Upload
rafael-reed
View
72
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Monitorowanie korozji w instalacjach wody spożywczej. Katedra Elektrochemii, Korozji i Inżynierii Materiałowej Wydział Chemiczny Gdańsk University of Technology. Juliusz Orlikowski. Monitorowanie korozji. Konieczność oceny odporności korozyjnej nowych tworzyw. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Monitorowanie korozji Monitorowanie korozji w instalacjach wody spożywczejw instalacjach wody spożywczej
Katedra Elektrochemii, Korozji i Inżynierii MateriałowejWydział ChemicznyGdańsk University of Technology
Juliusz OrlikowskiJuliusz Orlikowski
Monitorowanie korozji Monitorowanie korozji Konieczność oceny odporności Konieczność oceny odporności
korozyjnej nowych tworzyw. korozyjnej nowych tworzyw. Weryfikacja użyteczności stosowanych Weryfikacja użyteczności stosowanych
rozwiązań zabezpieczeń rozwiązań zabezpieczeń przeciwkorozyjnych. przeciwkorozyjnych.
Ustalenie form zagrożenia w Ustalenie form zagrożenia w warunkach eksploatacji.warunkach eksploatacji.
Wskazanie (lub ustalenie) mechanizmu Wskazanie (lub ustalenie) mechanizmu danego zjawiska korozyjnego. danego zjawiska korozyjnego.
Formy korozji w układach Formy korozji w układach wodnychwodnych
Korozja równomiernaKorozja równomierna Korozja lokalnaKorozja lokalna Korozja podosadowaKorozja podosadowa Korozja selektywnaKorozja selektywna Korozja międzykrystalicznaKorozja międzykrystaliczna Pękanie korozyjnePękanie korozyjne
Korozja ogólnaKorozja ogólna
Korozja podosadowaKorozja podosadowa
Korozja selektywnaKorozja selektywna
Rura żeliwnaRok budowy rurociągu - 1897
Grafit
Korozja lokalnaKorozja lokalna
Pękanie korozyjnePękanie korozyjne
Klasyczne metody oceny Klasyczne metody oceny agresywności korozyjnej wodyagresywności korozyjnej wody
Badania analityczne wody:Badania analityczne wody:• badania pHbadania pH• badania przewodnictwabadania przewodnictwa• Badania zawartości jonów: CaBadania zawartości jonów: Ca+2+2, Fe, Fe+3+3, Cl, Cl--
zasadowość ogólna, zawartość tlenuzasadowość ogólna, zawartość tlenu Wyznaczanie indeksów agresywności Wyznaczanie indeksów agresywności
korozyjne wodykorozyjne wody
Indeksy agresywności korozyjnej Indeksy agresywności korozyjnej wodywody
Indeks Langeliera:Indeks Langeliera:
gdzie: LSI – indeks Langerier’a, pH – gdzie: LSI – indeks Langerier’a, pH – odczyn kwasowości badanej wody, odczyn kwasowości badanej wody, pHS - odczyn kwasowości wody po pHS - odczyn kwasowości wody po nasyceniu węglanem wapnianasyceniu węglanem wapnia
LSI > 0 – woda nieagresywnaLSI > 0 – woda nieagresywna LSI < 0 – woda agresywnaLSI < 0 – woda agresywna
SpHpHLSI
Indeksy agresywności wodyIndeksy agresywności wody
Indeks Stabilności RyznaraIndeks Stabilności Ryznara (RSI) (RSI) Indeks Stiff-DavisIndeks Stiff-Davis (ISD) – analizowane (ISD) – analizowane
są inne jonysą inne jony Indeks Puckorius’aIndeks Puckorius’a (PSI) – (PSI) –
właściwości buforowe oraz wpływ właściwości buforowe oraz wpływ powstających osadówpowstających osadów
Indeks Larson-Skold’aIndeks Larson-Skold’a (ILS) – badania (ILS) – badania empiryczne (korozja stali węglowej empiryczne (korozja stali węglowej na terenie wielkich jezior USA)na terenie wielkich jezior USA)
