Corrosion of fire extinguishing systems and fire fighting fittings Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ml. bryg. dr inz. Joanna RAKOWSKA mgr inz. Zuzanna SLOSORZ

Zespól Laboratoriów Badan Chemicznych i Pozarowych

KOROZJA INSTALACJI GASNICZYCH I ARMATURY

POZARNICZEJ

Corrosion of fire extinguishing systems and fire fighting fittings

Streszczenie

Urz^dzenia do gaszenia pozarów powinny charakteryzowac siç wysok^ skutecznosci^ i niezawodnosci^ dzialania. Jednym z problemów zwi^zanych z jego poprawnym dzialaniem jest ograniczenie rozwoju korozji przez odpowiedni dobór materialów, z którego wykonane s^ detale lub zastosowanie optymalnych metod ochrony przed niszczeniem korozyjnym. W artykule przedstawiono rodzaje korozji, jakim mog^ ulegac poszczególne elementy instalacji gasniczych i armatury pozarniczej narazone na dzialanie wody i wodnych roztworów srodków gasniczych. Omówiono m.in. korozjç ogóln^ (równomiern^), korozjç miçdzykrystaliczn^ korozjç wzerow^ (pitting), korozjç naprçzeniow^ korozjç selektywn^, korozjç szczelinow^, korozjç gazow^ (wysokotemperaturow^). Przedstawiono takze najwazniejsze metody ochrony przed korozji które mog^ byc zastosowane do sprzçtu stosowanego przez straz pozarn^. Opisano sposoby zwi^zane zarówno z doborem lub modyfikaj materialu, jak i srodowiska korozyjnego tj. ochronç elektrochemicznç. oraz ochronç materialu przez zastosowanie powlok ochronnych lub inhibitorów korozji. Poznanie mechanizmów powstawania korozji oraz jej zwalczania jest niezwykle istotne, w aspekcie ograniczenia strat materialnych a takze zapewnienia efektywnego wykorzystywania armatury pozarniczej i instalacji gasniczych.

Summary

Equipment for fire fighting should be characterized by high efficiency and reliability of operation. One of the problems associated with correct operations is to reduce the development of corrosion by a suitable choice of materials, which are made the detal or the use of optimal methods of protection against corrosive destruction. In article it collates some kind of corrosions which may be subject to individual elements of fire fighting fittings and fire extinguishing systems which are exposed to water or aqueous solutions of fire fighting agents. Discussed included general corrosion (uniform), intergranular corrosion, pitting corrosion (pitting), stress cracking corrosion, selective corrosion, crevice corrosion, gas corrosion (high temperature) . Also showed the most important methods of protection before corrosion which can be applied to equipment used by fire brigades. Described by methods of protection before corrosion by selection suitable material or modification of material chemical composition, as well as modification of corrosion environments, this is the electrochemical protection

and the protection of the material by the application of protective coatings or corrosion inhibitors Knowledge of mechanism of corrosion generation in aspect of limitation of material losses as well as effective using of fire fighting fittings and fire fighting systems is extremely important.

Slowa kluczowe: korozja, armatura pozarnicza, instalacje gasnicze, inhibitory, powloki ochronne;

Key words: corrosion, fire fighting fittings, fire extinguishing systems, inhibitors, protective coating;

Najbardziej znanym i najczçsciej stosowanym srodkiem gasniczym jest woda [1, 2]. W celu zwiçkszenia jej skutecznosci gasniczej, wprowadza siç substancje modyfikuj^ce wlasciwosci. Powszechnie stosowanymi w pozarnictwie dodatkami podnosz^cymi efektywnosc wody s^ koncentraty pianotworczych srodkow gasniczych. Pianotworcze srodki gasnicze s^ produktami przeznaczonymi do wytwarzania pian gasniczych zlozonymi z wody, substancji powierzchniowo czynnych, rozpuszczalnikow i innych dodatkow np.: stabilizatorow piany, substancji hydrotropowych, inhibitorow korozji, konserwantow, substancji obnizaj^cych temperaturç krzepniçcia oraz barwnikow.

Najczçsciej w kompozycjach gasniczych stosowane s^ surfaktanty anionowe [3] lub mieszaniny anionowych i niejonowych zwi^zkôw powierzchniowo czynnych [4]. W srodkach pianotworczych wytwarzaj ^cych film wodny stosowane s^ fluorosurfaktanty [5, 6] natomiast zwi^zki powstale na bazie proteinowej uzywane s^ do produkcji koncentratow proteinowych [7+9].

Armatura pozarnicza to sprzçt sluz^cy do czerpania, napelniania i podawania wody lub roztworow wodnych, wykorzystywanych w celach pozarniczych. Przykladem armatury pozarniczej s^ [10]:

• pr^downice wodne,

• nasady,

• l^czniki,

• przel^czniki,

• rozdzielacze,

• zbieracze,

• smoki ssawne,

• stojaki hydrantowe,

• oraz inny sprzçt znajdjcy zastosowanie przy budowie linii gasniczych, zasilaj^cych, ssawnych.

