Коррозионная техника - Corrosion engineering

Коррозионная инженерия - это инженерная специальность, которая применяет научные, технические, инженерные навыки и знание законов природы и физических ресурсов для проектирования и реализации материалов, конструкций, устройств, систем и процедур для борьбы с коррозией . С целостной точки зрения коррозия - это явление, когда металлы возвращаются в состояние, в котором они находятся в природе. Движущая сила, вызывающая коррозию металлов, является следствием их временного существования в металлической форме. Для производства металлов из природных минералов и руд необходимо обеспечить определенное количество энергии, например, железную руду в доменной печи . Таким образом, термодинамически неизбежно, что эти металлы при воздействии различных сред вернутся к своему естественному состоянию. Таким образом, коррозия и инженерия коррозии включают изучение химической кинетики , термодинамики , электрохимии и материаловедения .

Общие сведения

Как правило, относящаяся к металлургии или материаловедению , инженерия коррозии также относится к неметаллическим материалам, включая керамику, цемент , композитные материалы и проводящие материалы, такие как углерод / графит. Инженеры по коррозии часто управляют другими процессами, не связанными с коррозией, включая (но не ограничиваясь ими) растрескивание, хрупкое разрушение, растрескивание, истирание, эрозию и, как правило, классифицируются как управление активами инфраструктуры . В 1990-х годах Имперский колледж Лондона даже предложил степень магистра наук под названием «Коррозия инженерных материалов». UMIST - Институт науки и технологий Манчестерского университета, ныне входящий в состав Манчестерского университета, также предлагал аналогичный курс. Магистерские курсы по коррозионной инженерии доступны во всем мире, а учебные программы содержат учебные материалы о контроле и понимании коррозии. В Университете штата Огайо есть центр коррозии, названный в честь одного из наиболее известных инженеров по коррозии Марса Дж. Фонтана .

Затраты на коррозию

В 1995 году сообщалось, что затраты на коррозию в США по всей стране составили почти 300 миллиардов долларов в год. Это подтвердило более ранние сообщения об ущербе, нанесенном мировой экономике в результате коррозии.

Группы инженеров по коррозии сформированы по всему миру, чтобы обучать, предотвращать, замедлять и контролировать коррозию. К ним относятся Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов (NACE), Европейская федерация коррозии (EFC) и Институт коррозии Великобритании. Основная задача инженера по коррозии - экономно и безопасно управлять воздействием коррозии на материалы.

Заки Ахмад в своей книге « Принципы коррозионной техники и контроля коррозии» утверждает, что «Коррозионная инженерия - это применение принципов, выведенных из науки о коррозии, для минимизации или предотвращения коррозии». Shreir et al. предлагают то же самое в своем большом двухтомном труде под названием « Коррозия» . Инжиниринг коррозии включает в себя разработку схем предотвращения коррозии и внедрение конкретных норм и правил. Противокоррозионные мероприятия, в том числе катодная защита , проектирование для предотвращения коррозии и покрытия конструкций, относятся к режиму антикоррозийной инженерии. Однако наука о коррозии и инженерия идут рука об руку, и их нельзя разделить: это постоянный союз, позволяющий время от времени создавать новые и лучшие методы защиты. Это может включать использование ингибиторов коррозии . В « Справочнике по инженерии коррозии» автор Пьер Р. Роберж утверждает: «Коррозия - это разрушительное воздействие на материал в результате реакции с окружающей средой. Серьезные последствия процесса коррозии стали проблемой мирового значения».

Затраты не только денежные. Есть финансовые затраты, а также растрата природных ресурсов. В 1988 году было подсчитано, что одна тонна полностью превращалась в ржавчину каждые девяносто секунд в Соединенном Королевстве . Есть еще и цена человеческих жизней. Отказ, будь то катастрофический или другой из-за коррозии, стоил человеческих жизней.

Известные участники этой области

Некоторые из наиболее заметных участников дисциплины «Коррозионная инженерия» включают, среди прочего:

Типы коррозионных ситуаций

Инженеры и консультанты по коррозии обычно специализируются на сценариях внутренней или внешней коррозии. В обоих случаях они могут предоставлять рекомендации по контролю коррозии, исследования по анализу отказов, продавать продукты для контроля коррозии или обеспечивать установку или проектирование систем контроля и мониторинга коррозии. У каждого материала есть свои слабые места. Алюминий , оцинкованные / цинковые покрытия, латунь и медь плохо переносят очень щелочную или очень кислую среду pH. Медь и латунь плохо переносят среду с высоким содержанием нитратов или аммиака . Углеродистые стали и железо плохо переносят условия низкого удельного сопротивления почвы и среды с высоким содержанием хлоридов. Среды с высоким содержанием хлоридов могут даже разрушить и повредить сталь, заключенную в обычно защищающий бетон. Бетон плохо переносит высокие сульфатные и кислые среды. И ничто не может хорошо выжить в средах с высоким содержанием сульфидов и низким окислительно-восстановительным потенциалом с агрессивными бактериями. Это называется биогенной сульфидной коррозией .

