Mycket nytt på materialfronten

Rätt material på rätt plats är en av nycklarna till säkerhet inom processindustrin. Korrosiva miljöer med höga temperaturer och aggressiva substanser är en ständig utmaning och det är viktigt att utbyta erfarenhet om vilka material som passar bäst i vilka miljöer. Nu introduceras nya material som grafen och nya tekniker, som gör konstruktionerna starkare, mer korrosionsbeständiga och därmed säkrare. Men, nya faror hotar som stålätande bakterier…

Elaka stålätande bakterier, ultramodernt grafen och klassisk betong

”Det man inte ser känner man inte till…” Karsten Pedersen från Microbial Analytics  har sett det de flesta av oss missat. Vem trodde att mikroorganismer kan äta upp stål?

”Mikrobiell korrosion är dåligt känd i Skandinavien, men mycket omtalad i USA och Mellanöstern. Bakterier som lever i en syrefattig miljö lever på tvåvärt järn. De bildar filmartade ytskikt i fasgränserna, till exempel olja/vatten, där de trivs bäst. Flera korrosionsprocesser förekommer, bildning av syror, svavelföreningar… Man har upptäckt bakterier i bräddavloppen på kärnkraftverk, där de trivs i näringsfattiga vatten, som håller en temperatur på 30-38 oC. Genom olika reaktioner påverkas rostfritt stål, där 5-6 millimeter djupa gropar bildas. Andra bakterier bildar järnsulfid, som gör stålet sprött. Också på den nya Sundsvallsbrons pelare har bakteriell korrosion påvisats.”

Karsten berättar att vätgas frigörs när stål korroderar i syrefri miljö, till exempel i processindustrins brandvattensystem.

Karsten Pedersen, Microbial Analytics
Karsten Pedersen, Microbial Analytics
 ”Det innebär explosionsrisk när man skall släcka bränder. Mikroorganismer bildar också slam, som sätter igen munstycken. Svavelbakterier förorsakar gropfrätning på gasledningar etc. Hur kan man undvika detta?

”Katodiskt skydd eller nya skal på materialet är en lösning. Man kan också förändra miljön för att inte ge bakterierna det de vill ha, fasgränser och extrema förhållanden.”

När upptäckten av grafen belönades med Nobelpriset i fysik 2010 utlöstes en veritabel hajp i forskningsvärlden. Slumpen spelade en roll – vid rengöring av ett stycke grafit användes klibbig tejp, som visade sig innehålla den tvådimensionella grafenkristallen, världens tunnaste material, ett atomlager kol. Man hade i teorin känt till existensen av grafen, men upptäckten av materialet i praktiken öppnar tusentals nya dörrar till spännande tillämpningar.

Sverige ledande inom grafenutveckling

Anders Bohman på Chalmers Industriteknik berättar att Sverige är ett av världens tio ledande länder inom utvecklingen av applikationer med grafen och att Chalmers Tekniska Högskola leder det stora forskningsprojektet Graphene Flagship, som med en budget på en miljard euro är EU:s största forskningsprojekt någonsin.

Anders Bohman, Chalmers Industriteknik
Anders Bohman på Chalmers Industriteknik
”Grafen är 300 gånger starkare än stål, inert mot korrosion, flexibelt, en god elledare, har en enorm yta (2600 m2/gram), är genomskinligt, i stort sett ogenomträngligt utom för protoner och den bästa termiska ledaren.”

Vad kan då grafen användas till inom processindustrin? I dag framställs grafen som flingor i suspension eller som en tunn film, där japanska och koreanska företag lyckats få fram grafensubstrat i drygt 30 tums bredd.

”Grafen lämpar sig utmärkt som material i sensorer, till exempel tryckkänsliga, specifikt molekylkänsliga i gas- och biosensorer, för avsaltning på ett ekonomiskt sätt, som ett superhydrofobt material, som elektrod i ljussensorer, för tryckt elektronik etc. I Sverige finns ett projekt inom ramen för det nationella innovationsprogrammet SIO Grafen, där man utvecklar korrosionsskydd för värmeväxlare med grafen. I andra projekt förser man grafenskiktet med tunna hål, som släpper igenom vissa material.”

