Was wissen Sie über die Korrosion und den Schutz von Chemieanlagen?

Thread Content

Mit der wirtschaftlichen Entwicklung steigt die Nachfrage nach Chemikalien kontinuierlich an. Immer mehr Produktionsanlagen arbeiten über ihre ausgelegte Kapazität hinaus. Daher ist es für chemische Unternehmen auf der ganzen Welt dringend notwendig, zu verhindern, dass die Anlagen aufgrund von Korrosion ausfallen und dadurch Schäden entstehen. Viele Experten sind der Ansicht, dass Maßnahmen zum Schutz der Materialien sowie zur Korrosionsprävention eine wichtige Voraussetzung sind, um die Wartungskosten zu senken und einen sicheren und störungsfreien Betrieb der Anlagen zu gewährleisten. 　　Korrosionsschäden sind überall zu beobachten, und es kommt häufig zu Korrosionsunfällen. Dies liegt nicht nur an der selbstverständlichen Eigenschaft der Korrosion selbst, sondern in hohem Maße auch daran, dass die Menschen die Gefährlichkeit der Korrosion unterschätzen, die Bedeutung des Schutzes vor Korrosion nicht richtig erkennen sowie über unzureichende Kenntnisse in den Bereichen Korrosion und Schutzmaßnahmen verfügen. Zudem werden keine oder unangemessene Schutzmaßnahmen gegen Korrosion ergriffen. 　　In chemischen Produktionsunternehmen kommen häufig korrosive Stoffe vor. Die Maschinen und Anlagen in diesem Bereich sind stärker der Korrosion ausgesetzt als die Maschinen in anderen Branchen. Im Vergleich zu anderen Industriezweigen ist die Korrosionsgeschwindigkeit der Maschinen und Anlagen in chemischen Produktionsunternehmen in der Regel höher. Es sind daher aktive und wirksame Maßnahmen zur Korrosionsprävention notwendig – unter Berücksichtigung von Design, Bauweise sowie Betriebsbedingungen – um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern. Die Steigerung der Korrosionsbeständigkeit von Chemieanlagen hat für die heutigen chemiebezogenen Produktionsbereiche große praktische Bedeutung. I. Über die Korrosion 1 Definition der Korrosion Die korrodierten Stoffe werden durch chemische Prozesse oder Wirkungen zerstört und beschädigt. Auf einer oberflächlichen Ebene entsteht Korrosion durch chemische und elektrochemische Reaktionen zwischen dem Material und der Umgebung, wodurch die Funktionalität des Materials in gewissem Maße beeinträchtigt wird. Nachdem chemische Maschinen und Anlagen korrodiert sind, können sich ihr Farbton, ihre Form sowie ihre mechanischen Eigenschaften in unterschiedlichem Maße verändern. Dadurch entstehen Schäden an den Maschinen und Anlagen, außerdem kommt es zu erheblichen Verschwendungen von Energie und Ressourcen. Dies hat wiederum einen erheblichen Einfluss auf die Produktionskosten der chemischen Unternehmen, wodurch diese finanzielle Verluste erleiden. Daher ist es eine zentrale Herausforderung in den mit der Chemieindustrie verbundenen Produktionsbereichen, aktive und wirksame Maßnahmen zur Korrosionsschutz zu ergreifen, um die Korrosionsbeständigkeit der chemischen Maschinen und Anlagen zu verbessern. 2 Klassifizierung der Korrosion: Korrosion ist das Phänomen, bei dem ein Material durch Wechselwirkung mit seiner Umgebung beschädigt wird. 　　Die Korrosion wird je nach Materialart in Metallkorrosion und Nichtmetallkorrosion unterteilt. 　　Die Korrosion wird je nach Oberflächenstruktur in totale Korrosion und lokale Korrosion unterteilt ； Zur lokalen Korrosion gehören außerdem Lochkorrosion, Spannungskorrosionsbruch, Spaltkorrosion, Elektrodenkorrosion, Abnutzungskorrosion usw ； 　　Die Korrosion von Metallen kann nach ihrem Mechanismus in physikalische Korrosion, chemische Korrosion, elektrochemische Korrosion usw. unterteilt werden. 　　Physikalische Korrosion: Die Zerstörung eines Materials durch rein physikalische Einflüsse. Meist wird dies durch Auflösung oder Penetration verursacht – beispielsweise die Auflösung von Behältern aus flüssigem Metall, oder die Auflösung/Penetration der Behälter durch hohtemperaturige Schmelzsalze oder -laugen. 　　