Bardzo czçsto wykorzystywane w celu podawania srodkôw gasniczych do srodowiska pozaru s^ instalacje gasnicze. Stale instalacje gasnicze s^ to urz^dzenia zawieraj^ce okreslon^ ilosc srodka gasniczego, pol^czone ze stala dysz^ (stalymi dyszami), przez ktôr^ srodek gasniczy podawany jest do gaszenia pozaru [11]. Zasady projektowania, instalowania i uzytkowania tych urz^dzen s^ opisane w normach [12+14]. Elementami stosowanymi do budowy urz^dzen gasniczych s^:

• tryskacze,

• zraszacze,

• przewody rurowe,

• zawory,

• wskazniki przeplywu,

• zbiorniki.

Armatura pozarnicza i elementy instalacji gasniczych wykonywane s^ zazwyczaj ze stopu aluminium i stali. Przykladem moze byc odlew aluminium ze stopem AK 11 (AlSi 11), w ktôrym jako uszczelki stosuje siç material wykonany z gumy, lub stop cynku i aluminium tzw. ZNAL. Innymi materialami stosowanymi przy wytwarzaniu armatury s^: mosi^dz np. MO58 oraz stal ocynkowana [10].

Urz^dzenia do gaszenia pozarôw powinny charakteryzowac siç wysok^ skutecznosci^ i niezawodnosci^ dzialania. Dlatego tez istotny jest sposôb przechowywania i konserwacji sprzçtu pozarniczego. Wazne jest, aby podczas wykorzystywania sprzçtu pozarniczego zapobiegac przetrzymywaniu armatury w niesprzyjaj^cych warunkach, ktôre determinuj^ mozliwosc powstawania ognisk korozji. To jest, sprzçt powinien byc odpowiednio konserwowany po i przed uzyciem, przechowywany w miejscach nie zawilgoconych oraz nie narazony na substancje zr^ce [15]. Mimo wszystko nie da siç zapobiec korozji armatury pozarniczej. Dlatego tez prowadzi siç badania maj^ce na celu ochronç przed korozji

W celu rozwazenia problematyki zwi^zanej z korozyjnym niszczeniem armatury pozarniczej, na pocz^tku nalezaloby udzielic odpowiedzi na pytania: czym wlasciwie jest, jak przebiega i jakie skutki ze sob^ niesie proces korozji?

Korozja jest niemozliwym do calkowitego wyeliminowania zjawiskiem niszczenia materialu, wynikaj^cym z chemicznego lub elektrochemicznego oddzialywania srodowiska. Najczçsciej pojçcie korozji zawçza siç do materialów metalowych, jednak w rzeczywistosci podlegaj^ jej równiez materialy niemetalowe np. tworzywa sztuczne, beton [16].

Procesy korozyjne powoduj^ ogromne straty ekonomiczne, a niejednokrotnie równiez stanowi^ bezposrednie zagrozenie dla zycia ludzkiego np. korozja mostu lub kadluba statku, ruroci^gu czy tez konstrukcji nosnej platformy wiertniczej.

Stan, w którym material zachowuje odpornosc chemiczn^ wobec otaczaj^cego srodowiska nazywa siç pasywnosci^. Pasywacja jest procesem w wyniku, którego metal przechodzi ze stanu aktywnego w stan pasywny, tj. staje siç bardziej odporny na korozjç. Proces pasywacji polega na wytworzeniu siç na powierzchni danego metalu lub stopu, pod dzialaniem tlenu lub powietrza (albo roztworu utleniaj^cego), cienkich warstewek izoluj^cych metal od srodowiska [17]. Zjawisko pasywacji jest podstaw^ naturalnej odpornosci korozyjnej takich metali konstrukcyjnych jak np. aluminium, chrom, stale nierdzewne.

Znajomosc mechanizmów powstawania oraz zwalczania ognisk korozyjnych jest niezwykle wazna, gdyz umozliwia spowolnienie procesu niszczenia powlok ochronnych, a w efekcie ulatwia zabezpieczenie armatury pozarniczej i znacznie ogranicza jej straty materialowe [16].

W zaleznosci od typu przewodnosci elektrycznej na granicy faz badany material -srodowisko i od rodzaju srodowiska, w którym znajduje siç próbka, proces korozji moze miec charakter elektrochemiczny (dla materialów o wysokiej przewodnosci), chemiczny lub fizykochemiczny (dla materialów o niskiej przewodnosci lub jej braku). Korozja elektrochemiczna powoduje niszczenie materialu w wyniku procesów elektrochemicznych zachodz^cych na granicy faz metal/elektrolit. Cech^ charakterystyczn^ korozji elektrochemicznej jest istnienie dwóch procesów przebiegaj^cych niezaleznie od siebie:

a. anodowego - przechodzenia metalu do roztworu w postaci uwodnionych jonów,

b. katodowego - asymilacji elektronów nadmiarowych przez utleniacze.

