W walce z korozją…

W walce z korozją…
Własności powłok gumowych w czasie budowy
i eksploatacji instalacji odsiarczania spalin
Krystian Filipczyk
„ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o., Zakład Chemii i Diagnostyki
W instalacjach mokrego odsiarczania spalin, ze względów ekonomicznych, do
budowy wielkogabarytowych urządzeń używa się stali konstrukcyjnych
niskowęglowych lub stali niskostopowych, w których ogólna zawartość
pierwiastków stopowych nie przekracza na ogół kilku procent. Materiały te
wykazują niską odporność korozyjną i w warunkach panujących
w instalacjach muszą być chronione powłokami antykorozyjnymi.
D
o ochrony powierzchni wewnętrznych absorberów używane są wykładziny gumowe, dobierane
gatunkowo w zależności od agresywności i temperatury medium oraz panujących warunków erozyjnych. Charakteryzują się zwiększoną odpornością na
dyfuzyjne działania pary wodnej, gazów i wody. Pod
wpływem panujących w absorberze warunków środowiskowych wykładziny ulegają procesom starzenia i
tym samym, po wieloletnim okresie eksploatacyjnym,
zmniejszają się ich właściwości antykorozyjne. Z tego
powodu wykładziny gumowe poddawane są okresowej
kontroli. Podstawowymi parametrami, które podlegają
nadzorowi, są stopień nasycenia i głębokość wnikania
wilgoci na przekroju wykładziny oraz parametry fizyczne takie, jak: twardość i wytrzymałość na zrywanie. W
większości instalacji odsiarczania spalin stosowane są
wykładziny gumowe typu Kerabutyl BS, Kerabutyl BBS
oraz Chemoline 4B. Wykładziny te produkowane są na
bazie kauczuku chlorobutylowego (CIIR).
związanych z przygotowaniem powierzchni stalowych
oraz kontroli międzyoperacyjnych w trakcie procesu
gumowania absorberów, kanałów spalin oraz zbiorników buforowych.
Aby rzetelnie ocenić stan techniczny powłoki
gumowej eksploatowanego absorbera, istotne jest
pobranie do badań reprezentatywnej próbki. Badania
te mają bowiem ocenić dalszą przydatność eksploatacyjną powłoki oraz ewentualnie określić obszar
wymagający regumowania. Dlatego też w pierwszej
kolejności należy dokonać szczegółowych oględzin
powłoki na zainstalowanym absorberze, a następnie
wytypować obszary, z których zostaną pobrane próbki
wykładziny gumowej. Po pobraniu próbek wykładziny
gumowej miejsca te muszą zostać naprawione. Na tym
etapie bardzo ważne jest, aby naprawa była wykonana fachowo – przez firmy posiadające odpowiednią
technologię. Ewentualna nieszczelność może bowiem
w bardzo szybkim czasie przyczynić się do zniszczenia
całej powłoki, a w konsekwencji absorbera.
Kontrola procesu gumowania
Pracownicy Działu Metaloznawstwa i Korozji,
funkcjonującego w strukturze Zakładu Chemii i
Diagnostyki ENERGOPOMIARU, od lat uczestniczą
w poszczególnych etapach budowy instalacji odsiarczania spalin, ze szczególnym uwzględnieniem prac
TAB. 1
Przykładowe
właściwości fizyczne
wykładziny gumowej
w warunkach dostawy
Rodzaj gumy
Kerabutyl BS
Kerabutyl BB-S
Nominalna grubość
[mm]
4,0
4,0
Badania na etapie budowy instalacji odsiarczania
spalin
Przy nowych inwestycjach bardzo ważnym elementem jest kontrola jakości poszczególnych etapów
gumowania, począwszy od kontroli etapu przygotoWytrzymałość na
Twardość Shore A
48÷58
53 ± 5
zrywanie
[N/mm2]
2÷4
≥2
Siła odrywająca
Wydłużenie
[N/mm]
[%]
>3
>3
> 500
> 400
•
•
•
RYS. 1
Wzorzec przygotowania powierzchni „ Sa 2½”
•
•
ganiom normy DIN EN ISO 8503-2. Chropowatość
powinna wynosić >50 µm;
wizualną kontrolę powierzchni po śrutowaniu
(100% powierzchni);
badania wizualne powierzchni absorbera po gruntowaniu;
badania wizualne powierzchni absorbera po gumowaniu (100% powierzchni). Na rys. 2 przedstawiono typowe uszkodzenie wykładziny – tzw. zacięcia
szlifierskie wymagające naprawy;
pomiary grubości wykładziny gumowej metodą
magnetyczną wg normy PN-EN ISO 2808 (dopuszczalne odchylenie -10%);
badania szczelności wykładziny gumowej na 100%
powierzchni metodą wysokonapięciową. Rys. 3
przedstawia obszar zakwalifikowany po badaniach
do naprawy.
W trakcie trwania wyżej wymienionych operacji
prowadzony jest ciągły monitoring temperatury,
wilgotności względnej oraz temperatury punktu rosy.