Chemische Korrosion: Zerstörung durch eine direkte chemische Reaktion zwischen Metall und Nichtelektrolyten. Der Korrosionsprozess ist eine reine Oxidations-Reduktionsreaktion: Das Korrosionsmittel stößt direkt mit den Atomen auf der Metalloberfläche zusammen, wodurch Korrosionsprodukte entstehen. Dabei entsteht kein Strom – es handelt sich somit um einen Prozess, der den Gesetzen der Chemodynamik folgt. 　　Elektrochemische Korrosion: Zerstörung, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Metall und einer Elektrolytlösung entsteht. Im Reaktionsverlauf gibt der Anode Elektronen ab, während die Kathode Elektronen aufnimmt; zudem fließen Elektronen (Strom). Der Ablauf folgt den Gesetzen der elektrochemischen Dynamik. 3 Schäden durch Korrosion In der Chemieindustrie sind Metalle das Hauptmaterial zur Herstellung von Geräten. Aufgrund des häufigen Kontakts mit stark korrosiven Substanzen sowie verschiedenen Säuren, Basen, Salzen, organischen Lösungsmitteln und korrosiven Gasen kommt es zu Korrosion. Korrosion verursacht nicht nur erhebliche Schäden an Metall- und Legierungsmaterialien sowie beeinträchtigt die Lebensdauer der Geräte, sondern verkürzt außerdem die Wartungsintervalle. Dadurch entstehen mehr Stillstandzeiten sowie höhere Reparaturkosten ； Korrosion verschlimmert die Probleme mit Lecks und Undichtigkeiten in Geräten und Rohrleitungen. Dadurch entstehen erhebliche Verluste an Rohstoffen und Fertigprodukten. Zudem wird die Qualität der Produkte beeinträchtigt, die Umwelt verschmutzt und die Gesundheit der Menschen gefährdet ； Unfälle wie Explosionen oder Brände, die durch Korrosion verursacht werden, führen dazu, dass die Anlagen beschädigt werden und der Betrieb eingestellt werden muss. Dies verursacht erhebliche wirtschaftliche Verluste – und kann sogar das Leben von Menschen gefährden. II. Korrosionsschutzmaßnahmen für Chemieanlagen
Zu den gängigen Korrosionsschutztechniken gehören der Einsatz von korrosionsbeständigen Materialien, Oberflächenbehandlungen zum Schutz vor Korrosion, Inhibitionsverfahren sowie elektrochemischer Schutz. 1. Entwicklung von korrosionsbeständigen Materialien: Die Materialien, die zur Herstellung von allgemeinen Maschinen verwendet werden, sind größtenteils gewöhnliches Kohlenstahl. Ihr Vorteil liegt in ihrem geringen Preis, der einfachen Verfügbarkeit sowie der guten Verarbeitbarkeit. Unter normalen Bedingungen stellt Korrosion kein großes Problem dar. Doch in Umgebungen wie der Chemieindustrie, in denen es zu hohen Konzentrationen an korrosiven Stoffen kommt, ist das Material aufgrund seiner schwachen Korrosionsbeständigkeit anfällig für Schäden durch Korrosion. Wie bei dem häufig verwendeten Stahl Q235 beträgt die Korrosionsgeschwindigkeit in sauren Gasen sowie Salznebelumgebungen bis zu 0,5–1,0 mm/Jahr. Die Unternehmen lackieren ihre Gerätekomponenten regelmäßig, um Korrosion vorzubeugen. Doch sobald es Kratzer oder lokale Abschürfungen auf der Lackschicht gibt, setzt sofort eine elektrochemische Korrosion ein, die sich weiter ausbreitet. Dadurch wird die Lebensdauer der Geräte verringert. Deshalb sollten Chemieunternehmen diesen Stahl nicht als Rohstoff für Maschinen verwenden. Stattdessen sollten korrosionsbeständige Stähle wie 16MnCu, 09MnCuPTi und andere herkömmliche niedriglegierte Stähle als Grundmaterial für die Herstellung von Geräten verwendet werden. Obwohl dieses Stahltyp kostspieliger ist als der vorherige, sind die Gesamteffizienzvorteile deutlich höher. Laut Statistiken beträgt die Lebensdauer von Geräten, die aus niedriglegierten Stählen hergestellt werden, 2 bis 3 Mal so viel wie die von Geräten, die aus gewöhnlichem Kohlenstoffstahl hergestellt werden. Daher ist der Preis-Leistungs-Verhältnis dieser Geräte deutlich besser. 　　