Wykorzystanie systemów monitorowania korozji w przemyśle naftowym i gazowym

Przemysł naftowy i gazowy, znany ze swojej konserwatywnej natury, początkowo podchodził sceptycznie do wykorzystywania sprzętu, który obiecywał dostarczanie danych o korozji wewnętrznej przez internet. Jednak z biegiem czasu, pomimo początkowych wyzwań, takich jak błędne metodyki, nieodpowiednie czujniki oraz sondy niewystarczająco przystosowane do trudnych warunków, systemy monitorowania korozji stopniowo zyskały na popularności zarówno w nowych, jak i istniejących instalacjach. Początkowe trudności, jak długie czasy dostaw w Europie wynikające z amerykańskiego pochodzenia sprzętu monitorującego, opóźnienia, ograniczone możliwości naprawy, niedobór części zamiennych oraz brak ogólnych wytycznych dotyczących stosowania i wsparcia, stopniowo zostały przezwyciężone.

Próbki korozji, czyli tzw. „coupons”, to metalowe próbki, które są wystawione na działanie środowiska korozyjnego przez określony czas, aby ocenić tempo korozji. Po ich usunięciu, próbki są ważone i szczegółowo badane. Mimo że koncepcja stosowania próbek w monitorowaniu korozji jest stosunkowo prosta, kluczowe jest przestrzeganie wytycznych zawartych w standardzie ASTM G4, aby zminimalizować potencjalne ryzyko związane z tą metodą. Próbki te są specjalnie zaprojektowane i wykorzystywane do pomiaru tempa korozji metodą wagową, a ich analiza stanowi punkt odniesienia w programach monitorowania korozji, pozwalając na porównanie z bardziej zaawansowanymi technikami, takimi jak oporność elektrochemiczna (ER) czy inne metody elektrochemiczne. W miarę jak rośnie zaufanie do programu monitorowania, liczba używanych próbek może zostać zmniejszona.

Aby uzyskać dokładniejsze dane o korozji, po usunięciu produktów korozji, istotne jest ich usunięcie zgodnie z wytycznymi zawartymi w odpowiednich literaturach. Zastosowanie inhibitorów korozji w roztworach czyszczących może pomóc w redukcji błędów podczas procesu czyszczenia, w którym metal może zostać niezamierzony usunięty. Aby uwzględnić ewentualną utratę metalu podczas czyszczenia, można zastosować próbkę kontrolną. Wiele firm dostarczających inhibitory korozji oferuje ocenę próbek w ramach swoich umów serwisowych, podczas gdy niezależne laboratoria często świadczą tego typu usługi dla mniejszych firm. Duże organizacje zazwyczaj przeprowadzają ocenę próbek wewnętrznie, choć można je również zlecić zewnętrznym laboratoriom.

Pomiar tempa korozji jest wyrażany w milimetrach na rok (mm/rok) w Europie, na Bliskim Wschodzie i w Azji lub w milach na rok (mils/year) w USA, z przelicznikiem 1 mm odpowiadającemu 39,37 mils. Wzór na obliczenie tempa penetracji opiera się na utracie wagi po wystawieniu próbki na korodujące środowisko, po usunięciu produktów korozji. Do obliczenia tempa korozji uwzględnia się takie parametry jak: utrata wagi (W), gęstość metalu (ρ), powierzchnia próbki (A) oraz czas narażenia (t).

Wśród zalet metody próbki korozji można wymienić jej niski koszt oraz możliwość uzyskania informacji o różnych typach korozji lokalnej, takich jak korozja wżerowa, korozja w szczelinach, korozja naprężeniowa czy korozja galwaniczna. Próbki mogą być umieszczane w specjalnych stojakach, pozwalających na jednoczesne wyeksponowanie różnych rodzajów próbek. Niemniej jednak ta metoda jest pracochłonna, szczególnie w środowiskach offshore, a wyniki często dotyczą średnich pomiarów z długich okresów, co może maskować istotne zmiany w tempie korozji w krótszych przedziałach czasowych. Aby poprawić dokładność danych, można zastosować serię próbek na jednym stanowisku i wyjmować je w ustalonych odstępach czasowych.

