Monitorowanie korozji w instalacjach wody spożywczej

Prezentacja na temat: "Monitorowanie korozji w instalacjach wody spożywczej"— Zapis prezentacji:

1 Monitorowanie korozji w instalacjach wody spożywczej
Katedra Elektrochemii, Korozji i Inżynierii Materiałowej Wydział Chemiczny Gdańsk University of Technology Monitorowanie korozji w instalacjach wody spożywczej Juliusz Orlikowski

2 Monitorowanie korozji
Konieczność oceny odporności korozyjnej nowych tworzyw. Weryfikacja użyteczności stosowanych rozwiązań zabezpieczeń przeciwkorozyjnych. Ustalenie form zagrożenia w warunkach eksploatacji. Wskazanie (lub ustalenie) mechanizmu danego zjawiska korozyjnego.

3 Formy korozji w układach wodnych
Korozja równomierna Korozja lokalna Korozja podosadowa Korozja selektywna Korozja międzykrystaliczna Pękanie korozyjne

4 Korozja ogólna

5 Korozja podosadowa

6 Korozja selektywna Grafit Rura żeliwna Rok budowy rurociągu

7 Korozja lokalna

8 Pękanie korozyjne

9 Klasyczne metody oceny agresywności korozyjnej wody
Badania analityczne wody: badania pH badania przewodnictwa Badania zawartości jonów: Ca+2, Fe+3, Cl- zasadowość ogólna, zawartość tlenu Wyznaczanie indeksów agresywności korozyjne wody

10 Indeksy agresywności korozyjnej wody
Indeks Langeliera: gdzie: LSI – indeks Langerier’a, pH – odczyn kwasowości badanej wody, pHS - odczyn kwasowości wody po nasyceniu węglanem wapnia LSI > 0 – woda nieagresywna LSI < 0 – woda agresywna

11 Indeksy agresywności wody
Indeks Stabilności Ryznara (RSI) Indeks Stiff-Davis (ISD) – analizowane są inne jony Indeks Puckorius’a (PSI) – właściwości buforowe oraz wpływ powstających osadów Indeks Larson-Skold’a (ILS) – badania empiryczne (korozja stali węglowej na terenie wielkich jezior USA)

12 Wady indeksów korozyjności
Wpływ bioorganizmów Wpływ oddziaływania powstających związków chemicznych na siebie Związki kompleksujących jony Związki jonowe i niejonowe Związki inhibitujące i akcelerujące korozję Wpływ rozpuszczonych gazów

13 Pomiar bezpośredni szybkości korozji
Metoda polaryzacji liniowej Metoda rezystometryczna Pomiar grawimetryczny Pomiar temperatury Pomiar szumu elektrochemicznego Pomiar analizy harmonicznej Pomiar spektroskopii impedancyjnej

14 Pomiar rezystometryczny
Metoda polega na umieszczeniu w środowisku korozyjnym sondy korozymetrycznej wyposażonej w czujnik wykonany z metalu będącego przedmiotem badań Szybkość korozji obliczana jest na podstawie pomiarów rezystancji elektrycznej, a nie ubytków masy

15 Czujnik rezystometryczny

16 Pomiary rezystometryczne
Pozwala na wykonywanie pomiarów średniej szybkości korozji w funkcji czasu Im dłuższy czas pomiaru tym większa dokładność Długotrwały pomiar niszczy elementy czujnika Konieczność doboru czujnika pod kątem spodziewanej szybkości korozji wraz z oceną czasu eksploatacji czujnika

17 Pomiary rezystometryczne

18 Pomiary rezystometryczne
Prostota i łatwość wykonania pomiaru Możliwość uzyskania wyniku w krótkim czasie Możliwość stosowania czujnika w szerokiej gamie środowisk korozyjnych, w tym nieprzewodzących prądu elektrycznego (gazy lub pary) Wiele sond korozyjnych rozmieszczonych w instalacji przemysłowych może być obsługiwana jednym przyrządem Konieczność wykonywania co najmniej dwóch pomiarów w pewnym okresie czasu Sondy są jednorazowe i nie nadają się do regeneracji

19 Pomiar polaryzacji liniowej
Pomiar polega na wykonywaniu badań elektrochemicznych Dokonuje się polaryzacji elektrody czujnika średnio o wartość potencjału równej 10mV W wyniku pomiaru uzyskuje się wartość prądu na podstawie której z prawa Faraday’a można wyznaczyć ubytek korozyjny materiału

20 Czujnik polaryzacyjny

21 Czujnik polaryzacyjny pozwala na wykonywanie dodatkowych pomiarów:
pomiar grawimetryczny (elektrody czujnika można demontować) pomiar potencjału pomiar prądu galwanicznego pomiar szumu elektrochemicznego analiza harmoniczna

22 Pomiar polaryzacji liniowej
Pozwala na wyznaczenie chwilowej szybkości korozji ?

23 Pomiar polaryzacji liniowej
Nieniszczący charakter pomiarów Możliwość pomiarów b. małych szybkości korozji nieuchwytnych metodami klasycznymi Krótki czas pomiarów (najczęściej kilka minut) Stosowalność metody do środowisk elektrolitycznych (uwaga na przepływy burzliwe), Trudności stosowania w przypadku układów korozyjnych wykazujących: silny dryft potencjału korozyjnego, oscylacje, szumy elektrochemiczne, nieodwracalność polaryzacji anodowej i katodowej (silna histereza)

24 Pomiar szumu elektrochemicznego
Technika bezinwazyjna, pasywna (nie wprowadzająca zaburzenia do układu korozyjnego) - rejestracja i analiza sygnałów elektrycznych generowanych przez korodujący materiał Umożliwia określenie szybkości korozji jak również ocenę rodzaju zaatakowania. Możliwe jest osiągnięcie dużej dokładności, pomiary liniowego ubytku materiału na poziomie 1m. Specyficzne wymogi techniki związane z rejestracją sygnałów o bardzo niskich natężeniach oraz małych częstotliwościach (długie czasy pomiaru).