Die Forschung und Entwicklung von korrosionsbeständigen Materialien ist der Schlüssel zum Fortschritt in den Technologien zur Korrosionsschutz. Der technologische Fortschritt in allen Epochen der Menschheit steht in engem Zusammenhang damit. Korrosionsbeständige Materialien lassen sich hauptsächlich in Metallmaterialien, Polymermaterialien und anorganische Nichtmetallmaterialien einteilen. 　　Metallische und legierte Materialien bilden den Großteil der Baustoffe, wobei Stahl die dominierende Rolle spielt. Allerdings weist Stahl begrenzte Korrosionsbeständigkeit auf. Die Entwicklung und Anwendung von Legierungen sowie Metallen in Nicht-Eisenmetallen mit hoher Leistungsfähigkeit geht rasant voran und löst bis zu einem gewissen Grad die Probleme der lokalen Korrosion sowie der Korrosion in besonderen Umgebungen. Zum Beispiel korrosionsbeständige Legierungen mit hohem Molybdangehalt, duplexes Edelstahl, hochreiner Ferrit-Edelstahl, nikelbasierte Legierungen, niedriglegierte Stähle, Titan sowie Titanlegierungen. Korrosionsbeständige nichtmetallische Materialien werden derzeit im In- und Ausland in der chemischen Industrie sehr weit verbreitet eingesetzt. Nichtmetallische Materialien weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf, während ihre mechanischen Eigenschaften durch Verstärkung usw. verbessert werden können. In einigen Bereichen besteht bereits die Tendenz, sie statt Stahl einzusetzen. Derzeit werden unter anderem folgende Materialien entwickelt: korrosionsbeständige Kunststoffe, Glasfaserverbundstoffe, Graphit, Emaillierungen sowie technisches Keramikmaterial. Bei den vorhandenen Methoden zum Schutz vor Korrosion machen die kostengünstigen Oberflächenbeschichtungen sowie Technologien zur Verbesserung der Eigenschaften von Metalloberflächen etwa 87 Prozent aller Kosten für den Korrosionsschutz aus. Die Anwendung richtiger Oberflächenveredelungstechniken ist ein unverzichtbarer Weg, um die Lebensdauer der Geräte zu verlängern, die Wartungskosten zu senken und die Effizienz der Geräteverwaltung zu steigern. Gleichzeitig verbessert die Anwendung von Oberflächenkorrosionsschutztechnologien die Gesamtkorrosionsbeständigkeit des Materials. Zu den häufig verwendeten Oberflächenkorrosionsschutztechniken in der Chemie- und Petrochemieindustrie gehören das Auftragen von Schichten, das Einbringen von Beschichtungen, das Veredeln mit Metallen sowie das Imprägnieren. Zudem gibt es seit einigen Jahren verschiedene hochentwickelte Technologien – wobei die Anwendung von Schichten und Beschichtungen am weitesten verbreitet ist. 　　2.1 Korrosionshemmende Beschichtungen Die Entwicklung von korrosionshemmenden Beschichtungen ist ein Bereich, der stets großes Interesse hervorruft. In der Chemieindustrie werden solche Beschichtungen hauptsächlich zur Schutzbeschichtung der Innen- und Außenwände von Gebäuden, Anlagen und Behältern sowie für Leitungen zur Transportierung von Wasser, Öl und Gas eingesetzt. Laut Statistiken sind bei Schäden an korrosionsgeschützenden Beschichtungen ungeeignete Oberflächenbehandlungen des Trägermaterials für etwa 75 % verantwortlich. Daher ist es von größter Wichtigkeit, der Qualität der Oberflächenbehandlung Aufmerksamkeit zu schenken. Mehrere vielversprechende Lacke, wie zinkreiche Lacke, hochwiderstandsfähige Korrosionsschutzlacke, hitzebeständige Lacke, keramische Lacke, Rostüberzugslacke sowie Fluorharzlacke, gehören zu den am intensivsten erforschten Lacken auf internationaler Ebene. 　　2.2 Auskleidungstechnologie und Verbundrohre Die Auskleidungstechnologie nutzt Materialien mit hoher Festigkeit (wie Kohlenstahl, Glasfaserkunststoff, Gusseisen usw.) als Strukturmaterialien, wobei für die Auskleidungsschicht Materialien mit hervorragenden Korrosionsbeständigkeitseigenschaften verwendet werden. Die Verkleidungstechniken lassen sich in enge und lockere Verkleidungen einteilen; im Ausland wird insbesondere an der Entwicklung von Techniken für enge Verkleidungen geforscht. Die Auskleidungstechnik wird häufig in chemischen Anlagen, Rohrleitungen usw. eingesetzt. 　　