Korozija u sistemima grejanja i hladjenja

Obrada inž Dušan Bačić

Korozija se javlja u velikom broju tipova, od čega je izvestan broj mehanizama korozije dobro proučen. Kod

svakog tipa korozije, proces proučavanja je veoma složen, uključuje različite faktore, i varira u zavisnosti od

vrste metala i specifičnih radnih uslova. Ipak, koroziju je još uvek teško kontrolisati, i ona predstavlja

ozbiljnu pretnju za većinu cevnih sistema. Kada se jednom pojavi, korozija stvara probleme u radu sistema

kao i dodatne troškove u zavisnosti od stepeno ozbiljnosti oštećenja.

UOBIČAJENI PROBLEMI

Pregled šest tipova korozije koji se najčešće javljaju kod HVAC (grejanja i hladjenja) sistema i sistema za

procesnog hlađenja može da pomogne u razumevanju krajnjih posledica delovanja korozije. Tipovi korozije

su:

OPŠTA KOROZIJA

Opšta korozija, korozija koja u tankom sloju prekriva čitavu površinu metala sa

malim ili bez lokalizovanih probijanja površine metala. Od svih tipova korozije ovaj

najmanje oštećuje metal. Do pojave opšte korozije najčešće dolazi u sredinama u

kojima je stepen korozije bitno nizak ili je pod kontrolom – kao što je slučaj kod

hemijski tretiranih zatvorenih cirkulacionih sistema, kao i kod nekih otvorenih

sistema.

Ovo je jedini tip korozije kod koga je moguće na osnovu podataka o gubicima težine

metala, podataka o oštećenjima metala ili ultra-zvučnih testova izvršiti pouzdanu

procenu stepena korozije i procenu dugovečnosti cevi. Vidi foto galeriju na kraju

teksta

PUKOTINSKA

KOROZIJA

Često se naziva "korozija ispod naslaga". To je lokalizovana korozija koja duboko

prodire u metal, a oko koje se nalaze manje naslage opšte korozije. Usled stvaranja

naslaga na površini metala, pojave elektro disbalansa ili nekog drugog inicijalnog

mehanizma, sav postojeći korozivni potencijal napada pojedine delove površine

metala.

U većini slučajeva, pukotine zahvataju čitavu površinu metala, čime dolazi do

stvaranja neravnina ili grubog profila površine metala. U drugim slučajevima,

pukotine su koncentrisane u specifičnim oblastima, dok najveći deo površine metala

deluje nedirnuto.

Do pojave pukotinske korozije najčešće dolazi u sredinama gde je hemijski zaštitni

sloj nepotpun, gde se na površini cevi nalazi sloj prljavštine, gvožđe oksida,

organske ili neke druge supstance koje deluju kao izolacija ili barijera. Preovlađuje

kod galvanizovanih čeličnih cevi, gde svako oštećenje galvanizujućeg sloja stvara

uslove za pojavu pukotina. Pukotinska korozija može propratno da se javi kod:

korozivnih naprslina, korozije vodenih linija, korozije ispod naslaga, udara ili

erozivne korozije, i ćelijske korozije.

GALVANSKA

KOROZIJA

Ovo je agresivan i lokalizovan tip korozije koji uzrokuje elektro hemijska reakcija

do koje dolazi između dva ili više različitih metala u elektro provodljivoj sredini.

Nastaje tako što elektro negativni materijal (anodu) privlači elektro pozitivan

materijal (katoda).

Najčešći primer takve vrste korozivne aktivnosti, koja se javlja u HVAC sistemima i

kod rada procesnih postrojenja, predstavlja direktna veza mesinganih ventila na

ugljenične čelične cevi, ili vezu između bakarnih i čeličnih cevi – gde se čelik

ponaša kao anoda, a mesing ili bakar kao katoda. Ugljenične čelične cevi , bez

zaštite galvanskog izolatora, će u takvim uslovima pokazati najviši stepen korozije –

koji se obično razvija tokom dužeg vremena.

