Koroze dochází za různých podmínek a v rozličných prostředích. Vysvětleny budou jen základní mechanizmy. Jedná se o korozi, ke které dochází v plynech, majících oxidační nebo redukční povahu.
Předpokladem pro vznik homogenní oxidické vrstvy je Pilling-Bedworthovo číslo > 1. Abychom mohli v heterogenní soustavě hovořit o rovnovážném stavu, musíme připustit, že i tuhá fáze má určitou byť nepatrnou tenzi par (rozkladný tlak). Na povrchu kovu dochází tehdy, je-li rozkladný tlak oxidu roven parciálnímu tlaku kyslíku ve vzduchu při teplotě nižší než je bod tání příslušného kovu. Tímto mechanismem se vytváří např. ke korozní korozi nemusí docházet pouze v prostředí kyslíku. Stejný účinek lze pozorovat i v prostředí oxidu siřičitého, sirovodíku, chlóru, bromu. Síra např. Ag, Au, Ru, Rh, Pd, Pt.
Např. rozkladný tlak oxidu stříbrného Ag2O dosahuje parciálního tlaku kyslíku při teplotě 180 °C. Při teplotách nad 400 °C se zvyšuje rozpustnost kyslíku ve stříbře a dochází k vnitřní oxidaci stříbra, což se projeví jeho křehnutím. Z korozního hlediska se jedná o hořčík a jeho slitiny v oxidujících plynech (MgO). Do teploty 400 °C je tato vrstva homogenní. Tento případ zahrnuje většinu kovů, které se využívají v praxi.
Pro příklad může posloužit železo. Při oxidaci železa kyslíkem se tvoří oxid železnatý FeO (wustit), železitý Fe2O3 (magnetit) a Fe3O4 (hematit). Rychlost této koroze bývá ovlivněna nečistotami materiálu a vlivem legur. Intenzivní koroze nastává při teplotách 580 °C. Parciální tlak kyslíku této reakce je řádově nižší než kyslíku ve vzduchu. Vzduch je významným redukčním prostředím.
Nejvýznamnějším redukčním prostředím je vodík. Podmínky, za kterých přichází kov do styku s vodíkem, jsou různé. Elektrony se stávají součástí elektronového mraku kovu. Kationy pronikají do materiálu. Jsou-li v materiálu póry nebo úzké trhlinky, dochází na jejich povrchu k přeměně atomárního vodíku v molekulární.
Vodík rozpuštěný v kovu způsobuje vodíkovou křehkost. Ke korozní reakci dochází i v nevodivých kapalinách anorganického nebo organického původu. Řada těchto kapalin má polární charakter nebo může být polarizovaná. Vzniknou tak solvatované ionty. Podmínkou pro rozpuštění kovu v nevodivém kapalném prostředí je rozdíl ionizační a solvatační energie. To určuje vzájemnou afinitu kovu a kapaliny, která může mít za následek vznik elektrodomálního potenciálu.
Např. uhlovodíky běžně nepodporují korozi. Koroze v elektricky vodivém prostředí je umožněna existencí iontů vzniklých disociací korozního prostředí. Při korozní reakci probíhají obě dílčí reakce anodická a katodická. Dominantním degradačním procesem při korozi ve vodách je elektrochemický děj. Rychlost tohoto děje je ovlivněna mnoha činiteli, které se mohou uplatňovat i samostatně.
Čistá destilovaná voda má z chemického hlediska vysokou rozpouštěcí schopnost, to však z korozního pohledu není nebezpečné. Přírodní a průmyslové vody obsahují podle svého charakteru různé množství solí, hydroxidů, kyselin, organických látek mikroorganizmů a pod. Rozpuštěný kyslík má zásadní význam pro korozi ve vodách.
Větší podíl kyslíku zvyšuje korozní rychlost: kyslík chová se jako katodický depolarizátor, odstraňuje vodík ze katody a podporuje korozní proces. Rozpustnost kyslíku ve vodě závisí na teplotě, tlaku a obsahu solí. Kyslík se lépe rozpouští v studené vodě než ve vodě teplé. Vysoké teploty nad 80 °C mění rozpustnost a ovlivňují i otevřenost systému. Pro zvýšení rozpustnosti lze použít vyšší tlak.
Chloridy jsou přítomny téměř ve všech vodách a zesilují korozi oceli ve vodě obsahující kyslík. V mírně kyselých roztocích železo koroduje prakticky jen při přítomnosti kyslíku; v silně kyselých roztocích koroduje zároveň s vodíkovou depolarizací. Přírodní vody mají pH obvykle 4,5-8,5, a proto na většině kovů vzniká vrstva nerozpustných korozních produktů. Oxid uhličitý snižuje pH a ovlivňuje inhibitorové systémy.
