Aspekty trwałości w projektowaniu konstrukcji specjalnych ze stali nierdzewnej

(1)

Stan wiedzy – wybrane zagadnienia korozyjne oraz doświadczenia własne

Aspekty trwałości w projektowaniu

konstrukcji specjalnych ze stali nierdzewnej

Aspekty trwałości w projektowaniu

konstrukcji specjalnych ze stali nierdzewnej

Wiesław Kubiszyn

Katedra Konstrukcji Budowlanych

Wiesław Kubiszyn

Katedra Konstrukcji

Budowlanych

(2)

Zagadnienia zawarte w prezentacji

Aspekty trwałości w projektowaniu konstrukcji ze stali nierdzewnych

 Wprowadzenie – zagadnienia korozyjne a stal nierdzewna (SN).

 Zapewnienie odpowiedniej trwałości w projektowaniu.

 Wytyczne doboru stali austenitycznych i

typu Duplex oraz śrub według PN-EN 1993- 1-4 do zastosowań konstrukcyjnych

 Trwałość stali nierdzewnej w wybranych realizacjach obiektów przemysłowych.

 Przewody spalinowe kominów stalowych:

 projektowanie – aspekty materiałowe i ekonomiczne,

 wykonawstwo i eksploatacja kominów dwupowłokowych.

 Podsumowanie.

 Dodatek – „Podręcznik projektowania konstrukcji ze stali nierdzewnych” oraz aplikacje niekonstrukcyjne SN (FYI).

2

(3)

3

Wprowadzenie – projektowanie ze względu na korozję Wprowadzenie – projektowanie ze względu na korozję

W większości zastosowań konstrukcyjnych stal nierdzewna jest wykorzystywana ze względu na:

 jej odporność na korozję – główny czynnik przy doborze odpowiedniego gatunku,

 długoletnią trwałość,

 estetykę,

 minimalne wymogi konserwacyjne.

Dobór odpowiedniego gatunku stali nierdzewnej powinien uwzględniać:

 środowiskowe warunki eksploatacji,

 technologie wytwarzania – gięcie, spawanie itp.,

 wykończenie i konserwację powierzchni elementów konstrukcyjnych,

 ewentualne typy korozji jakie mogą wystąpić oraz kontakt ze stalą niestopową – zwykłą węglową,

 kryteria uszkodzenia korozją – nośność przez określony czas.

W większości zastosowań konstrukcyjnych stal nierdzewna jest wykorzystywana ze względu na:

 jej odporność na korozję – główny czynnik przy doborze odpowiedniego gatunku,

 długoletnią trwałość,

 estetykę,

 minimalne wymogi konserwacyjne.

Dobór odpowiedniego gatunku stali nierdzewnej powinien uwzględniać:

 środowiskowe warunki eksploatacji,

 technologie wytwarzania – gięcie, spawanie itp.,

 wykończenie i konserwację powierzchni elementów konstrukcyjnych,

 ewentualne typy korozji jakie mogą wystąpić oraz kontakt ze stalą niestopową – zwykłą węglową,

 kryteria uszkodzenia korozją – nośność przez określony czas.

(4)

4

Stal nierdzewna może rdzewieć?

 Niedostateczna wiedza nt. stali nierdzewnych - brak praktyki w przetwarzaniu i obróbce;

- stosowanie metod właściwych dla innych stali, które nie nadają się dla stali nierdzewnych;

- zanieczyszczenie powierzchni przez drobiny Fe, stali „czarnych”

- nieprawidłowe magazynowanie i transport.

 Konserwacja w trakcie eksploatacji

- brak okresowego czyszczenia powierzchni

 Niewłaściwy dobór gatunku

- brak analizy wszystkich czynników środowiska eksploatacji

- czynnik ludzki – nieumyślne wprowadzanie zanieczyszczeń

Co sprawia, że stal nierdzewna może rdzewieć?

(5)

5

 skład i struktura stali nierdzewnej

 otoczenie;

 zanieczyszczenia;

 chropowatość powierzchni;

 ukształtowanie elementów i węzłów.

Problemy korozji stali nierdzewnych

Podstawowy wpływ na odporność korozyjną stali nierdzewnych wywierają:

(6)

6

• Standardowe gatunki stali nierdzewnych (Cr, Cr-Ni, Cr-Ni-Mo) odporne na korozję atmosferyczną i czyste środowiska wodne

• Gatunki wysokostopowe (Cr-Ni-Mo) odporne na korozję w większości kwasów, roztworach zasadowych i środowiskach zawierających chlorki Pomimo tego w pewnych warunkach

mogą ulegać korozji:

Problemy korozji stali nierdzewnych

•wżerowej

• szczelinowej

• galwanicznej

• międzykrystalicznej

• naprężeniowej

• mikrobiologicznej

(7)