Wady indeksów korozyjnościWady indeksów korozyjności
Wpływ bioorganizmówWpływ bioorganizmów Wpływ oddziaływania powstających Wpływ oddziaływania powstających
związków chemicznych na siebiezwiązków chemicznych na siebie Związki kompleksujących jonyZwiązki kompleksujących jony Związki jonowe i niejonoweZwiązki jonowe i niejonowe Związki inhibitujące i akcelerujące korozjęZwiązki inhibitujące i akcelerujące korozję
Wpływ rozpuszczonych gazówWpływ rozpuszczonych gazów
Pomiar bezpośredni szybkości Pomiar bezpośredni szybkości korozjikorozji
Metoda polaryzacji liniowejMetoda polaryzacji liniowej Metoda rezystometrycznaMetoda rezystometryczna Pomiar grawimetrycznyPomiar grawimetryczny Pomiar temperaturyPomiar temperatury
Pomiar szumu elektrochemicznegoPomiar szumu elektrochemicznego Pomiar analizy harmonicznejPomiar analizy harmonicznej Pomiar spektroskopii impedancyjnejPomiar spektroskopii impedancyjnej
Pomiar rezystometrycznyPomiar rezystometryczny
Metoda polega na umieszczeniu w Metoda polega na umieszczeniu w środowisku korozyjnym sondy środowisku korozyjnym sondy korozymetrycznej wyposażonej w korozymetrycznej wyposażonej w czujnik wykonany z metalu będącego czujnik wykonany z metalu będącego przedmiotem badańprzedmiotem badań
Szybkość korozji obliczana jest na Szybkość korozji obliczana jest na podstawie pomiarów rezystancji podstawie pomiarów rezystancji elektrycznej, a nie ubytków masyelektrycznej, a nie ubytków masy
Czujnik rezystometrycznyCzujnik rezystometryczny
Pomiary rezystometrycznePomiary rezystometryczne
Pozwala na wykonywanie pomiarów Pozwala na wykonywanie pomiarów średniej szybkości korozji w funkcji czasuśredniej szybkości korozji w funkcji czasu
Im dłuższy czas pomiaru tym większa Im dłuższy czas pomiaru tym większa dokładnośćdokładność
Długotrwały pomiar niszczy elementy Długotrwały pomiar niszczy elementy czujnikaczujnika
Konieczność doboru czujnika pod kątem Konieczność doboru czujnika pod kątem spodziewanej szybkości korozji wraz z spodziewanej szybkości korozji wraz z oceną czasu eksploatacji czujnikaoceną czasu eksploatacji czujnika
Pomiary rezystometrycznePomiary rezystometryczne
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Czas [dni]
Szy
bko
ść k
oro
zji
[mm
/ro
k]
Pomiary rezystometrycznePomiary rezystometryczne
Prostota i łatwość wykonania pomiaruProstota i łatwość wykonania pomiaru Możliwość uzyskania wyniku w krMożliwość uzyskania wyniku w króótkim czasietkim czasie Możliwość stosowania czujnika w szerokiej Możliwość stosowania czujnika w szerokiej
gamie środowisk korozyjnych, w tym gamie środowisk korozyjnych, w tym nieprzewodzących prądu elektrycznego (gazy nieprzewodzących prądu elektrycznego (gazy lub pary)lub pary)
Wiele sond korozyjnych rozmieszczonych w Wiele sond korozyjnych rozmieszczonych w instalacji przemysłowych może być instalacji przemysłowych może być obsługiwana jednym przyrządemobsługiwana jednym przyrządem
Konieczność wykonywania co najmniej dwKonieczność wykonywania co najmniej dwóóch ch pomiarpomiaróów w pewnym okresie czasuw w pewnym okresie czasu
Sondy są jednorazowe i nie nadają się do Sondy są jednorazowe i nie nadają się do regeneracjiregeneracji
Pomiar polaryzacji liniowejPomiar polaryzacji liniowej
