Pylenie metalu
Pylenie metalu – forma wysokotemperaturowej korozji metali zachodząca w atmosferze gazów o wysokiej aktywności węgla i w przedziale temperatur 400–800 °C[1]. Nazwa pochodzi od pyłu, który powstaje na skutek procesu degradacji. Proces ten prowadzić może do poważnych uszkodzeń instalacji przemysłowych (głównie rur) w zakładach hutniczych, rafineryjnych, petrochemicznych i chemicznych[2].
Historia edytuj
Pierwsze publikacje na temat tego rodzaju korozji pojawiły się w latach 50. XX w. W 1945 roku Camp i współpracownicy opisali pylenie metalu występujące w instalacji do reformingu nafty[3][4]. Pod koniec lat 50. prowadzono badania mające na celu dokładniejsze poznanie i opis mechanizmu tego procesu skupiając się na badaniu reformingu z parą naftową[5][6][7]. Równocześnie prowadzone były badania mające na celu opis mechanizmu pylenia metali w stalach niklowych[8] oraz chromowo niklowych[9]. W latach 60. wykryty został mechanizm pylenia stali niskostopowych[10]. Obecnie wiele jednostek badawczych prowadzi badania nad różnymi rodzajami metali.
Mechanizm edytuj
Mechanizm tej formy korozji jest złożony i różni się w zależności od materiału[1][3]. Pomimo wielu badań, jego poprawność została potwierdzona eksperymentalnie jedynie dla najprostszych przypadków.
Pierwszą fazą procesu jest powstawanie i przenikanie węgla z fazy gazowej do metalu. Węgiel powstaje na skutek reakcji chemicznych, w których kluczową rolę odgrywa tlenek węgla (CO). Węgiel może powstawać na drodze reakcji redukcji tlenku węgla, np. wodorem[3]:
- CO + H2 → C + H2O
lub w wyniku reakcji Boudouarda[3]:
- 2CO ⇌ C + CO2
Powstały w ten sposób węgiel reaguje z żelazem lub innymi metalami (w zależności od składu stali) i odkłada się na powierzchni metalu w formie cementytu (Fe3C) lub innego związku węgla z metalem.
W dalszej części procesu cementyt ulega rozkładowi (Fe3C → 3Fe + C) na żelazo oraz węgiel, który dyfunduje przez warstwę cementytu i wytrąca się w postaci grafitu, który tworzy coraz grubszą warstwę, rozrastającą się na zewnątrz oraz wnikającą w warstwę cementytu w formie "korzeni". Żelazo wytrącone wskutek tej reakcji tworzy metaliczny pył lub ulega dyfuzji przenikając do wewnątrz i tworząc warstwę pomiędzy grafitem a cementytem.
W niższych temperaturach pylenie metali jest nieistotne ze względu na powolność procesu dyfuzji węgla do wnętrza metalu[3]. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta szybkość procesu dyfuzji, co powoduje, że powyżej 400 °C pylenie metali staje się zauważalne. Wraz z dalszym wzrostem temperatury proces przybiera na sile osiągając maksimum w temperaturze ok. 700 °C. Dalszy przyrost temperatury prowadzi do spowolnienia procesu aż do całkowitego zaniku powyżej 800 °C, co spowodowane jest spadkiem szybkości generowania węgla wraz ze wzrostem temperatury.
W warunkach przemysłowych pylenie metali występuje np. w instalacjach reformingu katalitycznego do produkcji wodoru, tlenku węgla oraz amoniaku.
Istnieje kilka metod przeciwdziałania temu rodzajowi korozji. Najbardziej powszechnym są różnego rodzaju powłoki oraz zwiększony dopływ pary wodnej do procesu.
Przypisy edytuj
- ↑ a b H.J. Grabke, M. Schütze (red.): Corrosion by Carbon and Nitrogen: Metal Dusting, Carburisation and Nitridation. Woodhead Publishing, 2007. ISBN 1-4200-5894-0. (ang.).
- ↑ Jan Dampc: Ocena przyczyn i sposoby ograniczenia degradacji eksploatacyjnej rur pieców w rafineryjnej instalacji platformingu CCR (praca doktorska). Gdańsk: Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, 2012, s. 4-5, 13-18.
- ↑ a b c d e P.Szakálos: Mechanism of Metal Dusting (PhD Thesis). Royal Institute of Technology & Swedish Institute for Metals Research. Stockholm, Sweden, 2004. ISBN 91-7283-713-6. (ang.).
- ↑ E.Camp, C.Phillips, L.Gross: Corrosion of 18-8 alloz furnace tubes in high temperature vapour phase cracking service. T. 1. Corrosion, 1945, s. 149-160. (ang.).
- ↑ F.A.Prange: Corrosion in a hydrocarbon conversion system. T. 15. Corrosion, 1959, s. 619-621. (ang.).
- ↑ F.Eberle, R.D.Wylie: Attack on metals by synthesis gas from methan-oxygen combustion. T. 15. Corrosion, 1959, s. 622-626. (ang.).
- ↑ W.B.Hoyt, R.H.Caughey: High temperature metal deterioration in atmospheres containing carbon monoxide and hydrogen. T. 15. Corrosion, 1959, s. 627-630. (ang.).
- ↑ A.Hultgren, M.Hillert: Betingelser for bildning av cementit vid uppkolning av nickelstal. Jernkont Ann, 1953. (szw.).
- ↑ B.Hopkinson, H.Copson: Internal carburization and oxidation of Ni-Cr alloys in CO type atmospheres. T. 15. Corrosion, 1959, s. 608-612. (ang.).
- ↑ R.F.Hochman, J.H.Burson: The fundamentals of metal dusting. T. 46. API Proceedings, 1966, s. 331-344. (ang.).