Schemat mechanizmu korozji elektrochemicznej w srodowisku obojçtnym przedstawiono na ryc. 1 jako przyklad uszkodzenia powloki cynkowej lub cynowej na stali.

a)

b)

Fe?0rH?Q

katoda

Fe

tlenek

an a da katoda

anoda

Ryc. 1 Schemat korozyjnego uszkodzenia powloki: a) w roztworze kwasnym, b) w roztworze obojçtnym [18].

Fig. 1. Diagram of corrosion damage of the shell: a) in acid solution, b) in neutral solution

Ze wzglçdu na uwarunkowania zachodz^cych zjawisk, rozmieszczenie obszarow zmian korozyjnych oraz ich geometriç mozna wyroznic nastçpuj^ce rodzaje korozji [16]:

• korozja ogolna (rownomierna),

• korozja miçdzykrystaliczna,

• korozja wzerowa (pitting),

• korozja naprçzeniowa

• korozja selektywna,

• korozja szczelinowa,

• korozj a gazowa (wysokotemperaturowa).

Zestawienie zmian spowodowanych przez wybrane rodzaje korozji metali schematycznie przedstawiono na ryc. 2.

[18].

a) b) c)

Ryc. 2 Zestawienie wybranych rodzajów korozji metali [19].

a) powierzchniowa, równomierna, b) punktowa, c) plamowa, d) wzerowa, e) podpowierzchniowa, f) szczelinowa, g) nitkowa, h) miçdzykrystaliczna, i) sródkrystaliczna

Fig. 2. Selected types of corrosion of metals [19]. a) surface, uniform, b) point, c) plam spot d) pitting, e) subsurface, f) crevice, g) thread,

h), intergranular, i) crystalline

Korozja ogólna powstaje na skutek reakcji agresywnych skladników srodowiska ze skladnikami tworzywa metalicznego, wynikiem czego jest równomierny ubytek korodowanego materialu. Tego rodzaju korozji ulegaj^ materialy o niskiej odpornosci korozyj nej, takie j ak:

• stale zwyklej jakosci,

• stale niestopowe i niskostopowe stale wyzszej jakosci w atmosferze i w wodzie,

• znaczna czçsc stopów metali w srodowiskach kwasnych.

Produkty korozji nie stanowi^ szczelnej bariery chroni^cej material przed dalszym utlenianiem, s^ slabo zwi^zane z podlozem. Korozji ogólnej przeciwdziala siç poprzez:

• odpowiedni dobór materialu do warunków eksploatacji,

• stosowanie powlok ochronnych,

• stosowanie inhibitorów korozji,

• ochronç elektrochemiczn^.

Korozja mi^dzykrystaliczna jest przykladem korozji, ktora przebiega wzdluz granic ziaren. Jej dzialanie jest niewidoczne, prowadzi do zmniejszenia wytrzymalosci i plastycznosci korodowanego materialu. Ten rodzaj korozji powstaje w wyniku roznicy potencjalow jakich mikroobszarow przyleglych do granic ziaren z mikroobszarami we wn?trzu ziaren.

Korozji mi?dzykrystalicznej w zaleznosci od rodzaju stali (Tab. 1) zapobiega si? dla stali austenitycznych przez:

• ograniczenie zawartosci w?gla,

• stosowanie przesycania stali w odpowiedniej temperaturze,

• unikanie nagrzewania stali do temp. 500-800oC,

• wprowadzenie do stali tytanu lub niobu w ilosci 5- lub 10-krotnej zawartosci w?gla.

dla stali ferrytycznych poprzez:

• Wygrzanie stali w temp. ok. 800oC.

Tabela. 1

Zestawienie stali odpornych na korozji [20]

Tabel 1.

Kind of stainless steels [20]

Struktura Glowne skladniki stopu

ferrytyczna Cr

martenzytyczna Cr, lub Ni

austenityczna Cr, Ni, Mo

austenityczno-ferytyczna Cr, Mo (wyzsza zawartosc Cr i nizsza Ni w porownaniu do stali austenitycznych)

Korozja wzerowa jest przykladem korozji lokalnej wyst?puj^cej na metalach w stanie pasywnym, znajduj^cych si? w srodowisku zawieraj^cym jony halogenkowe. Podczas korozji wzerowej nast?puje ubytek masy i powstaje w dwoch etapach wzery. Pierwszym etapem jest zarodkowanie wzerow na powierzchni metalu, kolejnym rozwoj powstalych wzerow. W zaleznosci od warunkow korozji zmienia si? w udzial obj?tosciowy, ksztalt i wielkosc wzerow. W zaleznosci od wlasciwosci pasywuj^cych stopow wyrozniamy: dla stopow latwo

pasywuj^cych siç - wzery przykryte warstw^ pasywn^ oraz dla stopôw trudniej pasywuj^cych siç wzery otwarte. Odpornosc na korozjç wzerow^ okresla siç na podstawie rodzaju, wlasciwosci materialu ulegaj^cego korozji, jak rôwniez wlasciwosci elektrochemicznych i chemicznych srodowiska. Korozji wzerowej mozna zapobiegac odpowiednio dobieraj^c material i technologie przygotowania warstwy wierzchniej np. modyfikuj^c sklad chemiczny metalu przez wprowadzanie pierwiastkôw posiadaj^cych wlasciwosci pasywuj^ce np. chromu, tytanu lub molibdenu lub tez stosuj^c procesy technologiczne umozliwiaj^ce uzyskanie struktury stopu o wiçkszej odpornosci korozyjnej [21, 22].