Pomiar polega na wykonywaniu Pomiar polega na wykonywaniu badań elektrochemicznychbadań elektrochemicznych
Dokonuje się polaryzacji elektrody Dokonuje się polaryzacji elektrody czujnika średnio o wartość potencjału czujnika średnio o wartość potencjału równej 10mV równej 10mV
W wyniku pomiaru uzyskuje się W wyniku pomiaru uzyskuje się wartość prądu na podstawie której z wartość prądu na podstawie której z prawa Faraday’a można wyznaczyć prawa Faraday’a można wyznaczyć ubytek korozyjny materiałuubytek korozyjny materiału
Czujnik polaryzacyjnyCzujnik polaryzacyjny
Czujnik polaryzacyjny pozwala na Czujnik polaryzacyjny pozwala na wykonywanie dodatkowych pomiarów:wykonywanie dodatkowych pomiarów:
pomiar grawimetryczny (elektrody pomiar grawimetryczny (elektrody czujnika można demontować)czujnika można demontować)
pomiar potencjałupomiar potencjału pomiar prądu galwanicznegopomiar prądu galwanicznego pomiar szumu elektrochemicznegopomiar szumu elektrochemicznego analiza harmonicznaanaliza harmoniczna
Pomiar polaryzacji liniowejPomiar polaryzacji liniowej Pozwala na wyznaczenie chwilowej Pozwala na wyznaczenie chwilowej
szybkości korozjiszybkości korozji
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Czas [dni]
Szy
bko
ść k
oro
zji
[mm
/ro
k] ?
Pomiar polaryzacji liniowejPomiar polaryzacji liniowej
Nieniszczący charakter pomiarówNieniszczący charakter pomiarów Możliwość pomiarów b. małych szybkości korozji Możliwość pomiarów b. małych szybkości korozji
nieuchwytnych metodami klasycznyminieuchwytnych metodami klasycznymi Krótki czas pomiarów (najczęściej kilka minut)Krótki czas pomiarów (najczęściej kilka minut) Stosowalność metody do środowisk Stosowalność metody do środowisk
elektrolitycznych (uwaga na przepływy burzliwe),elektrolitycznych (uwaga na przepływy burzliwe), Trudności stosowania w przypadku układów Trudności stosowania w przypadku układów
korozyjnych wykazujących: silny dryft potencjału korozyjnych wykazujących: silny dryft potencjału korozyjnego, oscylacje, szumy elektrochemiczne, korozyjnego, oscylacje, szumy elektrochemiczne, nieodwracalność polaryzacji anodowej i nieodwracalność polaryzacji anodowej i katodowej (silna histereza)katodowej (silna histereza)
Pomiar szumu Pomiar szumu elektrochemicznegoelektrochemicznego
Technika bezinwazyjna, pasywna (nie wprowadzająca Technika bezinwazyjna, pasywna (nie wprowadzająca zaburzenia do układu korozyjnego) - rejestracja i zaburzenia do układu korozyjnego) - rejestracja i analiza sygnałów elektrycznych generowanych przez analiza sygnałów elektrycznych generowanych przez korodujący materiałkorodujący materiał
• Umożliwia określenie szybkości korozji jak również Umożliwia określenie szybkości korozji jak również ocenę rodzaju zaatakowania. ocenę rodzaju zaatakowania.
• Możliwe jest osiągnięcie dużej dokładności, pomiary Możliwe jest osiągnięcie dużej dokładności, pomiary liniowego ubytku materiału na poziomie 1liniowego ubytku materiału na poziomie 1m.m.
• Specyficzne wymogi techniki związane z rejestracją Specyficzne wymogi techniki związane z rejestracją sygnałów o bardzo niskich natężeniach oraz małych sygnałów o bardzo niskich natężeniach oraz małych częstotliwościach (długie czasy pomiaru).częstotliwościach (długie czasy pomiaru).
