Hur mäts och övervakas korrosion i industriella miljöer?

I industriella miljöer är korrosion ett vanligt problem som påverkar livslängden och säkerheten för många material och strukturer. För att hantera och minimera effekterna av korrosion är det avgörande att kunna mäta och övervaka den på ett exakt och effektivt sätt. En av de vanligaste metoderna för att mäta korrosion är genom att använda elektriska resistansprober (ER). Dessa prober gör det möjligt att mäta förändringar i ett metals elektriska motstånd som ett resultat av korrosionens påverkan.

En av de stora fördelarna med denna metod är att den är icke-invasiv. Det innebär att inga extraktionsåtgärder behöver vidtas och mätningarna kan utföras externt. Detta gör att data kan samlas snabbt och på ett kostnadseffektivt sätt. Korrosionshastigheten kan beräknas efter bara några dagars exponering, vilket gör att den här metoden är snabb och enkel att använda. Den är dessutom mångsidig och fungerar effektivt i de flesta miljöer som inte innehåller väte sulfid (H₂S). När H₂S är närvarande kan bildandet av järnsulfid dock leda till elektronisk ledningsförmåga och ge opålitliga resultat, vilket komplicerar noggrannheten i mätningarna.

En annan fördel med ER-metoden är dess förmåga att kompensera för temperaturvariationer. Eftersom elektriskt motstånd kan variera med förändringar i temperatur, inkluderas en kalibreringsmekanism i ER-proben som säkerställer att temperaturpåverkan inte påverkar mätningarna. Dock, när den förväntade korrosionshastigheten är låg, kan minskningen i couponens tjocklek vara så liten att förändringarna i det elektriska motståndet också blir små. Detta kräver hög precision i instrumenteringen för att kunna upptäcka dessa små förändringar på ett exakt sätt.

En annan metod som ofta används för att övervaka korrosion är elektrokemisk mätning. En av de mest använda elektrokemiska teknikerna för att bedöma passiva films integritet och korrosionsbeteende är mätning av potentiella variationer. Potentiella fluktuationer i passiva filmer kan indikera deras tillstånd och ge information om korrosionens progression, även om denna metod inte ger direkta mätningar på korrosionspenetration. Den används ofta i den kemiska industrin för att utvärdera passiva material som används i utrustning.

För att exakt mäta potentialen hos passiva filmer krävs en högimpedans voltmeter samt en referenselektrod och en arbetslektrod som vanligtvis är den komponent som undersöks. Tidiga studier har visat att potentialen hos exempelvis rostfritt stål (UNS S30400) kan variera beroende på faktorer som pumpningshastighet, temperatur och föroreningar. Genom att använda polarisationsegenskaper kan man definiera det passiva och aktiva potentialområdet för specifika material och miljöer.

En annan elektrokemisk metod som används för att undersöka korrosionsbeteende är potentiodynamisk polarisation eller cyklisk polarisation. Denna metod innebär att en extern ström appliceras genom en motelektrod samtidigt som potentialen hos arbetslektroden varierar i förhållande till referenselektroden. Genom att analysera de anodiska och katodiska polarisationkurvorna kan korrosionshastigheten uppskattas. Cyklisk polarisation skiljer sig genom att potentialen reverseras i en negativ riktning efter att den anodiska scanningen är klar, vilket gör det möjligt att upptäcka potentiella pitting- och sprickkorrosionsrisker.

En annan effektiv teknik för att mäta korrosion är Linear Polarization Resistance (LPR). Denna metod bygger på Faradays lag och mäter korrosionsströmmarna vid ett material genom att använda en relativt låg DC-potential (ungefär 20 mV). LPR är snabb och ger nästan omedelbara resultat som gör det möjligt att i realtid justera korrosionsskyddsåtgärder. Genom att använda denna metod kan man exempelvis styra tillsats av korrosionsinhibitorer till recirkulerande kylvattensystem för att förhindra skador på utrustning och rörledningar.

För att korrekt använda dessa metoder och tolka resultaten krävs det ofta en hög nivå av expertkunskap och erfarenhet. Polarisationsegenskaperna är komplexa och kan vara svåra att förstå utan rätt utbildning. Därför bör resultaten från dessa tester analyseras noggrant för att kunna identifiera potentiella korrosionsproblem innan de leder till allvarlig nedbrytning av materialet. Det är också viktigt att tänka på att korrosion är en dynamisk process som kan förändras över tid beroende på miljöfaktorer, såsom temperatur, tryck och kemisk sammansättning i den omgivande miljön.

Det är också viktigt att förstå att ingen metod är helt utan sina begränsningar. Exempelvis, medan LPR kan ge snabb feedback om korrosionshastigheten, kan det vara svårt att tillämpa på vissa komplexa system där anodiska och katodiska platser inte är lätt separerbara. Även elektrolyttester som potentiodynamisk polarisation kräver noggrann kalibrering och förståelse för hur specifika elektrodmaterial reagerar i olika miljöer.