RYS. 4
Blacha kontrolna
RYS. 2
Obszar zakwalifikowany po badaniach do naprawy
RYS. 5
Blacha kontrolna
po badaniach
RYS. 3
Obszar zakwalifikowany po badaniach do naprawy
wania powierzchni – zazwyczaj śrutowania. Działania
prowadzące do końcowego odbioru stanu wykładziny
gumowej obejmują:
• badania stopnia przygotowania powierzchni wg
normy PN-EN ISO 8503-2, co odpowiada wymaganiom określonym w normie DIN 28051 i DIN
28053, zgodnie z którą stopień przygotowania
powinien odpowiadać wzorcowi „ Sa 2½” (rys. 1);
• badania chropowatości powierzchni wg wzorca
porównawczego Segment 2, co odpowiada wyma-
wykonania badań niszczących wykładziny gumowej.
Celem tego działania jest sprawdzenie, czy guma
po nałożeniu spełnia określone wymagania. Rys. 4
przedstawia gotową blachę kontrolną, natomiast rys.
5 – blachę po zerwaniu próbki do badań niszczących.
RYS. 6
Przekrój próbki
Badania laboratoryjne
Szczegółowe własności wykładzin gumowych
możliwe są do określenia jedynie na podstawie badań
laboratoryjnych. W zależności od tego, czy mamy do
czynienia z nowym absorberem czy też z już eksploatowanym, badania są prowadzone na próbkach pobranych z blach kontrolnych lub na próbkach pobranych
bezpośrednio z absorbera (np. po kilku latach eksploatacji). Badania laboratoryjne mają na celu określenie
parametrów fizykochemicznych pobranych próbek
wykładziny gumowej i obejmują:
• badania wizualne,
• pomiary grubości,
• pomiary twardości,
• badania wytrzymałości na rozerwanie oraz wydłużenia przy zrywaniu,
• badania przenikania wilgoci,
• mikroskopowe badania wewnętrznej struktury
gumy.
RYS. 7
Przekrój próbki
podczas próby na
wydłużenie
RYS. 8
Wykres zmian wnikania wilgoci w głąb wykładziny gumowej w okresie 3 lat eksploatacji
RYS. 9 Linia trendów wnikania wilgoci w wykładzinę gumową absorbera po 13 latach eksploatacji – prognoza eksploatacji w tym przypadku do roku 2016 (czerwony słupek)
Temperatura zalecana podczas procesu gumowania to
od +10 do +30°C.
W trakcie prowadzenia całego procesu gumowania,
równolegle i w identycznych warunkach klimatycznych, montuje się „blachy kontrolne”, które służą do
Powierzchnie próbki od strony złącza adhezyjnego
w pierwszej kolejności poddaje się oględzinom wizualnym, a następnie, zgodnie z obowiązującą procedurą
badawczą, usuwane są resztki złącza adhezyjnego. Później przeprowadza się ponownie oględziny wizualne
wszystkich powierzchni prób przy dziesięciokrotnym
powiększeniu. Rys. 6 przedstawia przekrój próbki po
12 latach eksploatacji. Wygląd powierzchni przekroju
wskazuje na postępujący proces degradacji warstwy
powierzchniowej spowodowany wnikaniem wody.
Aby określić wielkość ewentualnego spęcznienia
wykładziny gumowej spowodowanego absorbcją
wody, wykonywane są pomiary grubości próbek gumy.
Istotnym parametrem określającym własności
gumy jest jej twardość. Twardość wykładziny gumowej zmienia się w trakcie eksploatacji. Tempo zmian
jest różne w zależności oraz miejsca zainstalowania
(absorber, kanały spalin, zbiorniki buforowe). Pomiary
twardości gumy wykonywane są metodą Shore A, a
wyniki zestawia się z wartościami zawartymi w warunkach dostawy.
Kolejnymi ważnymi własnościami powłoki gumowej są wytrzymałość na rozerwanie oraz wydłużenie
przy zrywaniu. Parametry te określane są poprzez badania wg normy DIN 53504. Rysunek 7 przedstawia
wygląd próbki po około 12 latach eksploatacji, podczas
próby na rozerwanie i wydłużenie.
Badania przenikania wilgoci
Ponieważ w trakcie eksploatacji wykładzina gumowa nasiąka wilgocią, w eksploatowanych absorberach
konieczna jest okresowa kontrola przenikania wilgoci.
Badania te pozwalają na przewidywanie żywotności
powłoki. W tym celu każdą z pobranych próbek
gumy przygotowuje się do badań poprzez usunięcie z
powierzchni pozostałości zanieczyszczeń oraz resztek
kleju, a następnie przygotowuje próbki paskowe o
grubości około 1 mm.
Wszystkie oznakowane paskowe próbki, zgodnie
z przyjętym schematem, poddaje się badaniom na
zawartość wilgoci oraz głębokości jej przenikania.