Źródła szumu Źródła szumu elektrochemicznegoelektrochemicznego
Ruch noRuch nośśników ników łładunku elektrycznegoadunku elektrycznego:: szum, szum, którego którego gęstość widmowa mocy (PSD) gęstość widmowa mocy (PSD) pozostaje pozostaje stastałła w szerokim zakresie cza w szerokim zakresie częęstotliwostotliwośści ci (w(wymianymianaa łładunków miadunków mięędzy nodzy nośśnikami; szumy termicznenikami; szumy termiczne).).
PProcesy zachodzrocesy zachodząące na powierzchniachce na powierzchniach elektrod elektrod ((zwzwłłaszcza na ich niejednorodnoaszcza na ich niejednorodnośściachciach)). Generuj. Generująą szumyszumy o cz o częęstotliwostotliwośściach zwykle poniciach zwykle poniżżej 1 Hz. ej 1 Hz. PSD PSD tego typu fluktuacji zazwyczaj zaletego typu fluktuacji zazwyczaj zależży od y od czczęęstotliwostotliwośści. Zjawiska powyci. Zjawiska powyżższe majsze mająą charakter charakter stochastyczny i sstochastyczny i sąą ściśściśle zwle zwiąiązane z molekularnzane z molekularnąą budowbudowąą materii. materii.
Powolne zmiany fizyczne i chemiczne zachodzPowolne zmiany fizyczne i chemiczne zachodząące ce w ukw ukłładzie adzie elektrochemicznym (głównie w elektrochemicznym (głównie w otoczeniu powierzchni elektrod)otoczeniu powierzchni elektrod) przyczyniaj przyczyniająą si sięę do do powstawania dryftu potencjapowstawania dryftu potencjałłu elektrodowego i u elektrodowego i prprąądu – obserwowanych jako ich powolne zmiany.du – obserwowanych jako ich powolne zmiany.
Konfiguracja układu pomiarowegoKonfiguracja układu pomiarowego
Pomiar prądu zwarcia pomiędzy dwoma jednakowymi elektrodami.
Pomiar fluktuacji potencjału pomiędzy dwoma zwartymi elektrodami roboczymi i elektrodą odniesienia.
Sonda pomiarowaSonda pomiarowa
Uniwersalne sondy trójelektrodowe na których mogą być prowadzone pomiary różnymi technikami (impedancja, polaryzacja liniowa)
Parametry statystyczne przebiegów szumowych umożliwiają określenie szybkości korozji. Uznaną miarą jest rezystancja szumowa, wielkość odwrotnie proporcjonalna do szybkości korozji.
I
EnR
Odchylenie standardowe szumu potencjałowego
Odchylenie standardowe szumu prądowego
Analiza statystycznaAnaliza statystyczna
fZfPSDfPSD
Rf
I
U
fsn
00lim
)()(
lim
Analiza widmowaAnaliza widmowa
Korozja lokalnaKorozja lokalna(realizacja procesu niestacjonarnego)(realizacja procesu niestacjonarnego)
Rejestr szumu prądowego odpowiadający korozji stali stopowej 0H18N9 w środowisku 0,6 M FeCl3 (A). Widma fourierowskie dla fragmentów sygnału (B i C)
Wykorzystanie analizy Wykorzystanie analizy niestacjonarnejniestacjonarnej
Wżerowanie metastabilne a lokalne spektrogramy STFT...
Fragment przebiegu prądowego szumu elektrochemicznego (stal 0H18N1T w 0,5 M roz-tworze chlorku żelaza (III).)
Spektrogram STFT powyższego przebiegu. (Fs=50 Hz, okno typu Hanninga, 128 punktów)
Analiza harmonicznaAnaliza harmoniczna
Wykorzystanie nieliniowego Wykorzystanie nieliniowego charakteru procesów charakteru procesów elektrochemicznych.elektrochemicznych.
