UDH e ANI, sebbene l’efficacia vari in base alla concentrazione e al tipo di liquido corrosivo.

In particolare, PANI mostra una buona efficacia anche a basse concentrazioni in ipoclorito di sodio e mantiene prestazioni elevate nell’acqua bianca. LH invece risulta più efficace a concentrazioni più elevate, raggiungendo un’efficienza superiore all’84% a 500 ppm in acqua bianca. Gli inibitori ANI e UDH presentano un comportamento intermedio. La fase di lavaggio si rivela la più corrosiva, seguita dall’acqua bianca e dalla fase di sbiancamento, dove la corrosione risulta meno intensa. Studi elettrochimici hanno confermato come LH possa raggiungere un’efficacia del 95% nella riduzione della corrosione in acqua bianca. LH e PANI agiscono prevalentemente come inibitori anodici, mentre ANI e UDH manifestano caratteristiche di inibitori misti.

Un altro aspetto rilevante riguarda la corrosione dell’argento, spesso presente nei componenti elettrici dell’industria del legno e della carta. Diversi tipi di corrosione dell’argento sono stati identificati, fra cui la corrosione solforica, causata da gas come H₂S, OCS, CS₂ e SO₂, che portano alla formazione di solfuro d’argento, anche in presenza di quantità minime di H₂S. Questo fenomeno può compromettere la conducibilità elettrica dei contatti argentati, specialmente quando i gas corrosivi fuoriescono da guarnizioni o materiali polimerici vicini.

La formazione di "whiskers" d’argento, sottili filamenti che crescono sulle superfici corrose, si verifica in presenza di uno strato spesso di Ag₂S e temperature elevate, specialmente in zone di contatti mobili e giunti di transito, dove le variazioni termiche favoriscono questa proliferazione. La corrosione dell’argento aumenta la resistenza elettrica, generando calore che accelera ulteriormente il degrado e la formazione dei whiskers. Altri tipi di corrosione dell’argento, come la corrosione da sottostrato e la corrosione da "red plague", influenzano anch’essi le proprietà dei materiali e la durata dei componenti.

La complessità dei processi chimici, la varietà dei liquidi corrosivi e la molteplicità dei materiali impiegati richiedono un’approfondita conoscenza dei meccanismi di corrosione e delle strategie di mitigazione. Oltre alla selezione di inibitori efficaci, è fondamentale considerare il controllo delle condizioni operative, quali pH, temperatura e concentrazione di agenti corrosivi, oltre all’adozione di rivestimenti protettivi e tecnologie di manutenzione preventiva.

Comprendere che la corrosione è un fenomeno multifattoriale, dipendente da interazioni tra ambiente, materiali e processi, permette di progettare sistemi più resilienti e sostenibili nel tempo. L’attenzione ai dettagli, come la compatibilità chimica degli inibitori con i liquidi di processo e la valutazione delle condizioni di esercizio, è essenziale per ottimizzare la durata e la sicurezza degli impianti nell’industria della carta e della cellulosa.

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