2.3 Andere Oberflächenveredelungstechniken Bei der chemischen Veredelung werden in Anwendungen zum Schutz vor Korrosion unter anderem Chrom-, Zink- und Nickelbeschichtungen verwendet. Die Passivierung der verzinkten Schicht ist ein sehr aktives Forschungsfeld. In den letzten zehn Jahren wurden farbige Passivierungen mit geringem oder keinem Chromgehalt, schwarze Passivierungen, militärgrüne Passivierungen sowie starke Passivierungen (Kombinationspassivierschichten aus Silikonharzen oder anderen Harzen) entwickelt. Dadurch kann die Korrosionsbeständigkeit der verzinkten Schicht in der Meeresluft, in der industriellen Umgebung sowie in industriellen und fließenden Gewässern verbessert werden. Die chemische Beschichtung ist eine Verfahrenstechnik zur Erzeugung einer Metallbeschichtung auf einer festen Oberfläche, bei der Metallsalze und Reduktionsmittel in derselben Lösung eine selbstkatalysierte Oxidations-Reduktion-Reaktion durchlaufen. Chemisch aufgetragene Nickelphosphor-Legierungen sowie ternäre Nickellegierungen weisen im Vergleich zu elektrolytisch hergestellten Produkten eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf und bieten mehr Auswahlmöglichkeiten. Es handelt sich dabei um eine der am schnellsten entwickelten Oberflächenbehandlungsmethoden weltweit. 　　Spritzbeschichtung: Die Spritzbeschichtung ist eine Verfahrenstechnik, bei der mithilfe von Flamme, Plasma oder Bogenstrahlung auf Materialien und Produkten eine widerstandsfähige, abriebfeste Oberfläche aus Metallen, Legierungen sowie anorganischen oder organischen Stoffen erzeugt wird. 　　Chemische Wärmebehandlung: Die chemische Wärmebehandlung, insbesondere das Aluminisieren und Chromisieren, wird seit über einem Jahrzehnt häufig zur Korrosionsbekämpfung in Chemieanlagen eingesetzt. 　　Phosphatierung – Als wichtiger Vorbereitungsprozess für das Lackieren wird die Phosphatierung bereits seit vielen Jahren eingesetzt. In den letzten zehn Jahren hat die Phosphatierung von Alkalimetall-Trilegierungen bei niedrigen oder normalen Temperaturen zu einer qualitativen Verbesserung der Phosphatiertechnologie geführt. 3 Elektrochemische Schutzmaßnahmen – Elektrochemischer Schutz bezeichnet eine Korrosionsschutzmethode, bei der durch einen externen Stromfluss die Korrosionspotenziale von Metallen (einschließlich Legierungen) verändert werden, um so ihre Korrosionsgeschwindigkeit zu verringern. Die elektrochemische Schutzmaßnahme kann in Kathodenschutz und Anodenschutz unterteilt werden. Die elektrochemische Schutztechnik hat im Bereich der Korrosionsprävention in der Chemieindustrie große Aufmerksamkeit und Anwendung gefunden. Es handelt sich um eine wirksame, zugleich wirtschaftliche und praktische Methode zur Korrosionsprävention. 　　Die Kathodenschutzmaßnahme besteht darin, eine ausreichende Kathodenströmung über die Metalloberfläche zu leiten, wodurch die Elektropotential des Metalls negativ wird und dadurch die Auflösungsgeschwindigkeit des Metalls verringert wird. Die Struktur der zu schützenden Geräte sollte im Allgemeinen nicht zu kompliziert sein. Bei Geräten mit komplexer Struktur ist die Stromdichte in der Nähe des Hilfsanodes hoch, während sie in weiterer Entfernung vom Hilfsanode gering ist. Dadurch wird keine ausreichende Schutzstromstärke erreicht. Es bietet nicht einmal Schutz und verursacht das sogenannte „Verdeckungsphänomen“. Kathodenschutz wird hauptsächlich bei Metallkonstruktionen in Wasser und im Boden eingesetzt, muss aber in der Regel in Umgebungen mit einfacher Gerätestruktur und geringer Korrosionsgefahr des Mediums angewandt werden. Die Kathodenschutzmaßnahmen können nicht nur eine allgemeine, gleichmäßige Korrosion verhindern, sondern auch punktförmige Korrosion, interkristalline Korrosion, Stoßkorrosion sowie selektive Korrosion bei bestimmten Materialien. 　　