Agresywne oddzialywania srodowiska oraz uszkodzenia mechaniczne powoduj^ zniszczenia typowe dla korozji naprçzeniowej, zmçczeniowej, kawitacyjnej czy erozyjnej. Naprçzenia wystçpuj^ce w calej objçtosci i adekwatne z wielkosci^ elementu wywolane s^ naprçzeniami w makroskali tzw. naprçzeniami pierwszego rodzaju. Naprçzenia wynikaj^ce z oddzialywan zewnçtrznych lub spowodowane odksztalceniami sprçzystymi wplywaj^ na obnizenie odpornosci materialu na korozjç. Pçkanie korozyjne moze powstawac tylko w wyniku synergicznego dzialania srodowiska oraz naprçzen rozci^gaj^cych i rozwija siç zarôwno na granicy ziaren jak i srôdkrystalicznie.

Powstawanie mechanizmu pçkania korozyjnego opisuje wiele teorii. Najbardziej powszechn^ i popart^ najwiçksz^ ilosci^ badan jest teoria elektrochemiczna, zgodnie z ktôr^ do powstawania pçkniçc korozyjnych w glôwnej mierze przyczynia siç przyspieszone, anodowe rozpuszczenie materialu w szczelinie pçkniçcia. Anodç w tym procesie elektrochemicznym stanowi depasywowany wierzcholek pçkniçcia a katodç powierzchnia boczna szczeliny (Ryc. 3).

1-kierunek naprçzen,

2- szczelina zawieraj^ca elektrolit i produkty korozji,

3- warstwa pasywna (katoda),

4- przemieszczaj^cy siç wierzcholek pçkniçcia (anoda),

5- strefa maksymalnych naprçzen ( przed czolem pçkniçcia)

Ryc. 3. Schemat pçkania korozyjnego [16]

Fig.3 Schema corrosion cracking [16] 1- direction of stress 2 - slot containing the electrolyte and corrosion products, 3 - passive layer (cathode),

4 - moving crack tip (anode), 5 - zone of maximum stress (before the brow cracks)

Korozji zmçczeniowej mozna czçsciowo zapobiegac stosuj^c obrôbkç warstwy wierzchniej wprowadzaj^c^ naprçzenia wlasne sciskaj^ce lub korzystne zmiany strukturalne (np. przez azotowanie).

Korozja selektywna polega na roztwarzaniu siç skladnika mniej aktywnego w stopie dwuskladnikowym lub wieloskladnikowym na skutek tworzenia siç lokalnych mikroogniw galwanicznych w obszarach o mikrosegregacji skladu. W stopach dwufazowych rozpuszczaniu ulega faza o nizszym potencjale galwanicznym (anoda). Korozjç selektywn^ obserwuje siç tylko w tych stopach, w ktôrych strukturze wystçpuje roztwôr staly. Przy wzroscie zawartosci pierwiastka szlachetnego prawdopodobienstwo zaistnienia tego typu korozji maleje, az do zaniku w wyniku skladu granicznego roztworu. Wynikiem korozji selektywnej jest obnizenie wytrzymalosc na rozci^ganie i ci^gliwosc materialu. Mikrododatki stopowe przeciwdzialaj^ tworzeniu siç ogniw galwanicznych.

Korozja szczelinowa powstaje na skutek tworzenia siç lokalnych ogniw galwanicznych w wyniku niejednakowego napowietrzenia pomiçdzy roztworem w szczelinie a pozostal^ objçtosci^ roztworu. Ten typ korozji wystçpuje zazwyczaj w zaglçbieniach konstrukcyjnych, pod uszczelnieniami, pod osadami lub warstwa ochronn^ oraz we wszelkiego rodzaju pçkniçciach.

Zapobieganie korozji szczelinowej polega na eliminowaniu szczelin, zwlaszcza konstrukcyjnych, juz na etapie projektowania aparatôw i urz^dzen produkcyjnych.