7

STAL NIERDZEWNA WARSTWA PASYWNA:

Wodorotlenki Fe i Cr

2-3 nm (0,002-0,003 µm)

STAL CZARNA Podkład

Warstwa zewnętrzna

Obróbka wstępna (warstwa

przygotowawcza, podkładowa)

WIELOWARSTWOWA POWŁOKA MALARSKA

Typowo 20-200 µm Tlen

Może się zdzierać Brak mechanizmu samo naprawy Problemy korozji stali nierdzewnych

(8)

8

Formy korozji – korozja wżerowa

 Najczęstszą przyczyną korozji wżerowej są jony chlorków (Cl^-), a także bromki - Br, fluorki – F, jodki - I

 Źródło jonów (Cl^-):

 woda morska (obszary przybrzeżne),

 sól drogowa (autostrady, chodniki,..)

 Najczęstszą przyczyną korozji wżerowej są jony chlorków (Cl^-), a także bromki - Br, fluorki – F, jodki - I

 Źródło jonów (Cl^-):

 woda morska (obszary przybrzeżne),

 sól drogowa (autostrady, chodniki,..)

• Zapobieganie korozji wżerowej

• prawidłowy dobór gatunku stali

• dla zastosowań konstrukcyjnych i architektonicznych klasyfikacja środowisk korozyjnych CRF i gatunków CRC,

• współczynnik PREN = %Cr+3,3%Mo+16%N – nie zapewnia pełnej informacji o odporności korozyjnej stali,

• cykliczna inspekcja i konserwacja powierzchni.

O intensywności przebiegu korozji decyduje: temperatura, stężenie chlorków, skład chemiczny stali

(9)

9

1. Zapoczątkowanie procesu korozji następuje w bardzo małych nieregularnościach powierzchni lub w obszarze wtrąceń niemetalicznych 2. Rozprzestrzenianie się korozji

następuje w wyniku reakcji elektrochemicznych wewnątrz wżerów, gdzie nie dochodzi do repasywacji stali

Korozja wżerowa (pitting)

Katoda

Anoda

Formy korozji – korozja wżerowa

(10)

10

• Obliczając PREN możliwe jest po- równanie gatunków stali nierdzewnych pod względem odporności na korozję wżerową. Wyższy numer oznacza wyższą odporność korozyjną.

• Nie można stosować tylko samego wskaźnika PREN do określenia, czy dany gatunek będzie nadawać się do danego zastosowania.

PREN = Cr + 3.3Mo + 16N, gdzie: Cr = stężenie chromu Mo = stężenie molibdenu N = stężenie azotu

Gatunek

stali PREN

1.4003

1.4016 10,5 - 12,5

16,0 - 18.0

1.4301

1.4311 17,5 - 20,8

19,4 – 23,0

1.4401/4 1.4406

23,1 – 28,5

25,0 – 30,3

1.4439 1.4539 1.4547 1.4529

31,6 – 38,5

32,2 – 39,9

42,2 – 47,6

41,2 – 48,1

1.4362 1.4462 1.4410 1.4501

23,1 – 29,2

30,8 – 38,1

40

Wskaźnik PREN

Formy korozji – korozja wżerowa

(11)

11

Korozja szczelinowa (nierównomierny dostęp tlenu i obecność jonów Cl^-)

Formy korozji – korozja szczelinowa

Obszary podatne na korozje szczelinową:

• pod podkładkami lub łbami śrub,

• w okolicach gwintów śrub lub łączników rurowych,

• kontaktu z luźnymi uszczelkami i podkładkami,

• pod naniesionymi osadami,

• pod produktami korozji lub innymi ciałami stałymi.

• Atak korozji w szczelinach może wystąpić w dużo

łagodniejszych warunkach niż potrzebnych do

zapoczątkowania korozji wżerowej.

•

Atak korozji w szczelinach może wystąpić w dużo łagodniejszych warunkach niż potrzebnych do

zapoczątkowania korozji wżerowej.

(12)

12

Formy korozji – korozja galwaniczna

Korozja galwaniczna:

Występuje, gdy dwa różne metale - wystarczająco oddalone od siebie w szeregu napięciowym metali, zanurzone w tym samym elektrolicie będą ze sobą w kontakcie elektrycznym.

Szereg napięciowy metali w wodzie morskiej przy 10°C

bardziej anodowe

bardziej szlachetne - katodowe

• Stal nierdzewna w połączeniu z innymi metalami rzadko ulega korozji galwanicznej

• Przyspiesza korozję innych metali

(13)

13

Korozja galwaniczna zależy od:

• różnicy potencjałów między metalami – im większa tym większa szybkość korozji

• stosunku pola powierzchni anody do katody - istotną rolę odgrywa obszar zwilżany przez elektrolit

• przewodności elektrycznej elektrolitu – woda deszczowa jest słabym elektrolitem dopóki nie zawiera rozpuszczonych soli

i jonów. Znaczna korozja Brak korozji

• Nie stosować elementów złącznych z aluminium do łączenia stali nierdzewnej, stosować tylko nierdzewne.