Pojava galvanske korozije je relativno u slučajevima kada postoji opšta korozija

sistema – ona je slaba ili je uopšte nema u slučajevima postojanja opšte korozije. U

uslovima jake opšte korozije, galvanska korozija može da bude jako agresivna –

čime je problem korodiranja cevi dodano pogoršava na spojevima – što je inače

najugroženija zona cevovoda.

Dok se galvansku koroziju generalno smatra da napada samo slične metale, pod

određenim uslovima kod sličnih metala može da se izmeri razlika napona u

milivoltima. Novo ugrađena čelična cev je često daleko elektro negativnija od

postojeće stare cevi, i zbog toga na njoj može da dođe do galvanskih oštećenja. Vidi

foto galeriju.

MIKROBIOLOŠKA

KOROZIJA

Mikrobiološka korozija (MIC) je za sada, najopasniji vid korozije i ozbiljna pretnja

za HVAC sisteme. Dokumentovane su vrednosti korozije od 100MPY(mils per year)

(2.54mm). MIC prouzrokuje prisustvo različitih mikrobioloških agenasa u posebnim

uslovima sredine – u nekim slučajevima rezultira oštećenjima cevovoda koji

zahvataju velike površine a do kojih dolazi tokom nekoliko godina.

Prisustvo MIC korozije najčešće ukazuje na ozbiljnu pretnju za čitav sistem – što

zahteva detaljno čišćenje i sterilizaciju kao i velike troškove. Iz većine sistema

napadnutih MIC korozijom ona ne može da se eliminiše, a sistem će patiti od

visokog stepeno korozije i velikog broja pukotina do kraja svoj životnog veka.

MIC proizvodi velike i duboke pukotine pošto mikroorganizmi koriste gvožđe kao

izvor energije (često kao alternative kiseoniku), i kroz proizvodnju jako korozivnih

metaboličkih nus proizvoda kao što je sumporna kiselina –koja dalje pomaže

mikroorganizmima u razgradnji metalnih cevi. MIC se javlja u određenom stepeno

intenziteta u svim cevnim sistemima, a ne isključivo kod cevnih sistema od

ugljeničnog čelika ili otvorenim kondenzacionim sistemima.

MIC se ređe javlja u zatvorenim cevovodima u kojima se nalazi hladna voda, u

vrelovodnim sistemima grejanja i PTV sistemima, a zabeleženo je da uništava bakar,

mesing i cevi od nerđajućeg čelika.

EROZIVNA

KOROZIJA

Ovo je postepeno i selektivno uništavanje površine metala usled mehaničkog

habanja i abrazije. Pojava se pripisuje se pojavi zarobljenih vazdušnih mehurića, i

suspendovanih čestica koji se kreću određenom brzinom.

Erozija je slična udarima, i primarno se javlja na kolenima i račvama cevi, ili u

oblastima gde voda naglo menja smer kretanja. Mekši metali kao su bakar ili

mesing su daleko podložnije eroziji nego što je to slučaj sa čelikom.

Veliki pritisak u cevima doprineće eroziji ugljeničnog čelika. Mada najčešće ne

predstavlja problem kod većine HVAC sistema usled brzine vode u njima, visok

stepen korozije i velika količina čestica gvožđe oksida pod određenim uslovima

mogu da dovedu do pojave erozije. Dokumentovana je pojava erozija na dnu lakta

ili posle višestrukih oštrih krivina cevovoda.

CUI KOROZIJA

(KOROZIJA ISPOD

IZOLACIJE)

Poznata kao korozija ispod izolacije, CUI predstavlja ozbiljnu pretnju za svaki

cevovodni sistem ili rezervoar kod kojih su fluidi na niskim temperaturama i koji se

nalaze u vlažnom okruženju. U odsustvu efikasne zaštite od vlage i zaštitnog sloja

kojim je obložen metal, sva vlaga koja se javlja direktno će prodirati kroz fiberglas

ili izolacionu penu i kondenzovaće se na površini metala.