Die Anodenschutzmethode besteht darin, das zu schützende Metallteil mit der Pluspolseite einer externen Gleichstromquelle zu verbinden. Dadurch wird das Metallteil in der Elektrolytlösung anodisch polarisiert – bis zu einem bestimmten Potential. Auf diese Weise entsteht und bleibt ein stabiler Passivzustand des Metalls. Dadurch wird die Anlösung des Metalls gehemmt, die Korrosionsgeschwindigkeit nimmt deutlich ab, und so wird das Gerät geschützt. Für Metalle ohne Zinnierungseigenschaften kann keine Anodenschutzmaßnahme angewandt werden. Hauptsächlich wird es in folgenden Bereichen eingesetzt: 1. Konstruktionselemente bei der Herstellung von Schwefelsäure, wie z. B. Kohlenstahlbehälter, verschiedene Wärmetauscher sowie Sulfurtrioxid-Generatoren. 2. Strukturen in Ammoniaklösungen und Ammoniumsalzlösungen, Kohlenstoffisomerisierungsbehälter, Ammoniaklagertanks usw. 　　In stark oxidierenden Medien sollte zunächst die Anodenbeschichtung in Betracht gezogen werden ； Wenn sowohl die Anodenschutzmethode als auch die Kathodenschutzmethode angewandt werden können und die Schutzeffekte beider Methoden ähnlich sind, sollte der Kathodenschutz vorzuziehen werden ； Wenn die Wasserstoffsprödigkeit nicht ignoriert werden kann, muss eine Anodenbeschichtung verwendet werden. 4. Buffertstoffe – Korrosionsinhibitoren sind Stoffe, die bereits in sehr geringen Konzentrationen dazu in der Lage sind, die Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in korrosiven Medien zu verringern. Diese Substanz kann ein Verbindung sein oder eine Mischung aus mehreren Verbindungen. In der Chemieindustrie werden Korrosionsinhibitoren hauptsächlich eingesetzt, um die Korrosion in industriellen Kühlsystemen zu verhindern sowie während der chemischen Reinigung (Säurereinigung) von Chemieanlagen, Rohrleitungen und Kesseln. Es gibt auch eine geringe Menge, die für die prozessbedingte Korrosionsbekämpfung im Produktionsprozess verwendet wird. 　　Inhibitoren für Industriekühlwassersysteme: Im Rahmen der chemischen Produktion wird eine große Menge an Industriekühlwasser verwendet. Durch die Belüftung gelangt außerdem viel gelöstes Sauerstoff in das Kühlwasser, was zu erheblicher Korrosion führt. Da die Korrosion auch die Wasserqualität verschlechtert und wertvolle Wasserressourcen verbraucht, ist die Verwendung von Korrosionshemmern zur Vorbeugung von Korrosion von großer wirtschaftlicher und sozialer Bedeutung. 　　Inhibitorien für die chemische Reinigung: Bei Chemieanlagen, Rohrleitungen, Kesseln usw. entstehen aufgrund chemischer, physikalischer oder biologischer Einflüsse Verunreinigungen an der Oberfläche – wie Kalk, Rost, Ölverschmutzungen und biologische Ablagerungen. Der Prozess, bei dem diese Verunreinigungen mit chemischen Methoden beseitigt werden, damit die ursprüngliche Oberflächenbeschaffenheit wiederhergestellt wird, wird als chemische Reinigung bezeichnet. III. Fazit 　　Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in den Produktionsprozessen von Chemieunternehmen die Chemiemaschinen unverzichtbare Produktionsausrüstungen sind, um einen reibungslosen Betrieb der Unternehmen zu gewährleisten. Die Probleme im Zusammenhang mit der Korrosion dieser Maschinen erhalten zunehmend auch in den damit verbundenen Produktionsbereichen Aufmerksamkeit. Der Versuch, die Korrosionsbeständigkeit von Chemieanlagen zu verbessern, um deren Nutzungsdauer so weit wie möglich zu verlängern und gleichzeitig die Produktionskosten der Chemieunternehmen zu senken, ist heute zu einer zentralen Herausforderung in den Bereichen der chemischen Industrie geworden.