Внешняя коррозия

Подземная боковая коррозия почвы

Инженеры по борьбе с коррозией под землей собирают образцы почвы для проверки химического состава почвы на наличие коррозионных факторов, таких как pH, минимальное удельное сопротивление почвы, хлориды, сульфаты, аммиак , нитраты, сульфиды и окислительно-восстановительный потенциал. Они собирают образцы с той глубины, которую будет занимать инфраструктура, потому что свойства почвы могут меняться от пласта к пласту. Минимальный тест на удельное сопротивление грунта на месте измеряется с помощью четырехштырькового метода Веннера, если его часто проводят для оценки коррозионной активности площадки. Однако в засушливый период испытание может не показать действительную коррозионную активность, поскольку подземный конденсат может сделать почву более влажной при контакте с заглубленными металлическими поверхностями. Вот почему важно измерять минимальное удельное сопротивление грунта или удельное сопротивление при насыщении. Само по себе испытание на удельное сопротивление грунта не позволяет выявить коррозионные элементы. Инженеры по коррозии могут исследовать места, подверженные активной коррозии, используя наземные методы исследования, и спроектировать системы контроля коррозии, такие как катодная защита, чтобы остановить или снизить скорость коррозии.

Инженеры-геотехники обычно не занимаются разработкой коррозии и направляют клиентов к инженеру по коррозии, если удельное сопротивление грунта ниже 3000 Ом-см или меньше, в зависимости от таблицы категоризации коррозионной активности почвы, которую они читают. К сожалению, на старой молочной ферме удельное сопротивление почвы может превышать 3000 Ом-см, но при этом в ней по-прежнему присутствуют агрессивные уровни аммиака и нитратов, которые разъедают медные трубопроводы или заземляющие стержни. Общее высказывание о коррозии звучит так: «Если почва хороша для сельского хозяйства, она отлично подходит для коррозии».

Подводная внешняя коррозия

Инженеры по подводной коррозии применяют те же принципы, что и при подземной борьбе с коррозией, но используют специально обученных и сертифицированных аквалангистов для оценки состояния, установки и ввода в эксплуатацию системы контроля коррозии. Основное различие заключается в типе эталонных ячеек, используемых для сбора показаний напряжения. Особую озабоченность вызывает коррозия свай и опор нефтегазовых вышек. Сюда входят буровые установки в Северном море у побережья Соединенного Королевства и Мексиканского залива .

Атмосферная коррозия

Атмосферная коррозия обычно относится к общей коррозии в неспецифической среде. Предотвращение атмосферной коррозии обычно достигается путем выбора материалов и спецификаций покрытий . Использование цинковых покрытий на стальных конструкциях, также известных как гальваника, является формой катодной защиты, когда цинк действует как расходный анод, а также как форма покрытия. Ожидается, что со временем на оцинкованном покрытии появятся небольшие царапины. Цинк, более активный в гальванической серии, вызывает коррозию, а не нижележащую сталь, а продукты коррозии заполняют царапины, предотвращая дальнейшую коррозию. Пока царапины мелкие, конденсационная влага не должна разъедать стальную основу, пока цинк и сталь соприкасаются. Пока есть влага, цинк разъедает и со временем исчезает. Также используется катодная защита наложенным током .

Вид сбоку Железнодорожный мост Кроу Холл к северу от Престон-Ланкс корродирует - генерал
Электрификационный портал из коррозионно-стойкой стали

Зона разбрызгивания и коррозия от брызг воды

«Куртки свай», закрывающие старые бетонные сваи моста, для борьбы с коррозией, которая возникает, когда трещины в сваях позволяют соленой воде контактировать с внутренними стальными стержнями арматуры.
Структурный элемент Blackpool Promenade в Bispham сильно корродирован

Обычное определение зоны заплеска - это область чуть выше и чуть ниже среднего уровня воды в водоеме. Сюда также входят участки, на которые может распространяться водяная струя и туман.

Значительное количество коррозии заборов происходит из-за того, что инструменты озеленения царапают покрытия заборов, а оросительные оросители опрыскивают эти поврежденные заборы. Рециркулированная вода обычно имеет более высокое содержание соли, чем питьевая питьевая вода, а это означает, что она более агрессивна, чем обычная водопроводная вода. Такой же риск повреждения и разбрызгивания воды существует для наземных трубопроводов и устройств предотвращения обратного потока. Крышки, клетки и бетонные опоры из стекловолокна хорошо зарекомендовали себя, чтобы держать инструменты на расстоянии вытянутой руки. Даже место, где забрызгивает крышу водостока, может иметь значение. Дренаж из долины крыши дома может падать прямо на газовый счетчик, вызывая коррозию его трубопроводов с ускоренной скоростью, достигающей 50% толщины стенок в течение 4 лет. Это тот же эффект, что и зона брызг в океане или в бассейне с большим количеством кислорода и волнением, которое удаляет материал по мере его коррозии.

