ΕΡΓΑΣΙΑ : ΙΑΒΡΩΣΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΣΤΟ Ε ΑΦΟΣ ΚΑΤΣΙΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΙΑ : ΙΑΒΡΩΣΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΣΤΟ Ε ΑΦΟΣ ΚΑΤΣΙΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ 1

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην εργασία αυτή αναλύεται το πολύπλοκο φαινόµενο της διάβρωσης µετάλλων στο έδαφος και παρουσιάζονται τρόποι προστασίας τους. Είναι σηµαντικό να προσεγγιστεί το πρόβληµα της διάβρωσης από την θεωρητική του πλευρά γι αυτό και καταγράφονται τα αίτια και οι µηχανισµοί του φαινοµένου αυτού. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά η διάβρωση ορίζεται σαν η υποβάθµιση ή ακόµα και η καταστροφή ενός υλικού εξ' αιτίας δράσεων µε το περιβάλλον του.η διάβρωση των µετάλλων στο έδαφος µπορεί να προσδιορισθεί σαν µία χηµική ή ηλεκτροχηµική µετατροπή, που οδηγεί σε καινούργιες σταθερότερες ενώσεις.η κινητική των διαφόρων αλυσιδωτών ηλεκτροχηµικών φαινοµένων θα καθορίσει την ταχύτητα διάβρωσης. Επειδή το τελικό αποτέλεσµα της διάβρωσης είναι η απώλεια µάζας µε συνέπεια την ελάττωση του χρόνου ζωής των εγκαταστάσεων και την απαίτηση υπερβολικής συντήρησης, τα διάφορα θέµατα που σχετίζονται µε τα φαινόµενά της εξετάζονται συνεχώς από τους ειδικούς ερευνητές και υπάρχει ογκώδης βιβλιογραφία.οι επιπτώσεις, σαν απώλεια εξοπλισµού, και τα επακόλουθά της αποτελούν έναν από τους βασικότερους εχθρούς της βιοµηχανίας σήµερα. Αν και η διάβρωση είναι ένα αυθόρµητο φαινόµενο, µπορούµε να περιορίσουµε τις επιπτώσεις της, εάν προσέξουµε τον σχεδιασµό µας,την επιλογή των κατάλληλων υλικών, την λειτουργία και την συντήρηση του εξοπλισµού, και έχοντας υπ' όψη µας τις αρχές και τους µηχανισµούς που την διέπουν.οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάβρωση των µετάλλων είναι πολλοί γι αυτό και το φαινόµενο της διάβρωσης είναι πολύπλοκο και συχνά µη προβλέψιµο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η συστηµατική,επιστηµονική έρευνα δεν έχει µακρά ιστορία. ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ-ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Για ένα µέταλλο, όπως ο σίδηρος η µορφή του οξειδίου είναι συνήθως η σταθερότερη, και συνεπώς το µέταλλο έχει φυσιολογικά την τάση να δηµιουργήσει τα οξείδια, µέσο ενός πολύπλοκου ηλεκτροχηµικού µηχανισµού. Τονίζεται κατηγορηµατικά,ότι ο ιδιαίτερα τοποχρονικός και τοποχηµικός χαρακτήρας του φαινοµένου της διάβρωσης,η ευαισθησία του στις συνθήκες και στην εναλλαγή τους,η ποικιλία των µορφών του, η ποικιλία των µεθόδων προστασίας και η ποικιλία συνθηκών που µε αυτές µπορεί να εφαρµοστεί κάθε µέθοδος προστασίας,κάνουν κάθε περίπτωση διάβρωσης ειδικό πρόβληµα. Στην συγκεκριµένη περίπτωση εξετάζεται το φαινόµενο της διάβρωσης των µετάλλων στο έδαφος όπως είναι π.χ. η διάβρωση σωλήνων από συγκεκριµένο κράµα µεταφοράς καυσίµων κάτω από το έδαφος. 2