Jakie są rodzaje przemysłowych środowisk korozyjnych i jakie mają one znaczenie dla ochrony materiałów?

Korozja przemysłowa stanowi jedno z najpoważniejszych wyzwań współczesnych technologii. Jest to proces, który może prowadzić do poważnych uszkodzeń materiałów, w szczególności metali, a w konsekwencji do ogromnych strat ekonomicznych, zagrożeń dla bezpieczeństwa oraz negatywnego wpływu na środowisko. Korozja jest efektem chemicznych i elektrochemicznych reakcji materiałów z ich otoczeniem. Aby skutecznie zapobiegać lub minimalizować jej skutki, konieczne jest zrozumienie, w jakich warunkach dochodzi do tego procesu i jakie czynniki go przyspieszają lub hamują.

Korozja, która występuje w różnych środowiskach, jest wynikiem oddziaływania wielu czynników, takich jak zanieczyszczenia powierzchni, ciśnienie, temperatura, aktywność roztworów, a także obecność mikroorganizmów. Zrozumienie wpływu tych czynników jest kluczowe dla rozwoju technologii ochrony materiałów. Istnieje wiele rodzajów środowisk korozyjnych, z których każde charakteryzuje się specyficznymi cechami i może wpływać na materiały w różny sposób. Wśród nich wyróżniamy między innymi środowiska atmosferyczne, wodne oraz mikrobiologiczne.

Korozja atmosferyczna

Czynniki wpływające na korozję atmosferyczną

Korozja atmosferyczna jest uzależniona od kilku podstawowych parametrów, takich jak wilgotność względna, temperatura, obecność tlenu oraz zanieczyszczenia powietrza. Jednym z kluczowych parametrów wpływających na proces korozji jest wilgotność względna (RH). Woda w powietrzu, w stanie nasycenia, jest głównym czynnikiem inicjującym korozję, ponieważ umożliwia powstawanie elektrolitu, który może prowadzić do reakcji elektrochemicznych na powierzchni materiału. Badania wykazały, że im wyższa wilgotność, tym wyższy jest wskaźnik korozji. Jednocześnie zanieczyszczenia, takie jak pyłki czy sole higroskopowe, mogą zmniejszać czas potrzebny na początek procesu korozyjnego.

Temperatura również odgrywa ważną rolę w intensyfikacji procesu korozji. Wyższe temperatury przyspieszają reakcje chemiczne, co skutkuje szybszym rozkładem materiału. Zjawisko to jest bardziej widoczne w przypadkach, kiedy temperatura przekracza 80°C, gdyż w takich warunkach może zmniejszyć się ilość rozpuszczonego w elektrolitach tlenu, co może prowadzić do zmniejszenia szybkości korozji. W niskich temperaturach (poniżej zera) procesy korozyjne przebiegają wolniej, z racji na zmniejszenie aktywności chemicznych.

Tlen, który jest niezbędny do korozji, jest łatwo absorbowany przez wodę, co czyni go kluczowym czynnikiem przyspieszającym ten proces. Z kolei obecność zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek węgla (CO₂) czy tlenki siarki (SO₂), może znacznie przyspieszyć reakcje korozyjne, szczególnie gdy reagują one z wodą, tworząc kwasy, które obniżają pH środowiska. Przykładem może być korozja wywołana przez dwutlenek węgla, który w obecności wody tworzy kwas węglowy (H₂CO₃), sprzyjający dalszym reakcjom elektrochemicznym.

Zanieczyszczenia jako przyczyny korozji

Wszystkie te czynniki mają kluczowe znaczenie, ponieważ w zależności od warunków atmosferycznych oraz stopnia zanieczyszczenia powietrza, tempo korozji może być różne, a tym samym skutki ekonomiczne i technologiczne mogą się znacznie różnić. Przemiany zachodzące w atmosferze są istotnym elementem, który należy brać pod uwagę przy projektowaniu i eksploatacji urządzeń, szczególnie tych, które są narażone na długotrwały kontakt z atmosferą.