Često se dešava da se vlaga akumulira, potklobučuje izolaciju i razara je. Ovo

efikasno dovodi do stvaranja problema na površini cevi, i dovodi do pojave korozije.

U uslovima spoljne sredine, vlaga, kiša, sneg i led mogu takođe da probiju izolaciju

usled fizičkog oštećenja, habanja, ili usled činjenice da spojevi metala nisu zaptiveni

zaštitom.

CUI se često javlja u cevovodima hladne pijaće vode, kondenzacionim sistemima, a

posebno u cevovodima sa vodom za hlađenje – posebno je izražena na hladnoj

napojnoj strani cevovoda. Stepen izraženosti CUI tipa korozije zavisi od kombinacije

temperature cevi, debljine izolacije, debljine kamenca i vlažnosti.

U slučajevima ekstremno visoke vlažnosti, CUI korozija će se javiti na tipično toplim

kondenzacijama na cevovodima. Suprotno ovome, ekstremno niske temperature u

nekim slučajevima mogu da dovedu do pojave spoljnog pucanja čak i kod suvih

atmosferskih uslova.

CUI korozija obično ostaje sakrivena sve dok ne dođe do pojave ozbiljnih oštećenja

cevi, što dovodi do pojave mrlja na izolacionom materijalu, ili oštećenja. U brojnim

slučajevima, CUI korozija može da premaši stepen fizičkog oštećenja koje uzrokuje

unutrašnja korozija loše održavanog otvorenog kondenzatora ili sistema za

procesno hlađenje. Vidi foto galeriju

Navedeni uslovi koji dovode do nastanka opšte korozije, mikrobiološke MIC korozije, stvaranja pukotina

ispod naslaga prljavštine, i galvanska korozija, su za sada tipovi korozije koje najviše oštećuju cevi. Obzirom

da je njihovo agresivno delovanje lokalizovano i da napadaju površine cevi na specifičnim mestima gde

dolazi do velikih oštećenja zidova cevi, ovakve tipove korozije je najteže eliminisati.

PRIMERI KOROZIJE

CorrView International nudi seriju fotografija snimljenih tokom 10 godina tokom ultrazvučnih ispitivanja

cevi. Pregled različitih tipova korozije je od velike koristi tokom početnog određivanja uzroka korozije.

Međutim, u velikom broju slučajeva, u samim sistemima se javlja kombinacija uslova koji uzrokuju pojavu

korozije – zbog čega je neophodno sprovoditi odgovarajući monitoring na dovoljnom broju lokacija unutar

sistema kako bi se omogućila pouzdana procena stepeno korozije.

Dok je kontrolisanoj opštoj koroziji potrebno više desetina godina da dovede do manjih operativnih

problema, agresivne i lokalizovane korozije, kao što je korozija ispod naslaga I MIC korozija, mogu da

ubrzaju proces zamene cevi na svakih par godina – ponekad sa malo indicija da postoje problemi. Na pojavu

pukotina se često sumnja kada izmereni stepen korozije prelazi 5 MPY (127µm), ili kada variranje debljine

zida cevi od najdeblje do najtanjeg iznosi više od 0.050 in.(1.27mm), U takvim slučajevima neophodno je

odmah ukazati na pojavu problema.

Treba naglasiti da neki mehanički, projektni kao i faktori vremena mogu takođe dovesti ili doprineti pojavi

oštećenja sličnih onima koje izazivaju same jake korozije ili pucanja. Zbog toga je neophodno sprovesti

različite vrste ispitivanja kako bi se pravilno identifikovali problemi i oštećenja cevi.

Foto galerija

Izbor fotografija snimljenih tokom više godišnjeg ultra zvučnog testiranja cevi kao i

tokom vizuelnih inspekcija. Fotografije ilustruju različite oblike korozije koji se

najčešće javljaju u HVAC sistemima.