3 Οι γενικότεροι παράγοντες που επιδρούν σηµαντικά σε αυτό το τοποχηµικό είδος διάβρωσης είναι: 1.Παρουσία νερού στο έδαφος. 2.Αγωγιµότητα του εδάφους. 3.Ποσότητα υγρασίας και οξυγόνου στο έδαφος. 4.Κατασκευή και αρχιτεκτονική της κατασκευής. 5.Μικροβιολογικό και οργανικό περιεχόµενο του εδάφους. 6.Παρουσία περιπατητικών ρευµάτων. 7.Ηλεκτρικά φαινόµενα της ατµόσφαιρας (προκαλούν περιπατητικά ρεύµατα.) ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΤΕΡΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ Η παρουσία του νερού στο έδαφος είναι ένα προαπαιτούµενο για την δηµιουργία τοπικού γαλβανικού κελιού. Έτσι η θέση της θαµµένης µεταλλικής κατασκευής σε σχέση µε την παρουσία του νερού στο έδαφος είναι µεγάλης σηµασίας για την διάβρωση. Το βάθος στο οποίο µπορεί να είναι σηµαντική η υγρασία διαφέρει από περιοχή σε περιοχή. Έτσι στις εύκρατες ζώνες συχνά βρίσκεται σε βάθος 1-3 µέτρα κάτω από την επιφάνεια ενώ σε πιο ξηρές περιοχές είναι πολύ βαθύτερα. Το οξυγόνο παίρνει µέρος στην καθοδική αντίδραση και έτσι αποτελεί και αυτό προαπαιτο υµενο για την έναρξη της διάβρωσης. Η παροχή οξυγόνου είναι µεγαλύτερη πάνω από την υγρή περιοχή, µικρότερη κάτω από αυτήν ενώ διαφέρει για τα διαφορετικά είδη του εδάφους. Η συγκέντρωση του οξυγόνου στην υγρασία του εδάφους καθορίζει και την δυνατότητα για οξειδοαναγωγή. Η παρουσία διαφόρων βακτηριδίων όπως το desulphovibrio desulphuricans που λειτουργούν καταλυτικά στην µετατροπή των ιόντων του SO 4 σε S και ζουν σε αναερόβιες συνθήκες επιταχύνουν την διάβρωση,και καταστρέφουν έτσι το µέταλλο. ΕΙ ΟΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ Αν και πολλά είδη χαλύβων µπορεί να υποστούν γενική ηλεκτροχηµική διάβρωση κάτω από συγκεκριµένες συνθήκες, η διάβρωση µε βελονισµούς είναι ο κανόνας. Όπως φαίνεται στο δεύτερο σχήµα δηµιουργούνται τοπικά βαθιοί κρατήρες. Το τοπικό ηλεκτροχηµικό αυτό φαινόµενο οφείλεται στην δηµιουργία γαλβανικού στοιχείου και στην παρουσία περιπατητικών ρευµάτων. Η βιολογική διάβρωση είναι ένα ακόµη σπανιότερο είδος διάβρωσης που µπορεί να εµφανιστεί. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ 1. Καθοδική προστασία Σκοπός της είναι να επανέλθει η αλκαλικότητα του µετάλλου και να αποφευχθεί η ιάβρωση.κατά την µέθοδο της καθοδικής προστασίας, φορτίζουµε αρνητικά την εγκατάσταση που θέλουµε να προστατέψουµε.έτσι ενώ πριν η εγκατάσταση ήταν άνοδος,τώρα γίνεται κάθοδος. Αυτό σηµαίνει ότι η εγκατάσταση εξακολουθεί 3