Korozja gazowa powstaje w wyniku oddzialywania na metal srodowiskiem utleniaj^cym w podwyzszonej temperaturze. Wynikiem takiego dzialania s^ produkty lotne, ciekle lub stale. Produkty te wystçpuje glôwnie na powierzchni materialu jako zgorzelina, jednak proces utleniania moze zachodzic jednoczesnie lub wyl^cznie w glçbi materialu. Korozja gazowa nazywana jest takze korozja such^, poniewaz w warunkach temperaturowych, w jakich zachodzi ten typ korozji nie nastçpuje kondensacja wilgoci na powierzchni materialu. Substancjami gazowymi powoduj^cymi korozjç gazow^ s^ np.: tlen, para wodna, dwutlenek wçgla, siarka gazowa, chlorowce. Na korozjç gazow^ narazone s^ wiçc instalacje gasnicze stalych urz^dzen gazowych.

Poniewaz korozja metalu jest spowodowana oddzialywaniem srodowiska nalezy przede wszystkim stwierdzic, czy rozwazany material bçdzie trwaly (termodynamicznie stabilny) w danym srodowisku. Do tego celu wykorzystywane s^ wykresy Pourbaix [23].

Diagramy te zostaly obliczone z wykorzystaniem zaleznosci termodynamicznych przy zalozeniu, ze dany metal kontaktuje si? z roztworem wodnym nie zawieraj^cym zwi^zkow kompleksotworczych (np. jonow Cl-). Przyklad takiego diagramu pokazany jest na Ryc. 4.

0 2 4 6 8 10 12 14 pH

Ryc. 4 Wykres Pourbaix dla zelaza [23] Fig. 4 Pourbaix diagram for iron [23]

Zasadniczo ochron? przed korozj^ mozna podzielic na trzy rodzaje:

• ochron? elektrochemiczna

• inhibitory korozji

• powloki antykorozyjne

Sposoby ochrony przed korozji przedstawiono w Tabeli 2.

Tabela 2

Metody ochrony przed korozjç

Tabel 2.

Methods of protection against corrosion [16]

Ochrona przed korozj ^

Ochrona elektrochemiczna Powloki ochronne Inhibitory korozji

• ochrona anodowa • ochrona katodowa • powloki malarskie • powloki metalowe • powloki niemetalowe • inhibitory katodowe • inhibitory anodowe • inhibitory mieszane (organiczne) • mieszaniny Inhibitorôw

Do elektrochemicznej ochrony przed korozji nalezy zaliczyc ochronç anodow^ i katodow^. Ten rodzaj zabezpieczenia polega na odpowiedniej zmianie potencjalu elektrodowego na granicy metal- srodowisko, w wyniku ktôrej szybkosc rozpuszczania metalu zostaje ograniczona lub zahamowana. W zaleznosci od kierunku przesuwania potencjalu metodç t^ dzieli siç na katodowa i anodow^. Stan odpornosci metalu uzyskujç siç przez przesuniçcie potencjalu w stronç katodow^, natomiast stan pasywnosci w stronç anodow^.

Innym przykladem ochrony przed korozji jest uzycie inhibitora korozji, srodka chemicznego hamuj^cego przebieg niszczenia danego materialu. Inhibitory korozji znajduj^ zastosowanie m.in. w procesach wytrawiania metali (roztwory do trawienia zawieraj^ce inhibitory korozji dobrze rozpuszczaj^ rdzç i zgorzelinç, nie niszcz^c samego metalu). Substancjç hamuj^ce korozjç wprowadza siç rôwniez do wôd obiegowych oraz do roztworôw agresywnych, znajduj^cych siç w aparatach chemicznych, instalacji chlodniczych, kotlach parowych itp. [17].

Ze wzglçdu na kierunek przesuwania potencjalu elektrodowego inhibitory dzieli siç na anodowe, katodowe i mieszane. Inhibitor anodowy przesuwa potencjal korozji w dodatni^ stronç, katodowy przesuwa potencjal korozji w stronç ujemn^, natomiast mieszany (anodowo-

katodowy) dziala w obu kierunkach a jego wypadkowa dzialania zalezy od wzgl?dnej wielkosci efektow. W wyniki dzialania inhibitora na powierzchni metalu wytwarza si? warstewka pasywna utrudniaj^ca roztwarzanie metalu (inhibitory anodowe: chromiany, dwuchromiany, azotyny, fosforany, benzoesany) lub bariery zapobiegaj^cej redukcji jonow metalu na katodzie (inhibitory katodowe: hydrazyna, siarczyn sodu).

Inhibitorami anodowymi s^ glownie aniony przemieszczaj^ce si? do powierzchni anody. Ze wzgl?du na sposob dzialania dzieli si? je na utleniaj^ce (pasywuj^ce) i nieutleniaj^ce.