Moguće je garantovati da se neki tipovi korozije i u određenoj meri nalaze u svim

sistemima sa vodenom cirkulacijom. Ali dok koroziju nije moguće u potpunosti

sprečiti, moguće ju je kontrolisati kako problemi koje ona stvara ne bi dostigli nivo

koji je prikazan na priloženim fotografijama.

Opšta korozija – Ovaj 40 godina star

uzorak cevi prečnika 8 in(203.2mm).

debljine SCH80(debljina zida cevi

prema ASME), bez obzira na uočljive

naslage gvožđe oksida i ravnomerno

oštećenje, biće još dugo u upotrebi.

Cev je očišćena uz pomoć vodenog

mlaza visokog pritiska i vraćena je u

rad preostale debljine od oko SCH40.

Galvanska korozija – Veoma čest se

javlja na spoju između cevi od

ugljeničnog čelika i ventila od mesinga

ili bakra usled nepostojanja galvanskih

izolatora.

Kod kombinacije debljine cevi SCH40 i

blage korozije, galvanska korozija će

dovesti do prevremenih oštećenja cevi

tokom perioda 6-10 godina.

Korozija ispod naslaga – Oštećenje koje

se najčešće ustanovljava ultra zvučnim

pregledom, moguće uočiti očuvane

delove cevi i pored njih delove sa

velikim stepenom oštećenja.

Češća je na dnu horizontalnih linija na

nižim spratovima gde je protok fluida

najsporiji.

Potpuno uništenje spojnice –

Potencijalno najgori scenario, ova

spojnica debljine 1 in(25.4mm). Na

ispustu iz glavnog 24 in(609.6mm). voda

kondenzatora potpuno je korodirala i

odvojila spojnicu od sistema.

Posledica korodiranja i uništavanja

spojnice je zadržavanje vode na 12

spratova.

Galvanska korozija – Kombinacija

prodiranja vode kroz izolacioni sloj sa

gornje strane cevi i galvanske aktivnosti

koja je potpuno uništila ovaj nosač cevi.

Ozbiljna oštećenja zida cevi su uočljiva

u neposrednoj blizini nosača cevi što za

posledicu ima potrebu za zamenom cevi.

Galvanska korozija – Drugi primer jake

korozije koji se obično javlja na spoju

mesing/ gvožđe.

Pri slabijim stopama korozije, gal.

korozija je zanemarljiva, ali njen uticaj

raste kada stopa korozije preraste 5

MPY.( 127µm/god)

Korozija ispod naslaga – Uzrok pojave

su ili korozivne ćelije ili MIC korozija,

veliko razaranje zidova cevi ispod

naslaga rđe – poznatijih kao

protuberance.

Takva lokalizovana i duboko prodiruća

korozija može lako da premaši vrednost

od 25 MPY(635µm/god), i za manje od 5

godina uništi cevi većeg prečnika.

Izolacija / Galvanska – Vlaga koja je

prodrla kroz izolaciju ove cevi stvorila

je uslove za pojavu spoljne korozije na

čeličnoj cevi.

Spoljna vlaga takođe doprinosi

korodiranju spojeva usled galvanske

aktivnosti između mesinganog ventila i

čelične cevi.

Oštećenje ispod izolacije – Oštećenje

fiberglasa oko cevi omogućava vlazi da

prodre do cevi i ozbiljno je ošteti u

pojedinim lokalizovanim delovima.

Često se uzima kao primer dejstva

korozije; ova bakarna cev je jako

oštećena i potrebno ju je zameniti.

CUI korozija – Često se ustanovljava

posle uklanjanja cevne izolacije, kiša i

sneg prodiru kroz izolaciju i uzrokuju

oštećenja zida cevi.

Stvara probleme na dva mesta, i može

tokom vremena da dovede do ozbiljnih

problema.

Lokalizovane pukotine – Delimično

napunjeni vodeni sistemi dovode do

pojave oštećenja zida cevi posebno na

dnu.

