Ponašanje različitih materijala u korozivnim uvjetima

Biranje materijala za predviđenu uporabu je jedan od najvažnijih koraka prilikom projektiranja jer upravo taj korak direktno vodi ka sigurnosti i efikasnosti sustava ali je to dosta često zanemarena stavka, uglavnom iz čisto ekonomskog gledišta. Prednosti odabira kvalitetnijih legura i kontrole korozije su mnogobrojne te uključuju sigurnost, optimalne performanse, minimalno održavanje te dulji vijek trajanja, sve te prednosti vode do znatnog smanjenja troškova.

Koristiti teže legure samo za kritične dijelove!

Kombinacija različitih materijala je veoma učestala praksa i to najčešće kada se odabir legure pretežno temelji na troškovima i vremenu. Iako postoje mnogobrojne inženjerske aplikacije gdje miješanje različitih materijala nije samo opcija, već najbolje ili jedino rješenje, postoje mnoge usluge gdje je tu tehniku potrebno izbjegavati. Na instrumentacijskom tržištu Parker često susreće mnoge korisnike koji se suočavaju s problemima korozije. U tom slučaju najčešće rješenje je odabir nove opreme od materijala otpornih na koroziju kako bi se izbjeglo oštećenje sustava izazvano korozijom. Prije ili kasnije, dijelovi se trebaju zamijeniti te u igru ulazi trošak legure i njena zamjena koja mora biti opravdana, pa se radi toga kupci većinom odlučuju na to da kvalitetnije legure stave samo na kritična mjesta.

Kako definirati što je kritično a što nije?

Uzmimo za primjer instrumentacijsku cijev i umetak/ventil. Naftna i plinska industrija tradicionalno koriste milijune instrumenata ove vrste izrađene od nehrđajućeg čelika serije 300. međutim, klimatski i radni uvjeti, kao i zemljopisne lokacije su se pooštrile, a sa njima i kriteriji dizajna, sigurnosni propisi i očekivani životni vijek. Taj materijal je bio prikladan za tu svrhu prije 20 godina, ali se danas više ne smije primjenjivati u takvim visoko korozivnim sredinama. Lakovi otporni na koroziju lakše su dostupni nego ikada, a njihova izvanredna svojstva su proporcionalna njihovoj cijeni po kilogramu. Činjenica je da postoji općenita crta mišljenja koja se odnose na „glomazne“ komponente kao „trajne“ i „neuništive“. Zbog roga se prečesto cijev smatra kritičnim dijelom (zbog svoje ograničene debljine) i pričvršćenjem ili ventilom kao „manje kritičnim“. Iz tog je razloga za cijev odabrana legura višeg razreda a za ventil legura nižeg, ali, dali je to fer pretpostavka?

Dali je veličina stvarno bitna?

Ako su instrumentacijski uređaji pretrpjeli samo opću koroziju i nisu podvrgnuti nikakvim naponskim opterećenjima, gdje bi se korozija mogla stabilno nakupljati i izmaknuti kontroli, gore navedene pretpostavke su prihvatljive. Međutim, u stvarnosti se instrumentacijski proizvodi obično suočavaju s lokaliziranom korozijom i mehaničkim poteškoćama zbog svojih inheretnih uvjeta rada.

Tipični kvarovi u pogonima naftne i plinske industrije uzrokovani su lokaliziranom korozijom, a najčešći primjeri su pukotine i rupe. Zajedničko djelovanje korozivnog okruženja i prisutnost naprezanja, kao što je vibracija, mogu uzrokovati pucanje korozije uzrokovane zamorom i kvar opreme unutar nekoliko sekundi.

Pukotine nastale korozijom uz prisutnost klorida najbolji su primjer kvarova u blizini obale. Potrebno je samo prisilno naprezanje kojim će nastati pukotina uzrokovana kloridima koji će još uz to i dodatno pospješiti širenje pukotina. Kod naprezanja materijala velika debljina neće spriječiti nastajanje pukotina jer one nastaju na molekularnoj razini, već će biti potrebno samo malo više vremena da pukotine postanu vidljive, tako da u ovom slučaju veličina ne igra bitnu ulogu.

Korozivna okolina i zamor materijala izazvan vibracijama može prouzročiti pukotine i kvar opreme već nakon 6 mjeseci. Na slici prikazan primjer cijevne spojnice

Materijal koji nije prikladan za cijevi isto tako nije prikladan za montažu

Kako bi se smanjila nepotrebna opterećenja potrebno je uključiti pravilan izbor materijala i dobar dizajn radi sigurnosti i uštede. Ako materijal nije prikladan za izradu cijevi, ne bi se trebao smatrati prikladnim ni za ostale dijelove sustava, jer su ,na kraju krajeva, sve komponente podvrgnute jednakim radnim uvjetima.

Prema industrijskim standardima poput NORSOK M-001: „ Materials Selection standard“, gdje god  su povezani različiti materijali u sustavima cjevovoda, potrebno je provesti procjenu korozivnosti. Ako je vjerojatno da će nastati galvanska korozija, treba koristiti metode ublažavanja. Također navodi da se kod galvanskih spojeva između različitih materijala bez izolacije / udubljenja da je lokalna stopa korozije između sučelja oko 3 puta veća od prosječne brzine korozije. Katodna zaštita u instrumentacijskim sustavima nema tendenciju da bude troškovno učinkovita, a izolacija ili utor za razmak između cijevi i ventila ili priključaka često nije održiv.

 

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

Povezani članci:

Understanding Corrosion in Challenging Offshore Applications

How to Avoid H2S Embrittlement in Instrumentation Connections

One Smart Solution For Preventing Corrosion Between Tubing

10 Steps to Cost Effective & Safe Installation of Instrumentation Tube and Fittings Systems. Part 1