Jakie mechanizmy korozji wpływają na materiały stosowane w przemyśle motoryzacyjnym i jak można je zminimalizować?

Korozja jest jednym z kluczowych wyzwań, przed którymi stoi przemysł motoryzacyjny. Dotyczy to zarówno metali, jak i tworzyw sztucznych, z których wytwarzane są różne komponenty pojazdów. W zależności od materiału, korozja może przyjmować różne formy, takie jak korozja galwaniczna, pittingowa, czy ogólne pogorszenie właściwości materiałów pod wpływem warunków atmosferycznych. Każdy z tych typów wymaga zastosowania specyficznych technik ochrony, które umożliwią zachowanie wysokiej jakości i trwałości pojazdów przez długi czas.

Pittingowa korozja, znana również jako korozja lokalna, jest jednym z najczęstszych powodów uszkodzeń materiałów w inżynierii. Ten rodzaj korozji jest szczególnie niebezpieczny, ponieważ rozwija się w sposób nierównomierny, a jego efekty mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń strukturalnych. Badania wskazują, że intensywność korozji lokalnej rośnie w miarę wzrostu początkowych koncentracji zarodków grzybów, takich jak Aspergillus terreus, który, dzięki swojej zdolności do tworzenia biofilmów, może znacznie zwiększyć tempo tego procesu. Te biofilmy nie tylko zwiększają aktywność metaboliczną organizmów w nich zamkniętych, ale również powodują zmiany w środowisku elektrochemicznym, co prowadzi do powstawania ogniwa koncentracji tlenu. W takim ogniwie, obszar pozbawiony tlenu (czyli anoda) prowadzi do uwolnienia elektronów, które następnie migrują do obszaru, gdzie tlen jest obecny (katoda). Zjawisko to przyspiesza procesy korozji, szczególnie w obecności materiałów takich jak aluminium. Co więcej, zarodki grzybów mogą korzystać z różnych mechanizmów, by pozyskiwać elektrony z powierzchni metali, co nasila korozję.

W przemyśle motoryzacyjnym aluminium, jako materiał lekki i wytrzymały, odgrywa kluczową rolę w konstrukcji wielu komponentów pojazdów. Jednak, aby zapewnić jego trwałość i odporność na korozję, stosuje się różnorodne procedury ochronne. Jednym z rozwiązań jest użycie materiałów nieprzewodzących, które oddzielają aluminium od innych metali, zapobiegając w ten sposób korozji galwanicznej. Systemy skutecznego drenażu i kontrolowanie środowiska, w którym aluminium jest narażone na korozję, również odgrywają istotną rolę w minimalizowaniu ryzyka uszkodzeń.

Magnesium jest szczególnie podatne na korozję galwaniczną, gdzie zachodzi lokalne uszkodzenie metalu, zmniejszające jego stabilność mechaniczną i estetykę. W takim przypadku, odpowiednia konserwacja oraz inspekcje stają się kluczowe, by w porę wykryć problemy i zapobiec dalszym uszkodzeniom. Tak jak w przypadku aluminium, magnez wymaga również starannego projektowania komponentów, by unikać ostrych krawędzi, w których mogą gromadzić się agresywne substancje.

W kontekście tworzyw sztucznych i kompozytów, które zyskują popularność w przemyśle motoryzacyjnym, korozja nie występuje w tradycyjnej formie, jednak te materiały mogą ulegać degradacji pod wpływem promieniowania UV, ekstremalnych temperatur czy reakcji z chemikaliami. W wyniku tego procesu dochodzi do utraty właściwości mechanicznych, co może wpłynąć na bezpieczeństwo i wydajność komponentów. Aby zminimalizować te problemy, stosuje się stabilizatory UV i przeciwutleniacze, które chronią przed degradacją. Dodatkowo, odpowiednie powłoki ochronne oraz technologie powierzchniowe mogą zwiększyć odporność tych materiałów na ścieranie i zużycie, co zapewnia ich długotrwałą funkcjonalność.