Kod ovog sistema za protiv požarnu

zaštitu, testovi su pokazali da je posle 25

godina cev na vrhu gotovo nova, na

levoj strani slike. Vlažni donji deo cevi,

zato, na desnoj strani slike, je totalno

uništeno.

Korozija ispod naslaga – Stepen

razaranja zida cevi ispod gomila

naslaga je proporcionalan obimu ili

količini unutrašnjih naslaga. Razaranje

zida cevi u vrednosti 0.100 in(2.54mm).,

može da se pretvori u talog gvožđe

oksida debljine 2 in(50.8mm).

Ova fotografija pokazuje opasnost od

velikog razaranja zida cevi usled

smanjenja protoka zbog prisustva

debelih naslaga.

CUI korozija – gornja strana cevi često

trpi daleko veća spoljna oštećenja

metala usled kombinovanog uticaja

kondenzacije vlage, direktne infiltracije

vode i oštećenja izolacije.

Ovakva teška oštećenja se otkrivaju

najčešće posle pojave curenja.

Lokalizovana korozija – Dobar primer

koji prikazuje taloženje čvrstih čestica

duž dna cevi koje uslovljava pojavu

pucanja ispod naslaga.

Testovi su pokazali da su strane cevi

dobro očuvane kao prema specifikaciji

proizvođača dok su dno i delovi pri dnu

potpuno izbušeni.

Galvanska korozija – Na pojavu

galvanske korozije se često sumnja na

mestima gde se kao spojnice koriste cevi

debljine 10SCH.

Dodatno razaranje debljine zidova cevi

može da se pripiše uticaju mesinga na

ugljenični čelik, što na spoju iznosi 60%

i dovodi do preranog curenja cevi.

Korozija ispod naslaga – Unutrašnjost

cevi ne mora u potpunosti da bude

prekrivena naslagama u vidu kvrga da

bi došlo do pucanja cevi.

Ovde se korozivne ćelije mestimično

pojavljuju duž čitavog dna ove

galvanizovane cevi, što će u roku od dve

godine dovesti do pucanja cevi.

Pukotinska korozija – Jedan cevni

nastavak i u neposrednoj blizini 5 rupa,

na kojima dolazi do curenja potvrđuju

postojanje ozbiljnog problema sa

korozijom na ovom delu PPZ sistema.

Čitavu stvar dodatno otežava originalna

debljina cevi 10SCH, gde je moguće

tolerisati malo razaranje zida cevi do

dostizanja minimalno dozvoljena

vrednost.

MIC korozija – Ova fotografija

snimljena na dnu rashladnog tornja

prikazuje velike i koncentrisane

pukotine. Prsteni smeđe rđe oko svake

rupice su prirodna posledica korozije.

U vreme snimanja ove fotografije,

sumnjalo se da je MIC korozija uzrok

oštećenja, mada nije zvanično

potvrđeno.

CUI korozija – Slično unutrašnjoj

koroziji, spoljna korozija uzrokovana

kondenzacijom vlage može da se javi u

vidu dubokih ili sporadičnih pukotina,

ili, kao što je prikazano – uništavanje

čitave površine metala.

Pošto je gustina oksida gvožđa 25 puta

manja nego gustina čelika, to često

ukazuje na postojanje većih oštećenja

od realnih. CUI predstavlja najveću

pretnju za cevi manjeg prečnika, ali

može čak i da umanji i radni vek cevi

velikog prečnika.

Korozija ispod naslaga – Cev

nastavljena na 6 mesta, i 3 aktivna

curenja duž jedne sekcije cevi dužine

18 ft(5.4m). , debljine 6 in(152.4mm).

sugerišu na postojanje ozbiljnih

problema sa korozijom. Međutim,

problemi nisu uočeni na drugim

mestima u okviru istog sistema, a UZ

testovi nisu registrovali razaranja

zidova cevi.

Problem je identifikovan kao taloženje

čvrstih čestica u baj-pasu od napojne ka

povratnoj strani.