Резервуары или конструкционные трубы, такие как опоры для сидений скамейки или аттракционы, могут накапливать воду и влагу, если конструкция не допускает дренаж. Эта влажная среда может затем привести к внутренней коррозии конструкции, нарушающей ее целостность. То же самое может произойти в тропической среде, что приведет к внешней коррозии. Это может включать коррозию балластных цистерн на судах.

Коррозия трубопровода

Опасные материалы часто переносятся по трубопроводам, поэтому их структурная целостность имеет первостепенное значение. Таким образом, коррозия трубопровода может иметь серьезные последствия. Один из методов борьбы с коррозией трубопроводов - использование эпоксидных покрытий, связанных сплавлением . DCVG используется для мониторинга. Также используется катодная защита наложенным током .

Коррозия в балластных цистернах

Основная статья: Коррозия в балластных цистернах

Балластные цистерны на кораблях содержат топливо для коррозии. Вода одна и обычно присутствует воздух. Вода может застаиваться. Структурная целостность важна для безопасности и предотвращения загрязнения морской среды. Покрытия стали предпочтительным решением для уменьшения коррозии балластных цистерн. Также использовалась катодная защита наложенным током .

Коррозия в железнодорожной отрасли

Было заявлено, что одной из самых серьезных проблем железнодорожной отрасли Соединенного Королевства является коррозия. Самая большая проблема заключается в том, что коррозия может повлиять на конструктивную целостность пассажирских железнодорожных вагонов, что отрицательно скажется на их ударопрочности. Также могут пострадать другие железнодорожные сооружения и активы. Институт Постоянного Пути периодически читает лекции по этой теме. В январе 2018 года из-за коррозии металлической конструкции был закрыт железнодорожный вокзал Ливерпуль-Лайм-стрит.

Гальваническая коррозия

Основная статья: Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия (также называемая биметаллической коррозией) - это электрохимический процесс, при котором один металл (более активный) корродирует предпочтительно, когда он находится в электрическом контакте с другим разнородным металлом в присутствии электролита . Подобная гальваническая реакция используется в первичных элементах для генерирования полезного электрического напряжения для питания портативных устройств - классическим примером является элемент с цинковыми и медными электродами. Гальваническая коррозия также используется, когда жертвенный металл используется в катодной защите . Гальваническая коррозия происходит, когда активный металл и более благородный металл контактируют в присутствии электролита .

Точечная коррозия

Основные статьи: Точечная коррозия и эквивалентное число сопротивления питтингу

Точечная коррозия, или точечная коррозия, представляет собой чрезвычайно локализованную коррозию, которая приводит к образованию небольших отверстий в материале - почти всегда в металле. Отказы, вызванные этой формой коррозии, могут быть катастрофическими. При общей коррозии легче предсказать количество материала, которое будет потеряно с течением времени, и это можно спроектировать в инженерной конструкции. Точечная коррозия, как и щелевая коррозия, может вызвать катастрофический отказ с очень небольшой потерей материала. Точечная коррозия случается с пассивными материалами. Классический механизм реакции был приписан Улику Ричардсону Эвансу .

Щелевая коррозия

Основная статья: Щелевая коррозия

Щелевая коррозия - это тип локальной коррозии с механизмом, очень похожим на точечную коррозию.

Коррозионное растрескивание под напряжением

Основная статья: Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) - это рост трещины в коррозионной среде . Для этого требуются три условия: 1) агрессивная среда 2) напряжение 3) чувствительный материал. SCC может привести к неожиданному внезапному и, следовательно, катастрофическому разрушению обычно пластичных металлов под действием растягивающего напряжения . Обычно это обостряется при повышенной температуре. SCC очень химически специфичен, так как некоторые сплавы могут подвергаться SCC только при воздействии небольшого количества химических сред. Обычно SCC остается незамеченным до отказа. SCC обычно довольно быстро прогрессирует после первоначального зарождения трещины и чаще встречается в сплавах, чем в чистых металлах. Таким образом, инженер по коррозии должен знать об этом явлении.

Нитевидная коррозия

Нитевидная коррозия может рассматриваться как тип щелевой коррозии и иногда наблюдается на металлах, покрытых органическим покрытием ( краской ).