Anders tror att vi i framtiden får se kompositer med grafen – redan 1 viktprocent ger mycket av materialets fysikaliska egenskaper. ”Det öppnar spännande perspektiv med tanke på korrosionsproblemen inom processindustrin.”

Isostatisk pressning är HIP!

Frihet att utforma komponenter i valfri, ofta mycket komplex form, och i en stor variation av material inom pulvermetallurgin är några av fördelarna med HIP, het isostatisk pressning. Svenska Bodycote är ett världsledande företag på området och Rolf Andersson förklarar att verksamheten i de tio anläggningarna runtom jorden är indelad i två sektorer, komponenttillverkning och tätning av gjutgods.

”HIP gör det möjligt att utnyttja materialets egenskaper fullt ut – produkten blir homogen och isotrop. Genom att integrera kanaler och stutsar slipper man svetsning med åtföljande spänningar i den färdiga produkten. Materialet har ingen riktning jämfört med smidda eller valsade material. Den homogena mikrostrukturen har stora fördelar när man använder duplexmaterial inom olje- och gasindustrin eller annan processindustri. Eftersom ferrit- och austenitfaserna är jämnt fördelade kan man undvika väteinducerade sprickor som klyver ferritfasen – austenitkornen stoppar utbredningen.”

Betong still going strong

Seminariet innehöll några miniutbildningar med speciell fokus på processindustrin. Utbildningarna gav en snabbintroduktion till några av de kurser som ges i regi av Inspecta Academy. Ett nytt ämnesområde är betong, ett mycket vanligt förekommande material inom processindustrin. Erik Hansson från Inspecta säger att betong är ett naturligt material med god hållfasthet och lång livslängd, men att det finns specifika problem som man skall se upp med.

Erik Hansson, Inspecta Technology
Erik Hansson, Inspecta Technology
”Salt och klorider kan leda till sprickbildning och svällning av armeringen, när stålet förlorar sitt naturliga passiveringsskydd från den basiska betongen. Draghållfastheten är bara en tiondedel av tryckhållfastheten. Betongen härdar i upp till tio år, varvid hållfastheten ökar med 50 %. Små sprickor kan självläka av luftfuktigheten, medan större sprickor kan leda till problem. Armerade betong beter sig plastiskt och fördelar lasterna i konstruktionen.”

Vid underhåll av betong är det viktigt att vårda täckskiktet utanför den yttersta armeringen. Man får använda fiberarmerad betong för reparation, men det är alltid skäl att fråga experter om rätt åtgärd, till exempel epoximålning, för varje exponeringsklass. Nedbrytningen kan vara fysikalisk (temperaturskillnader, vatteninträngning), kemisk (urlakning, klorider) eller förorsakad av uttorkning. Vid besiktning skall gjutfogarna kontrolleras – startpunkt för korrosion. Driftstopp blir dyra – härdningen av betong i ett fundament kan ta en månad.

Oxifree kan stoppa korrosionsspöket

Martin Lindgren, Korrosionsstopp
Martin Lindgren, Korrosionsstopp
Korrosion är både ett säkerhetsproblem och en ekonomisk belastning – motsvarar cirka tre procent av industriländernas BNP. Martin Lindgren från Korrosionsstopp har erfarenhet av metoden Oxifree, ett system där man använder en cellulosabaserad polymerharts för att skydda komplexa eller redan angripna ytor mot ytterligare korrosion.

”Idén, som utvecklats i Brasilien, bygger på att man tar bort ett element i korrosionsprocessen genom att försegla metallytan mot inträngning av syre, fukt och elektrolyter. Metoden lämpar sig för känsliga miljöer och kan utföras i ATEX-klassade zoner. Oxifree fungerar i miljöer mellan  - 50 och + 90 grader. Läckage från ventiler eller fogar syns eller kan mätas. Skyddsskiktet kan enkelt tas bort utan lösningsmedel, bara att skala av polymerskiktet.”

Av: Tage Ericsson

Sidan skapad: 30 nov 2015