Hur metallkorrosion påverkar livsmedelsindustrin: Utmaningar och lösningar

I livsmedelsindustrin är säkerhet och hygien av största vikt, och materialval spelar en central roll för att upprätthålla dessa standarder. Korrosion är en av de största utmaningarna när det gäller att hantera och bearbeta livsmedel. Även om vissa livsmedel är rika på goda bakterier, är det nödvändigt att förhindra att skadliga mikroorganismer kommer i kontakt med maten. För detta ändamål måste ytor inte bara hållas rena, utan även designas för att förhindra bakterietillväxt genom att ta bort rostprodukter eller försämrade skyddsbeläggningar. Vid val av material för livsmedelsbearbetning måste man också ta hänsyn till att de inte får avge giftiga ämnen eller påverka matens smak. De bästa materialen för dessa ändamål inkluderar glas, keramik, vissa plasttyper och metaller som rostfritt stål och aluminiumlegeringar.

Korrosionsmekanismer är avgörande att förstå för att kunna förebygga problem och säkerställa livsmedelssäkerheten. Detta gäller särskilt i livsmedelsbearbetningssystem som utsätts för påfrestande förhållanden. Korrosion kan uppstå både som en följd av externa faktorer och som en naturlig del av materialets åldrande. Därför är det viktigt att noggrant välja de mest hållbara och korrosionsresistenta materialen för att säkerställa en långvarig och säker livsmedelsproduktion.

1. Icke-korrosiva livsmedel, som mjölk, kött, fisk, oljor, fetter och spannmål.

2. Måttligt korrosiva livsmedel med pH 6-7, såsom mjölkprodukter, fruktsirap, vin, läsk, öl, soppor och konserverat kött.

3. Mycket korrosiva livsmedel med pH 3-5, som citrusfruktsaft, marmelad, syrlig konserverad frukt, heta såser och inlagda grönsaker.

Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt metaller som används i dessa livsmedelsbearbetningssituationer, särskilt i våtbearbetning som i konservindustrin eller vid bearbetning av livsmedel med lägre pH-nivåer som kan orsaka korrosion på utrustningen. Det är också viktigt att tänka på användningen av korrosiva kemikalier som kaustiska lösningar för att skala, svaveldioxid för konservering eller olika rengöringsmedel, som alla bidrar till att öka risken för korrosion.

En av de största orsakerna till korrosion i livsmedelsbearbetningsanläggningar är den omfattande användningen av högtrycksvatten och ånga, ofta i kombination med kemiska ämnen som är både alkaliska, sura eller oxidativa. Vatten är en allestädes närvarande lösningsmedel inom livsmedelsindustrin, och många livsmedel har ett pH som gör dem mildt eller starkt korrosiva. De flesta livsmedel sträcker sig från måttligt korrosiva (pH 6-7) till mycket korrosiva (pH 3-5), vilket gör att materialvalet för utrustning är avgörande för att upprätthålla funktionaliteten och livsmedelssäkerheten.

När det gäller de metaller som används inom livsmedelsindustrin finns det två huvudtyper: ferrometaller och icke-ferrometaller. Bland de icke-ferrometaller som används inom livsmedelsbearbetning är aluminium, tenn, koppar, titan och framför allt rostfritt stål (SS). Detta material är mycket användbart i direktkontakt med livsmedel, men även andra legeringar som duplexstål används ofta för att förbättra hållbarhet och korrosionsbeständighet.

Stål är ett vanligt material inom livsmedelsindustrin, och de ferrometalliska varianterna som används inkluderar kolstål, låglegerat stål, gjutjärn och rostfritt stål. Rostfritt stål, särskilt AISI 316L, används ofta för att bearbeta livsmedel som är sura eller korrosiva. Kolstål och låglegerat stål används mer selektivt för specifika ändamål där de inte direkt kommer i kontakt med livsmedel. Kolstål har en relativt god resistens mot anhydra mineraler, men är mycket känsligt för organiska syror och fukt, vilket gör det olämpligt för miljöer med högt pH eller korrosiva livsmedel.

För att upprätthålla funktionaliteten och säkerheten i livsmedelsbearbetningen är det avgörande att inte bara förstå korrosionsmekanismer, utan också vidta förebyggande åtgärder. Det kan innebära att man använder rätt typ av beläggningar för att skydda metallytor, väljer rätt material för specifika livsmedelsbehandlingssituationer och implementerar effektiva rengörings- och underhållsrutiner för att förhindra skador från korrosion.

Livsmedelsindustrins framsteg och den teknologiska utvecklingen har lett till nya material med förbättrad mekanisk styrka, bättre bearbetbarhet och ökad korrosionsbeständighet. Den ständiga utvecklingen inom materialvetenskap gör att fler och fler material blir tillgängliga för att lösa dessa problem, vilket ger en långsiktig lösning på korrosionsfrågan.