Нитевидная коррозия окрашенного алюминия

Коррозионная усталость

Основная статья: Коррозионная усталость

Эта форма коррозии обычно вызывается сочетанием коррозии и циклического напряжения. Измерять и контролировать это сложно из-за множества действующих факторов, включая природу или форму стрессового цикла. Циклы напряжения вызывают локальное деформационное упрочнение . Таким образом, отказ от концентраторов напряжений, таких как отверстия и т. Д., Был бы хорошим конструктивным решением для защиты от коррозии.

Микробная коррозия

Основная статья: Микробная коррозия

В настоящее время известно, что биокоррозия, биообрастание и коррозия, вызываемые живыми организмами, имеют электрохимическую основу. Известно, что другие морские существа, такие как мидии, черви и даже губки, разрушают инженерные материалы.

Повреждение водородом

Основная статья: Водородное повреждение

Повреждение водородом вызывается атомами водорода (в отличие от молекул водорода в газообразном состоянии), взаимодействующими с металлом.

Эрозионная коррозия

Основная статья: Эрозионная коррозия

Эрозионная коррозия - это форма коррозионного повреждения, обычно на металлической поверхности, вызванного турбулентностью жидкости или твердого тела, содержащей жидкость, и металлической поверхности. Алюминий может быть особенно восприимчивым из-за того, что слой оксида алюминия, обеспечивающий защиту от коррозии нижележащего металла, выветривается.

Хрупкость водорода

Основная статья: Водородное охрупчивание

Это явление описывает повреждение металла (почти всегда железа или стали) при низкой температуре диффузионным водородом .

Коррозия при высоких температурах

Основная статья: Высокотемпературная коррозия

Высокотемпературная коррозия обычно возникает в средах с высокой температурой и химическими веществами, такими как источники углеводородного топлива, но также и другие химические вещества, допускающие эту форму коррозии. Таким образом, это может происходить в котлах, автомобильных двигателях, работающих на дизельном или бензиновом топливе, печах для производства металлов и факельных трубах при добыче нефти и газа. Также будет включено высокотемпературное окисление металлов.

Внутренняя коррозия

Внутренняя коррозия вызывается совокупным воздействием и серьезностью четырех видов разрушения материала, а именно: общей коррозии, точечной коррозии, микробной коррозии и коррозии жидкости. Те же принципы контроля внешней коррозии могут быть применены к внутренней коррозии, но из-за доступности подходы могут быть разными. Таким образом, используются специальные инструменты для контроля и контроля внутренней коррозии, которые не используются при контроле внешней коррозии. Видеообзор труб и высокотехнологичные интеллектуальные свиньи используются для внутренних проверок. Интеллектуальные скребки могут быть вставлены в систему трубопроводов в одной точке и «пойманы» дальше по трубопроводу. Использование ингибиторов коррозии, выбор материалов и внутренних покрытий в основном используются для контроля коррозии в трубопроводах, в то время как аноды вместе с покрытиями используются для контроля коррозии в резервуарах.

Проблемы с внутренней коррозией относятся, в частности, к следующим элементам: водопроводные трубы; Газовые трубы; Масляные трубы и резервуары для воды.

Хорошая конструкция для предотвращения коррозионных ситуаций

Инженерия коррозии предполагает хороший дизайн. Использование закругленной кромки вместо острой кромки снижает коррозию. Также рекомендуется избегать соединения посредством сварки или другого метода соединения двух разнородных металлов во избежание гальванической коррозии. Избегайте наличия небольшого анода (или анодного материала) рядом с большим катодом (или катодным материалом) - это хорошая практика. Например, сварочный материал всегда должен быть более благородным, чем окружающий его материал. Коррозия балластных цистерн на морских судах может стать проблемой, если не будет выполнен надлежащий дизайн.

Коррозия на стыке - плохая конструкция

Правильный выбор материала для предотвращения коррозионных ситуаций

Выбор материала инженером-проектировщиком влияет на расчетный срок службы конструкции. Иногда нержавеющая сталь - неправильный выбор, и углеродистая сталь будет лучше. Существует заблуждение, что нержавеющая сталь обладает отличной коррозионной стойкостью и не подвержена коррозии. Это не всегда так, и ее не следует использовать для обработки дезоксигенированных растворов, поскольку нержавеющая сталь зависит от кислорода для поддержания пассивации и также подвержена щелевой коррозии.

Контроль за окружающей средой для предотвращения коррозионных ситуаций

Одним из примеров управления окружающей средой для предотвращения или уменьшения коррозии является практика хранения самолетов в пустынях. Эти места хранения обычно называют кладбищами самолетов . Климат обычно засушливый, и этот и другие факторы делают его идеальной средой. Это было особенно актуально во время пандемии COVID-19 .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

  • NACE (ранее известная как Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов) NACE International
  • Европейская федерация коррозии [1] http://www.efcweb.org/
  • Институт коррозии Великобритании [2]