Pasywatory (inhibitory pasywuj^ce) s^ utleniaj^cymi zwi^zkami nieorganicznymi, powoduj^cymi przesuni?cie potencjalu metalu w kierunku dodatnim. Dzialaj^ w roztworach zawieraj^cych rozpuszczony tlen, jak i w roztworach beztlenowych. W porownaniu do inhibitorow organicznych silniej obnizaj^ szybkosc korozji, jednak ich wad^ jest fakt, ze nalez^ do grupy tak zwanych inhibitorow „niebezpiecznych". Zastosowanie niewystarczaj^cego st?zenia inhibitora pasywuj^cego moze prowadzic do powstania korozji wzerowej. Najwazniejszymi pasywatorami s^:

• chromiany (np. Na2CrO4, K2CrO4, ktore stosuj? si? do ochrony stali, miedzi, cynku, metali lekkich)

• azotyny (np. NaNO2 ktore znajduj^ zastosowanie w roztworach wodnych o pH>5, dla roznych metali i stopow z wyj^tkiem cynku i stopow miedzi.)

Inhibitory nieutleniaj^ce s^ substancjami alkalicznymi o dzialaniu buforowym; powoduj^ tworzenie si? warstw trudno rozpuszczalnego osadu. Skuteczna ochrona przy uzyciu tego typu inhibitorow osi^gana jest przy st?zeniach wyzszych okolo 100-krotnie niz wymagane st?zenia pasywatorow. Do najcz?sciej stosowanych inhibitorow nieutleniaj^cych nalez^ [16]:

• ortofosforany (np. Na2PO4, ktore skutecznie dzialaj^ w srodowisku wody twardej),

• krzemiany (np. Na2 • 2SiO2, powoduj^ alkalizacj? srodowiska oraz hamowanie procesu anodowego, stosuje si? glownie do ochrony aluminium w srodowiskach wodnych),

• benzoesany (np. benzoesan sodowy, stosuje si? go glownie jako inhibitory korozji zelaza w kwasach, olejach i roztworach wodnych elektrolitow, jego skutecznosc wzrasta wraz ze st?zeniem).

Inhibitorami katodowymi s^ kationy osadzaj^ce siç na katodzie w trakcie trwania procesu chemicznego lub elektrochemicznego. Powstaj^ce w ten sposôb osady utrudniaj^ redukcjç tlenu na katodzie, zmniejszaj^ powierzchniç katodow^ lub podwyzszaj^ nadpotencjal wydzielania wodoru. Przykladami tego typu inhibitorôw s^:

• kationy niektôrych metali ciçzkich (np. As3+, Bi3+ Sb3+, opôzniaj^ reakcje rozpuszczania siç zelaza w kwasach, znajduj^ zastosowane m.in. do ochrony szybôw naftowych przy wydobywaniu ropy kwasnej i zasiarczonej),

• wodorowçglan wapnia Ca(HCO3)2 oraz siarczyn cynku ZnSO3 (zwi^zki te reaguj^ z alkaliami, daj^ nierozpuszczalne w wodzie osady CaCO3 i Zn(OH)2, ktôre hamuj^ dalszy proces utleniania),

• polifosforany (np. Calgon tworz^ce w roztworach wodnych duze kationy koloidalne

(Na CaP O )n+

typu v 5 6 , ktôre przemieszczaj^ siç do katody i tam oddaj^ ladunek

elektryczny tworz^c gruby osad, zapobiegaj^ tworzeniu siç kamienia kotlowego na elementach grzejnych).

• EDTMP (etylenodiamino-tetrametylenofosfonian) hamuje korozjç 3-5 razy skuteczniej niz nieorganiczny polifosforan, moze byc w pelni rozpuszczalna w wodzie i nie stanowi zadnego zagrozenia dla srodowiska, wykazujç dobr^ stabilnosc chemiczn^ i termiczn^. Stosowana jest jako inhibitor korozji w obiegu chlodzenia instalacji wodnej i wody w kotle [24].

Organiczne inhibitory korozji (inhibitory mieszane) ze wzglçdu na sklad chemiczny dzieli siç na inhibitory zawieraj^ce:

• azot, np. nitryle, aminy (R-NH2 znajduj^ zastosowanie jako inhibitory korozji zelaza w kwasach i roztworach wodnych oraz jako inhibitory lotne. Ich skutecznosc zalezy od zdolnosci adsorpcji na powierzchni stopôw zelaza,

• siarkç w postaci

HS- , S2- lub w ukladzie heterocyklicznym, np. tiole, siarczki, dwusiarczki (R-SH, R-S-R, R-S-S-R s^ lepszymi inhibitorami korozji niz zwi^zki zawieraj^ce azot, poniewaz siarka wykazuje wiçksz^ zdolnosc do tworzenia wi^zan koordynacyjnych warunkuj^cych trwalosc adsorpcji cz^steczek inhibitora na powierzchni metalu),

• azot i siarkç, np. tiokarbamidy.