25 Źródła szumu elektrochemicznego
Ruch nośników ładunku elektrycznego: szum, którego gęstość widmowa mocy (PSD) pozostaje stała w szerokim zakresie częstotliwości (wymiana ładunków między nośnikami; szumy termiczne). Procesy zachodzące na powierzchniach elektrod (zwłaszcza na ich niejednorodnościach). Generują szumy o częstotliwościach zwykle poniżej 1 Hz. PSD tego typu fluktuacji zazwyczaj zależy od częstotliwości. Zjawiska powyższe mają charakter stochastyczny i są ściśle związane z molekularną budową materii. Powolne zmiany fizyczne i chemiczne zachodzące w układzie elektrochemicznym (głównie w otoczeniu powierzchni elektrod) przyczyniają się do powstawania dryftu potencjału elektrodowego i prądu – obserwowanych jako ich powolne zmiany. Źródła szumu elektrochemicznego mogą być sklasyfikowane w trzech kategoriach. Ruch nośników ładunku elektrycznego przyczynia się do powstawania szumu, którego ilość energii wdanym paśmie pozostaje stała w szerokim zakresie częstotliwości. Do tego typu zjawisk zaliczyć można efekty wynikające z wymiany ładunku między nośnikami jak również z termicznego wzbudzenia nośników. Odmiennym charakterem odznaczaj ² a si² e procesy zachodzące na powierzchniach elektrod a zwłaszcza na ich niejednorodnościach. Przyczyniają się one do powstawania fluktuacji o częstotliwości zazwyczaj poniżej 1 Hz. Spektralna gęstość mocy tego typu fluktuacji zazwyczaj zmienia się z częstotliwością. Zjawiska powyższe mają charakter stochastyczny i są ściśle związane z molekularną budową materii. Powolne zmiany fizyczne i chemiczne zachodzące w układzie korozyjnym przyczyniają a się do powstawania fluktuacji należących do trzeciej kategorii. Ujawniają się one w postaci powolnych zmian (dryftu) potencjału elektrodowego i prądu. Pragnę zwrócić państwa uwagę na podkreśloną właściwość jaką jest zmienność charakteru widma częstotliwościowego szumu elektrochemicznego w zależności od typu zjawisk zachodzących w danym układzie. W następującej części rozprawy pragnę rozwinąć powyższe zagadnienie w połączeniu z problemem spełniania bądź braku spełnienie przez dany rejestr szumowy warunku stacjonarności.

26 Konfiguracja układu pomiarowego

27 Sonda pomiarowa Pomiar fluktuacji potencjału pomiędzy dwoma zwartymi elektrodami roboczymi i elektrodą odniesienia. Pomiar prądu zwarcia pomiędzy dwoma jednakowymi elektrodami. Uniwersalne sondy trójelektrodowe na których mogą być prowadzone pomiary różnymi technikami (impedancja, polaryzacja liniowa)

28 Analiza statystyczna Analiza widmowa
Parametry statystyczne przebiegów szumowych umożliwiają określenie szybkości korozji. Uznaną miarą jest rezystancja szumowa, wielkość odwrotnie proporcjonalna do szybkości korozji. Odchylenie standardowe szumu potencjałowego Odchylenie standardowe szumu prądowego Analiza widmowa

29 Korozja lokalna (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)

30 Wykorzystanie analizy niestacjonarnej

31 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)

32 Analiza harmoniczna Wykorzystanie nieliniowego charakteru procesów elektrochemicznych. Pobudzenie z wykorzystaniem jednej lub dwóch (intermodulacja) sinusoid potencjałowych. Odpowiedź prądowa w postaci zbioru sinusoid prądowych

33 Sygnał pobudzający

34 Odpowiedź prądowa

35 Struktura intermodulacyjna

36 Możliwości Układy kontrolowane aktywacyjnie
Układy kontrolowane dyfuzyjnie Układy aktywno-pasywne

37 Automatyczny system monitorowania korozji
Komputer przemysłowy: analiza danych Centralna sterownia: szybkość korozji Czujniki Transfer danych: Sieć komputerowa Modem Sieć bezprzewodowa: GSM (GPRS), SMS System sterowania i kondycjonowania sygnału

38 i kondycjonowania danych
System sterowania i kondycjonowania danych

39 Komputerowy system pomiarowy

40 Komunikacja bezprzewodowa
Przemysłowy komputer pomiarowy Pliki pomiarowe Terminal GPRS telefonia komórkowa Serwer www, ftp Transmisja FTP Dostęp do danych poprzez www, wap

41 Instalacja ciepłej wody – basen pływacki
Wpływ dodatków bakteriobójczych na szybkość korozji

42 Wyniki pomiaru szybkości korozji
Wyraźny cykl dobowy przyczyny ??? Analiza szybkości przepływu wody na proces korozji

43 Wyniki pomiarów szybkości korozji wykonanych za pomocą automatycznego systemu monitorowania korozji, kolorem czarnym zaznaczono typowy przebieg dobowy, krzywa purpurowa – operacja termicznego usuwania bakterii Legionella

44 Geotermia Podhalańska S. A
Geotermia Podhalańska S.A. Dobór materiałów konstrukcyjnych na nowe instalacje

45 Automatyczny system monitorowania – sieć wodociągowa miasta Gdańsk

46 Analiza skuteczności działania inhibitorów korozji
bez inhibitora

47 Analiza zasięgu działania inhibitora korozji

48 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.