4 να είναι αρνητικά φορτισµένη, όπως και πριν την εφαρµογή της προστασίας, απλά η δράση αντιστρέφεται:έχει προδιάθεση να πάθει αναγωγή και όχι,όπως αρχικά, οξείδωση. Για να εφαρµοστεί η µέθοδος αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθούν,είτε ηλεκτρική τάση από πηγή συνεχούς ρεύµατος,είτε θυσιαζόµενοι άνοδοι. Σύστηµα µε εφαρµοζόµενο ρεύµα Η µέθοδος αυτή συνίσταται στην σύνδεση του θετικού πόλου µιας πηγής συνεχούς ρεύµατος µε αδρανή παράλληλα ηλεκτρόδια,συνήθως από γραφίτη ή επιλυκοχρυσωµένο τιτάνιο, που τοποθετούνται µέσα στο διαβρωτικό περιβάλλον και του αρνητικού µε την εγκατάσταση. Η εφαρµογή της µεθόδου αυτής απαιτεί εξαιρετικά µεγάλη προσοχή γιατί αν εφαρµοστεί µε λαθεµένες συνθήκες,η αύξηση της καθοδικότητας της εγκατάστασης πάνω από ορισµένο όριο(υπερπροστασία),µεγαλώνει εξαιρετικά την ταχύτητα διάβρωσης. Πλεονεκτήµατα : 1. Μεγάλη διάρκεια ζωής των ανόδων άρα όχι συχνή αντικατάσταση 2. Πλήρης αναστολή της διάβρωσης του χάλυβα εφαρµόζοντας ποικίλες τιµές ρεύµατος 3. Μία άνοδος παρέχει υψηλά ποσά ρεύµατος και έτσι προστατεύεται µεγάλο µέρος της κατασκευής 4. Μπορεί να τοποθετηθεί µακριά από την κατασκευή επειδή παρέχει υψηλές τάσεις (έως 100V) Μειονεκτήµατα : 1. Απαιτεί συχνή ρύθµιση και προσαρµογή(πιθανή διακοπή ρεύµατος,διακύµανση ιδιοτήτων διαβρωτικού περιβάλλοντος) 2. Ακριβότερη από την 2 η µέθοδο(χρησιµοποίηση δαπανηρότερων δυναµοστατών σε διαβρωτικό περιβάλλον µε µεγάλες διακυµάνσεις των ιδιοτήτων του) 3. Αλληλεπιδρά µε γειτονικές εγκαταστάσεις προκαλώντας τους διάβρωση 4. Πρέπει να γίνεται σωστή εκλογή των ορίων τιµών της καθοδικής τάσης µε προηγούµενη εργαστηριακή έρευνα Εφαρµόζεται πολύ περισσότερο σε σχέση µε την µέθοδο θυσιαζόµενων ηλεκτροδίων,ιδιαίτερα στις περιπτώσεις: α)για την προστασία σωλήνων µέσα στο έδαφος σε γλυκό ή θαλασσινό νερό β)σε κατασκευές πλωτών και µη,µέσα στη θάλασσα 4

5 γ)για πλοία Η διάβρωση στο έδαφος αντιµετωπίζεται µε συνδυασµό αντιδιαβρωτικών επικαλυπτικών και καθοδικής προστασίας. Συµπεράσµατα: Η διάβρωση στο έδαφος (Soil Corrosion) είναι ένα πολύπλοκο λοιπόν φαινόµενο,µε πάρα πολλές µεταβλητές που παίζουν σηµαντικό ρόλο. Οι παραλλαγές των ιδιοτήτων και των χαρακτηριστικών του εδάφους στις τρεις διαστάσεις έχουν µεγάλο αντίκτυπο στην διάβρωση θαµµένων µετάλλων και µη. Η αντίδραση των µετάλλων στο φαινόµενο της διάβρωσης εξαρτάται κύρια από τη φύση του εδάφους και διάφορους άλλους περιβαλλοντολογικούς παράγοντες όπως είναι η ποσότητα της υγρασίας και του οξυγόνου. Αυτοί οι παράγοντες οδηγούν σε εξαιρετικά µεγάλη ποικιλία του βαθµού επίθεσης της διάβρωσης.για παράδειγµα κάτω από τις χειρότερες συνθήκες ένα θαµµένο πλοίο µπορεί να διατρηθεί σε λιγότερο από ένα έτος ενώ µε αρχαιολογικές ανασκαφές στις έρηµους έχουν ανακαλυφθεί σιδερένια εργαλεία που χρονολογούνται εκατοντάδες χρόνια πριν. 5