Coroziunea materialelor metalice - coroziunea chimică coroziunea electrochimică

COROZIUNEA CHIMICĂ SI ELECTROCHIMICĂ A ŢEVILOR FIERBĂTOARE

ÎN CAZANELE DE ABUR

Coroziunile sunt procese distructive ale metalului cauzate de diverse fluide. În funcţie de fluid şi de condiţiile fizico-chimice se deosebesc coroziuni de natură chimică sau electrochimică. În cazul cazanelor de abur majoritatea fenomenelor sunt electrochimice.

1. Formarea coroziunii electrochimice

Metalul pur, în contact cu apa (electrolitul) se dizolvă (disociază), astfel: în apă trec ionii încărcaţi pozitiv; pe metal rămân sarcinile negative (electronii) care atrag sarcinile pozitive din apă, formând un condensator molecular (stratul dublu al lui Helmholz) care stabileşte un echilibru şi dizolvarea metalului încetează.

Intre metal şi soluţie se creează o diferenţă de potenţial (potenţialul electrochimie al metalului). Metalele au potenţiale diferite.

Trebuie reţinut că solubilitatea şi concentraţia molară a ionilor acestor metale în apă sunt mici. De exemplu, pentru Fe2+ la un pH = 7, concentraţia molară = 10"5, iar solubilitatea este de 5 ppb; la pH=10 concentraţia molară este 10~7 şi solubilitatea este 10 ppb Fe2+ Fiecare termen al seriei de potenţiale poate crea în electrolit, cu oricare alt termen, un element electrochimie. Electrolitul închide circuitul clementului galvanic, permiţând o circulaţie a curentului electric format.

Circuitul galvanic este iniţiat de orice neuniformitate fizică, fizico-chimică sau chimică a metalului sau a soluţiei electrolitului cu care vine în contact. Metalul cu potenţialul mai negativ devine anod şi se dizolvă, iar catodul este protejat. Fierul din construcţia cazanului devine zonă anodică în cazul în care al doilea metal (electrod local) este mai electropozitiv (mai nobil). Fierul din zona anodică, găsindu-se la un potenţial superior echilibrului electrolitului respectiv, se corodează şi dizolvarea durează până ce hidroxidul feros format ajunge la limita de saturaţie, marcată de pH egal 9,7 (cu condiţia lipsei altor cauze externe care să distrugă stratul protector de electroni care se formează în zona catodică).

Diferenţa de potenţial se poate datora următoarelor cauze:

- prezenţa a două metale diferite, legate intim între ele;

- neuniformităţi şi impurităţi în structura aceluiaşi metal;

- concentraţii diferite de săruri şi gaze în apă (de exemplu zonele cu concentraţie mai mare în oxigen sunt catodice, iar cele sărace în oxigen şi acoperite cu depuneri sunt anodice); curenţi exteriori de dispersie care traversează metalul respectiv;

- electroliţi cu pH acid.

Temperatura agravează procesele de coroziune, atât prin efect chimic asupra reacţiei, cit şi prin faptul că distruge pelicula protectoare care acoperă suprafaţa metalului, în timpul procesului de corodare, la catod se degajă hidrogen care tinde să izoleze electric suprafaţa metalului şi să oprească astfel procesul de coroziune (polarizare). Efectul polarizant este atenuat la rândul lui de prezenţa oxigenului sau de acţiunile fizice şi mecanice care îndepărtează hidrogenul format (reacţii violente, fierbere, agitarea lichidului).

2. Natura coroziunilor

Coroziunea depinde de impuritatea sau cauza care o generează, după cum urmează: a. Coroziuni provocate de acizii liberi. Acizii anorganici sau organici pot proveni în cazan din:

- anhidrida carbonică cu apa, în prezenţa oxigenului;

- hidroliza sărurilor de magneziu (cloruri şi azotaţi) Când acestea ating concentraţii destul de mari sau când vin în contact cu suprafeţele metalice calde;

- descompunerea termică a substanţelor organice (substanţele organice din apa brută ajunse în apa de alimentare, uleiul scăpat de la pompele de alimentare, zahărul pătruns în apa cazanului din tehnologie).

Agresivitatea soluţiilor apoase măsurată prin pH este maximă la valori sub 4 şi se anulează între 8,5 şi 11.

în mediul alcalin al cazanelor cu volum mare de apă, substanţele cu caracter acid puse în libertate sunt repede neutralizate, evitându-se coroziunea. Acolo unde apar defecte de circulaţie, depuneri de nămol (în condiţii care exclud difuziunea liberă - deci neutralizarea acizilor în stare născândă) substanţele cu caracter acid rezultate pot ataca metalul.

De asemenea, în cazanele cu volum mic de apă, fiind obligate prin prescripţiile tehnice C2/2003-ISCIR să funcţioneze cu alcalinităţi reduse, pentru anumite considerente, neutralizarea acizilor nu mai este posibilă şi procesul de coroziune este amorsat.

b. Coroziuni provocate de gaze dizolvate. Oxigenul şi bioxidul de carbon ridică

probleme serioase în corodarea cazanelor

- Oxigenul preluat din aer, dizolvat fizic ca atare în apă, poate fi eliminat prin degazare

termică, bazată pe scăderea solubilităţii acestuia şi creşterea temperaturii. Coroziunea datorată

oxigenului dizolvat în apă este electrochimică, manifestându-se (prin elemente locale sub formă

de ciupituri „pittinguri") diferenţiat în circuitul apă-abur-condensat, atât în timpul funcţionării cât

şi în perioadele de stagnare. Coroziunea nu poate avea loc în elementele care sunt în contact

cu aburul supraîncălzitoarelor şi nici în ţevile fierbătoarelor, unde are loc o degazare spontană a apei.