Pobudzenie z wykorzystaniem jednej Pobudzenie z wykorzystaniem jednej lub dwóch (intermodulacja) sinusoid lub dwóch (intermodulacja) sinusoid potencjałowych.potencjałowych.
Odpowiedź prądowa w postaci Odpowiedź prądowa w postaci zbioru zbioru sinusoid prądowych sinusoid prądowych
Sygnał pobudzającySygnał pobudzający
Odpowiedź prądowaOdpowiedź prądowa
Struktura intermodulacyjnaStruktura intermodulacyjna
MożliwościMożliwości
Układy kontrolowane aktywacyjnieUkłady kontrolowane aktywacyjnie Układy kontrolowane dyfuzyjnieUkłady kontrolowane dyfuzyjnie Układy aktywno-pasywneUkłady aktywno-pasywne
Automatyczny system Automatyczny system monitorowania korozjimonitorowania korozji
Czujniki
System sterowaniai kondycjonowania sygnału
Komputerprzemysłowy:
analiza danych
Transfer danych:•Sieć komputerowa•Modem•Sieć bezprzewodowa: GSM (GPRS), SMS
Centralna sterownia: szybkość korozji
System sterowaniai kondycjonowania danych
Komputerowy system pomiarowyKomputerowy system pomiarowy
KomunikacjaKomunikacja bezprzewodowa bezprzewodowa
Pliki pomiarowePrzemysłowy komputerpomiarowy
Terminal GPRStelefonia komórkowa
Transmisja FTPSerwer www, ftp
Dostęp do danychpoprzez www, wap
Instalacja ciepłej wody – basen pływacki
Wpływ dodatków bakteriobójczych na szybkość korozji
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
2004-04-1412:00
2004-04-1419:12
2004-04-1502:24
2004-04-1509:36
2004-04-1516:48
2004-04-1600:00
2004-04-1607:12
Time
Vc
or
[mm
/ro
k]
Wyniki pomiaru szybkości korozjiWyniki pomiaru szybkości korozji
Wyraźny cykl dobowy ----- przyczyny ???
Analiza szybkości przepływu wody na proces korozji
0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00
Time [h]
Vc
[mm
/yea
r]
Wyniki pomiarów szybkości korozji wykonanych za pomocą automatycznego systemu monitorowania korozji, kolorem czarnym zaznaczono typowy przebieg dobowy, krzywa purpurowa – operacja termicznego usuwania bakterii Legionella
Geotermia Podhalańska S.A.Geotermia Podhalańska S.A.Dobór materiałów konstrukcyjnych na nowe Dobór materiałów konstrukcyjnych na nowe
instalacjeinstalacje
Automatyczny system Automatyczny system monitorowania – sieć wodociągowa monitorowania – sieć wodociągowa
miasta Gdańskmiasta Gdańsk
Analiza skuteczności działania Analiza skuteczności działania inhibitorów korozjiinhibitorów korozji
bez inhibitora
Analiza zasięgu działania inhibitora Analiza zasięgu działania inhibitora korozjikorozji
Wnioski :Wnioski :
•Wykorzystanie automatycznego systemu monitorowania korozji umożliwia wykonywanie ciągłych pomiarów szybkości korozji.
•Z racji zastosowania prostych rozwiązań system charakteryzuje się dużą uniwersalnością (możliwość stosowania różnych czujników) oraz bardzo niską ceną
•System bezprzewodowego systemu komunikacji umożliwia zdalne wykonywanie pomiarów i ciągłą ocenę szybkości korozji, ponadto możliwe jest sterowanie pracą systemu i ocena jego stanu.
•System zapewnia obok pomiaru chwilowych szybkości korozji pomiar temperatury, pomiar zawartości tlenu, pomiar stężenia jonów chlorkowych, pomiar pH wody.
• Konstrukcja czujników korozyjnych umożliwia ocenę ubytków wagowych elektrod (pomiar grawimetryczny) oraz wizualną ocenę charakteru uszkodzeń korozyjnych.