Badania przeprowadza się metodą termiczną. Zestawiając uzyskane wyniki badań na zawartość wilgoci
w poszczególnych próbkach, można śledzić zmiany
wnikania wilgoci w głąb wykładziny gumowej w
różnych okresach eksploatacji. Dla przykładu na rys.
8 pokazano wykres zmiany wnikania wilgoci w głąb
wykładziny gumowej w okresie 3 lat eksploatacji.
Na podstawie systematycznych badań można
prognozować maksymalną żywotność wykładziny
gumowej. Na rys. 9 przedstawiono linię trendów
wnikania wilgoci w wykładzinę gumową absorbera
po 13 latach eksploatacji, dla którego wykonywane
były okresowe badania.
Uzyskane wyniki z badań eksploatacyjnych są porównywane z wartościami granicznymi parametrów
wykładziny gumowej w końcowym okresie eksploatacji. Systematyczne badania pozwalają z dużym
wyprzedzeniem zaplanować wymianę wykładziny w
poszczególnych obszarach powierzchni absorbera. W
tabeli 2 przedstawiono przykładowe wartości graniczne dla pojedynczej warstwy gumy.
W ramach badań własności antykorozyjnych
powłok gumowych eksploatowanych w instalacjach
odsiarczania spalin prowadzone są także badania
mikroskopowe struktury gumy w warstwie przy stali
oraz po stronie medium (rys. 10, 11). Na rysunku 11
zaprezentowano strukturę gumy na granicy styku z medium po dziesięciu latach eksploatacji, gdzie widoczne
są bardzo duże spulchnienia wykładziny gumowej.
Wartości graniczne dla pojedynczej
warstwy gumy
≥ 2N/mm, lub
Przyczepność
DIN 28055-2 ≥ 1N/mm (wykładzina wstępnie zwulkanizowana)
Wytrzymałość na rozciąganie DIN 53504
≥ 100%
Wytrzymałość na zrywanie
DIN 53504
≥ 1N/mm2
X
Twardość Shore A
DIN 53505
70% twardości nominalnej
Zawartość wody w gumie
-w mm od strony stali ≥ 15%
Parametr
Norma
TAB. 2
Przykładowe wartości graniczne dla gumy określone przez FDG Fachverband der gummierungsindustrie
X po usunięciu warstwy spęczniałej
RYS. 10
Struktura gumy na
granicy styku
z metalem po 10
latach eksploatacji
(powiększenie 100x)
RYS. 11
Struktura gumy
na granicy styku
z medium po 10
latach eksploatacji
(powiększenie 100x).
Widoczne bardzo duże
spulchnienia wykładziny gumowej
Aby powłoka spełniła zadanie
Dział Metaloznawstwa i Korozji od ponad 20
lat prowadzi badania diagnostyczne wykładzin gumowych stosowanych w instalacjach odsiarczania
spalin. Doświadczenia pokazują, że bardzo istotnymi
kwestiami są zapewnienie odpowiedniej jakości na
etapie przygotowania powierzchni stalowych pod
gumowanie oraz niezależny nadzór całego procesu
gumowania. Powyższe daje gwarancję, że powłoka
spełni swoje zadanie i sprosta zadanym warunkom w
odpowiednio długim okresie eksploatacji. Zaniedbania
w tym obszarze mogą spowodować konieczność naprawy lub nawet wymiany powłoki w krótkim okresie
eksploatacji. Jeśli uszkodzenia pojawią się po okresie
gwarancyjnym, koszt napraw naturalnie obciąży
inwestora, dlatego to jemu powinno zależeć na odpowiedniej kontroli procesu. Kontrola jakości procesu
służy również wykonawcom, gdyż dzięki niej spada
niebezpieczeństwo częstych napraw gwarancyjnych.
Systematyczna kontrola stanu wykładziny gumowej
eksploatowanego absorbera pozwala na wcześniejsze
planowanie terminu oraz zakresu naprawy wykładzin
gumowych. Zbieranie danych i monitoring postępu
degradacji daje możliwość prognozowania żywotności
gumy w całym absorberze w perspektywie wieloletniej
eksploatacji z dużą dokładnością.
Literatura
1.
2.
3.
4.
Fenner J.: Wytyczne gwarancji. Gumowanie w absorberach Instalacji Odsiarczania Spalin, tłum. Mazurek Z., KCT, Kielce 1999.
PN-EN ISO 8501-1:2007: Przygotowanie podłoży stalowych przed nakładaniem farb i podobnych produktów. Wzrokowa ocena czystości powierzchni
– Część 1: Stopnie skorodowania i stopnie przygotowania niepokrytych podłoży stalowych oraz podłoży stalowych po całkowitym usunięciu wcześniej
nałożonych powłok.
Filipczyk K.: Badania własności antykorozyjnych powłok gumowych eksploatowanych w instalacjach odsiarczania spalin, VIII Forum Dyskusyjne
„Diagnostyka i chemia dla energetyki”, Szczyrk 28–29.05.2009.
Sprawozdania i wyniki prac pomiarowych i badawczych, opracowania
„ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o., Zakład Chemii i Diagnostyki, Gliwice
(niepubl.).