Niektore surfaktanty wykazuj^ wlasciwosci antykorozyjne w stosunku do wyrobow stalowych, dlatego tez uznawane s^ za efektywne inhibitory korozji. Przykladem tego typu surfaktantow mog^ bye surfaktanty kationowe lub niektore amfoteryczne zwi^zki z tej grupy. Ze wzgl?du na bardzo siln^ adsorpcj? na powierzchni metali w ochronie przed korozji wykorzystuje si? pochodne kwasu N- acylosarkozowego oraz N-acetyloglutaminowego. Aktywnose tych zwi^zkow jest wynikiem wytworzenia si? trwalego pi?cioczlonowego pierscienia kompleksowego b?d^cego pol^czeniem cz^steczki zawieraj^cej anion z obszarem, z deficytem elektronow zlokalizowanym na powierzchni zabezpieczanego materialu [25]. W recepturach srodkow gasniczych wykorzystywane s^ najcz?sciej anionowe zwi^zki powierzchniowo czynne lub ich mieszaniny z surfaktantami niejonowymi [3,4] lub tez zwi^zki amfolityczne, pelni^ce glownie rol? stabilizatorow piany [25,27].

Przykladowe wyniki szybkosci korozji stopow metali w roztworach gasniczych: wodzie, srodku syntetycznym stosowanym w st?zeniu 6%, srodku syntetycznym stosowanym w st?zeniu 1% oraz srodku syntetycznym tworz^cym film wodny, stosowanym w st?zeniu 3% przedstawiono na ryc. 5. Dzialanie korozyjne srodkow gasniczych oznaczono okreslaj^c ubytki masy plytek stalowych, mosi?znych i aluminiowych umieszczanych w roztworach o st?zeniach stosowania zalecanych przez producentow po czasie 28 dob.

1

0,9

- 0,8

■Q

O

0,7

0,6

.52

0,5

o

£ 0,4

:S 0,3

■Q

0,2 0,1 0

□ stal

□ mosi^dz

□ znal

woda

s 6%

s 1%

s AFFF

Ryc.5 Szybkose korozji ogolnej stopow metali Fig. 5. Rate of general corrosion of metal alloys [badania wlasne]

Wszystkie rozwazane roztwory pianotworczych srodkow gasniczych charakteryzuj ^ si? mniejsz^ szybkosci^ korozji niz woda wodoci^gowa. Najmniejszym dzialaniem korozyjnym

wyroznia si? roztwor srodka typu AFFF (ang. aqueous film forming foam). AFFF to srodki pianotworcze tworz^ce film wodny, zawieraj^ce mieszaniny w?glowodorowych i fluorowanych srodkow powierzchniowo czynnych [28]. Badany koncentrat AFFF do wytwarzania piany, tworz^cy film wodny, wedlug informacji producenta przeznaczony jest do stosowania w stalych urz^dzeniach gasniczych. Mala szybkosc korozji wskazuje, ze receptura tego wyrobu zawiera inhibitory korozji w odpowiedniej ilosci.

Kolejnym przykladem ochrony przed korozji moze byc uzycie powlok antykorozyjnych. Powloki te s^ uzywane jako ochrona stala lub czasowa. Powloki malarskie produkuje si? jako jednowarstwowe lub wielowarstwowe. W sklad powloki wielowarstwowej wchodzci nast?puj^ce warstwy: warstwa podkladowa (gruntowa), warstwa posrednia i warstwa nawierzchniowa. Na poszczegolne typy warstw stosuje si?: farby, lakiery oraz emalie (Rye. 6).

Ryc. 6. Zbiornik z wadliwie naniesiona powlok^ malarsk^. Widoczne znaczne zniszczenie

korozyjne zbiornika.

Fig. 6 Tank with defective paint coating. Visible significant destruction of the tank on the way

of corrosion [badania wlasne]

Jako powloki niemetalowe zastosowanie znajduj^: emalie techniczne, tworzywa sztuczne, gumy, pokrycia izolacyjne wieloskladnikowe, ceramik?, warstwy konwersyjne. Zalet^ tego rodzaju powlok s^: dobra odpornosc na korozj? atmosferyczn^ i czynniki chemiczne, wlasciwosci izolacyjne, elektryczne i cieplne oraz estetyczny wygl^d. Ostatnim rodzajem powlok antykorozyjnych s^ powloki metalowe. Powstaj^ one z czystych metali lub ich stopow, nakladanych nast?pnie na podloze metalowe, rzadziej niemetalowe.

Przykladem wykorzystywanych metali do utworzenia powlok metalowych s^: cynk, cyna, aluminium, miedz i mosi^dze, olów, nikiel, kadm, chrom, metale szlachetne (Au, Ag, Pt). O wyborze rodzaju powlok ochronnych decyduj^ zarówno uzyskiwane wlasciwosci, ale takze koszty ich wytwarzania.

Podsumowanie

Badania prowadzone w laboratorium Badan Chemicznych i Pozarowych wskazuj^, ze stosowane obecnie pianotwórcze srodki gasnicze nie powoduj^ wiçkszej korozji materialów niz woda wodoci^gowa. Na tej podstawie mozna stwierdzie, ze ze wzglçdu na oddzialywanie na elementy instalacji gasniczych i armatury pozarniczej receptury koncentratów gasniczych s^ wlasciwie opracowane.