V uzavřených a řízených soustavách se kyslík může dostat jen při doplňování. Nižší vodivost odsolené vody tlumí procesy kyslíkové koroze. Plně odsolená voda však může vázat kyslík; voda s rozpuštěnými solemi kyslík přijímá špatně. Proces odsolení zabraňuje tvorbě usazenin a omezuje korozi zařízení. Při pH nad 8,2 uzavírá korozní elektrický okruh mezi místy bez inhibitoru jen přes kyslík.
Při změkčování vody probíhá změkčování hydrogenuhličitanů na hydrogenuhličitan sodný; při zahřívání se hydrogenuhličitan sodný mění na uhličitan sodný a uvolňuje CO2. Tím stoupá pH vody na 9-9,5. Vysoká alkalita způsobuje korozi hliníku, pokud není řízena. Samoalkalizací se zvyšuje pH bez vnější zásahu, což může vyvolat erozní korozi na místech s intenzivním prouděním vody. Maximální dosažitelnou hodnotu pH určuje alkalita vody a její hydrogenuhličitanová tvrdost.
V otopných soustavách je důležité stanovit vhodné parametry a pravidelně provádět kontroly. Odsolení snižuje agresivitu prostředí a zvyšuje životnost systémů. Kontrolní postupy zahrnují měření pH, vodivosti, obsahu kyslíku, koncentrací solí a čistoty vody. Inhibitory koroze a volba správných materiálů hrají klíčovou roli.
Atmosférická koroze je elektrochemická, ale v tenké vrstvě elektrolytu na povrchu kovu. Nasycení atmosféry vodní parou a mikroprocesy znečištění hraje roli v mechanismech. V reálné atmosféře jsou podmínky proměnlivé: vlhkost, teplota, proudění a přítomnost znečištění. Důsledky zahrnují zesílenou korozi, změny v doteku s povrchem a tvorbu pneumatikovitých usazenin, které podporují další korozní procesy.
V chladicích okruzích dochází k různým typům koroze, včetně důlkové koroze, tuberkulózní koroze a korozních puchýřů. Rozsáhlejší koroze v klimatických systémech vyžaduje komplexní audit a úpravy vody, filtrace, odluh a možné použití elektrolytických úpravných zařízení KEUV-CV.
V ropném a plynárenském průmyslu se koroze projevuje obecně v důlkových struktuře, galvanické korozi, erozní korozi, mikrobiólní korozi (MIC), a SCC - trhlinami způsobenými vysokým namáháním a agresivním prostředím. Teplota, tlak, přítomnost CO2 a H2S, plus obsah kyslíku ve vodě, jsou klíčové faktory urychlující korozi. Vrty, potrubí a nádrže v extrémních podmínkách si vyžadují specializované ochranné strategie.
Správná prevence zahrnuje volbu vhodného materiálu, katodickou ochranu, antikorozní nátěry, inhibitory a systémovou kontrolu vod. Koroze v průmyslových okruzích způsobuje náklady na opravy, odstávky, ztráty energie a environmentální rizika. Preventivní strategie jsou klíčem k prodloužení životnosti infrastruktury a minimalizaci rizik.
Úvod do inhibitorů koroze pro ropovody a plynovody | Část 1
Tabulky a doplňující data
- Tab. 1. Agresivita půdního prostředí a vliv pH na korozi (z textu).
- Tab. 2. Vliv alkalinity a hydrogenuhličitanů na změkčování vody a pH.
- Tab. 3. Experimentální ověření samoalkalizačního procesu ve změkčené vodě (mikrovlnná trouba).
Praktické shrnutí pro průmysl: koroze v chladicích okruzích i v otopných soustavách je nutné řešit systematicky: audit vody, specifikace pro doplňování, úpravy vody, monitorování a pravidelné kontroly.
Doporučené postupy a provozní doporučení
- Provádět vodní a provozní audit okruhů; identifikovat kritická místa a navrhnout konkrétní opatření.
- Kontrolovat vodivost, pH, chloridy, sírany a celkovou koncentraci rozpuštěných látek.
- Zvažovat KEUV-CV pro úpravu oběhové vody tam, kde je problém v dlouhodobém znečištění a nerozpustných látkách.
- Používat vhodnéFiltry a pravidelnou údržbu systémů; doplňovat soli v iontových změkčovačích.
- Zohlednit materiálové složení soustav (ocel, měď, mosaz, hliník) a možné vlivy při rekonstrukcích.
- Při návrhu otopné soustavy brát v úvahu ČSN 07 7401 a principy úpravy vody pro minimalizaci vodního kamene.