Velike rupe – Neobjašnjiva pojava rupa

na ovom relativno novom rashladnom

tornju koji je u radu tek nekoliko

sezona.

Analiza oštećenja je pokazala dejstvo

kombinacije MIC korozije i

metalurškog defekta u samoj izradi

čelične cevi.

Galvanizovana cev- Tokom 62 godina

upotrebe u Njujorškom vodovodu ova

8 in(203.2mm). galvanizovana cev ovako

izgleda.

UZ testovi su ukazali na postojanje

dubokih pukotina ispod naslaga i opšti

nivo korozije od blizu 3.5 MPY

(88.9µm/god). Korozija je

prouzrokovala sužavanje cevi i pojavu

rupa.

Debele naslage – Uobičajeni vid korozije

kod cevi koja je dugo u upotrebi.

Ova galvanizovana čelična cev je jedva

prepoznatljiva,debljina akumuliranog

taloga približno iznosi 1 in.(25.4mm), u

cevi prečnika 6 in(152.4mm). Problem

je uočen onda kada je došlo do pojave

rupa na spojevima, a UZ testovi su

pokazali da je preostala debljina cevi

iznosi samo 0.050 in(1.27mm).

Korozija ispod izolacije- Visoka

vlažnost u kombinaciji sa

temperaturom vodovodske vode od 42 º

F(5.55°C) , debljinom fiberglasa od 1

in(25.4mm) i nedostatak zaštite od pare

umanjili su životni vek ovog dela

cevovoda na period kraći od 8 godina.

Ovo predstavlja dramatično oštećenje u

odnosu na druge delove istog cevovoda

– čiji je radni vek procenjen na više od

30 godina.

Cev debljine 10 / Pukotinska korozija –

Najmanje 15 nastavaka cevi na sekciji

dužine 21 ft(6.4m). cevi 2-1/2 in

(63.5mm), sugeriše na jaku koroziju.

UZ testovi su međutim ustanovili da

debljina cevi u nekim delovima ovog

sistema iznosi SCH 10.

Realno gledano, cev je bila u radu 18

godina, i došla je do kraja svog radnog

veka.

Pukotinska korozija – Duboka

naprsnuća se prvo javljaju na

cevovodima manjeg prečnika pre svega

zbog tanjeg zida cevi. Ta činjenica

prvenstveno treba da ukaže na moguće

probleme u sistemu, nego na neki

lokalizovani problem.

Oštećenje na sredini cevi ukazuje na

daleko ozbiljnije probleme nego što su

oni na spojevima.

Oštećenja tkz. krova cevi usled

nepovoljnih atmosferskih uslova –

Jedan od korozivnih problema koje je

najlakše izbeći ali jedan od najčešćih, za

zaštitu cevi od spoljašnjeg razaranja

potrebno je samo redovno održavanje.

Spoljašnja korozija će često umanjiti

radni vek cevi na pola, i dovesti do

neočekivanog razaranja. Neophodna je

redovna inspekcija i održavanje.

Decinkfikacije – Tipične naslage koje

nastaju posle decinkfikacije mesingane

cevi usled starosti i/ili agresivne vode u

sistemu.

Tokom godina cink u leguri metala se

razlaže, nestaje iz bakra. Javljaju se

duboke pukotine i cev postaje porozna

dok ne dođe do curenja, a ostaju tragovi

korozije.

Galvanska korozija – Čest problem na

mestima spojeva mesinga/bakra sa

čelikom. Pod određenim uslovima, kao

što je ovde prikazano, može da se javi i

na spojevima čelik/čelik – gde se nova

cev spaja sa starom, i gde se javlja

različita vrednost uzemljenja.

CUI korozija – Problem čest kod

primera gde je su veoma hladne cevi u

kombinaciji sa velikom vlagom i slabom

izolacijom.

CUI korozija je daleko opasnija za

vodovodne cevi nego što je to slučaj sa

normalnom internom korozijom.