Najczçsciej natomiast zniszczenia elementów sprzçtu pozarniczego wywolane s^ zlym przygotowaniem powlok ochronnych lub nieodpowiednim doborem materialów. Nalezy zatem w ocenie czçsci wchodz^cych w sklad instalacji gasniczych oraz armatury pozarniczej zwracae szczególna uwagç na wyniki badan korozyjnosci. Pozwoli to na ograniczenie strat szybkosci niszczenia sprzçtu narazonego na dzialanie agresywnego srodowiska, a w efekcie zmniejszenie strat materialnych spowodowanych korozji urz^dzen i jej zawodnym dzialaniem.

Literatura

1. Wilczkowski S., Piany gasnicze, srodki pianotwórcze i zwilzacze, Szkda Aspirantów Panstwowej Strazy Pozarnej, Kraków 2003;

2. Bielicki P., Podstawy taktyki gaszenia pozarów, Szkola Aspirantów Panstwowej Strazy Pozarnej, Kraków 1996;

3. pat. HCA. 117:28982,1992;

4. pat. W09743012 1997;

5. pat. USA 5824238;

6. pat. US 2011073795 2010,

7. pat. W02009148039, 2009;

8. pat. WO 8803425 1988;

9. pat. US 4460480 1984;

10. http://starkam.pl/ARMATURA_POZARNICZA-k175-0-3-default.html (1.10.2011);

11. PN-ISO 8421-4:1998 Ochrona przeciwpozarowa Terminologia Wyposazenie gasnicze;

12. PN-EN 12845+A2:2010 Stale urz^dzenia gasnicze Automatyczne urz^dzenia tryskaczowe Projektowanie, instalowanie i konserwacja;

13. PN-EN 12259-5:2005 Stale urz^dzenia gasnicze Podzespoly urz^dzen tryskaczowych i zraszaczowych Czçsc 5 : Wskazniki przeplywu wody;

14. PN-EN 13565-1+A1:2010 Stale urz^dzenia gasnicze Urz^dzenia pianowe Czçsc 1: Wymagania i metody badan dla podzespolow;

15. .Pastuszka L.,998 Czasopismo strazypozarnych, nr 4, Poznan, 2010, s. 37-42;

16. Surowska B., Wybrane zagadnienia z korozji i ochrony przed korozjq, Politechnika Lubelska Lublin 2002;

17. Praca zbiorowa, redaktor naczelny H. Chmielewski, ENCYKLOPEDIA TECHNIKI „Chemia", Wydawnictwo naukowo-techniczne, Warszawa, 1965;

18. Prowans S., Materiaioznawstwo, PWN 1984;

19. Praca zbiorowa, firma Total, Przemyslowe srodki smarne, poradnik, Warszawa 2003;

20. PN-EN 10088-1:2007, Stale odporne na korozjç Czçsc 1: Gatunki stali odpornych na korozjç;

21. Ura-Binczyk E., Balkowiec Z.A., Mikolajczyk L., Lewandowska M., Kurzydlowski K. J., Wpfyw wielkosci ziarna na odpornosc korozyjnq stopu aluminium 7475, Ochrona przed korozji 2011, 54, (2), s. 44-47;

22. Krakowiak S., Jurak K., Darowicki K., Zwiçkszanie odpornosci stali austenitycznych poprzez obrôbkç chemicznqpowierzchni, 2011, 54 (3), s. 88-90;

23. Wranglen G., Podstawy korozji i ochrony metali, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1975;

24. http://www.edtmp.com/;

25. Zielinski R. Surfaktanty. Budowa, wlasciwosci, zastosowania, Wydawnictwo UE w Poznaniu, Poznan 2009;

26. Tadros Th.F., Applied Surfactants: principles and applications, Weinheim, Wiley VCH Verlag 2005;

27. Farn R.J., Chemistry and Technology of Surfactants, Oxford, Ames, Carlon; Blackwell Publishing 2006;

28. PN-EN 1568-1:2010, Pianotworcze srodki gasnicze Czçsc 1: Wymagania dotycz^ce srodkow pianotworczych do wytwarzania piany sredniej sluz^cej do powierzchniowego gaszenia cieczy palnych i nie mieszaj^cych siç z wod^.

dr inz. Joanna RAKOWSKA w 2011 obronila doktorat na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznanskiej. Obecnie pracuje w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej - PIB w Zespole Laboratoriow Badan Chemicznych i Pozarowych. Specjalnosc- technologia preparatow gasniczych.

mgr inz. Zuzanna Slosorz w 2011 ukonczyla studia na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznanskiej. Obecnie odbywa staz w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej - PIB w Zespole Laboratoriow Badan Chemicznych i Pozarowych. Ukonczyla a teraz realizuje zadania badawcze w CNBOP.

Recenzenci

prof. dr hab. inz. Wladyslaw Harmata dr Ryszard Grosset