• Dotyczy to także zastosowania elementów złącznych z

ocynkowanej stali węglowej do łączenia stali nierdzewnej.

(14)

14

Metal 1-Anoda, 2-Katoda

• Korozja cząstek żelaza, stali węglowej na powierzchni stali nierdzewnej

• Źródła zanieczyszczeń:

• narzędzia uprzednio stosowane do obróbki stali węglowych,

• Zarysowania powierzchni stalą węglową, cząstki pochodzące ze szlifowania

Zapobieganie korozji galwanicznej:

• Umieszczenie warstwy ochronnej jedynie na anodzie nie zapobiega korozji galwanicznej

(15)

15

Wybrane zagadnienia projektowania ze względu na korozję Wybrane zagadnienia projektowania ze względu na korozję

Aktualizacja normy PN-EN 1993-1-4 opublikowana w 2015 roku określa nową procedurę doboru

właściwego gatunku stali nierdzewnej w zależności od środowiska eksploatacji elementów

konstrukcyjnych Załącznik A .

Procedura ta nie uwzględnia:

• dostępności wyrobów,

• wymagań dotyczących wykończenia powierzchni, na przykład ze względów

architektonicznych lub higienicznych,

• metod spawania/łączenia elementów.

Aktualizacja normy PN-EN 1993-1-4 opublikowana w 2015 roku określa nową procedurę doboru

właściwego gatunku stali nierdzewnej w zależności od środowiska eksploatacji elementów

konstrukcyjnych Załącznik A .

Procedura ta nie uwzględnia:

• dostępności wyrobów,

• wymagań dotyczących wykończenia powierzchni, na przykład ze względów

architektonicznych lub higienicznych,

• metod spawania/łączenia elementów.

(16)

16

Wybrane zagadnienia projektowania ze względu na korozję Wybrane zagadnienia projektowania ze względu na korozję Procedura doboru właściwego gatunku stali

nierdzewnej znajduje zastosowanie w przypadku:

• elementów nośnych oraz zastosowań zewnętrznych,

• eksploatacji w środowisku bez stałego lub częstego obmywania wodą morską,

• neutralnego (obojętnego) środowiska o wartości pH między 4 a 10,

• braku ekspozycji na strumień mediów

występujących w procesach chemicznych.

W innych sytuacjach projektowych wymagana jest konsultacja ze specjalistą lub ekspertem.

Procedura jest odpowiednia tylko dla środowisk zlokalizowanych w Europie.

Procedura doboru właściwego gatunku stali

nierdzewnej znajduje zastosowanie w przypadku:

• elementów nośnych oraz zastosowań zewnętrznych,

• eksploatacji w środowisku bez stałego lub częstego obmywania wodą morską,

• neutralnego (obojętnego) środowiska o wartości pH między 4 a 10,

• braku ekspozycji na strumień mediów

występujących w procesach chemicznych.

W innych sytuacjach projektowych wymagana jest konsultacja ze specjalistą lub ekspertem.

Procedura jest odpowiednia tylko dla środowisk zlokalizowanych w Europie.

(17)

17

 Procedura obejmuje następujące etapy:

 określenie współczynnika odporności korozyjnej (CRF) środowiska

 określenie klasy odporności korozyjnej (CRC) na podstawie CRF

 Środowisko jest oceniane za pomocą współczynnika CRF złożonego z 3 składowych (CRF= F1+F2+F3),

 F1 określa ryzyko wystawienia na oddziaływanie chlorków pochodzących ze słonej wody lub soli drogowej,

 F2 określa ryzyko wystawienia na oddziaływanie dwutlenku siarki,

 F3 określa wymogi okresowego czyszczenia lub naturalnego zmywania przez deszcz.

Wartości poszczególnych składowych określa się w zależności od agresywności środowiska.

 Procedura obejmuje następujące etapy:

 określenie współczynnika odporności korozyjnej (CRF) środowiska

 określenie klasy odporności korozyjnej (CRC) na podstawie CRF

 Środowisko jest oceniane za pomocą współczynnika CRF złożonego z 3 składowych (CRF= F1+F2+F3),

 F1 określa ryzyko wystawienia na oddziaływanie chlorków pochodzących ze słonej wody lub soli drogowej,

 F2 określa ryzyko wystawienia na oddziaływanie dwutlenku siarki,

 F3 określa wymogi okresowego czyszczenia lub naturalnego zmywania przez deszcz.

Wartości poszczególnych składowych określa się w zależności od agresywności środowiska.

Procedura określania współczynnika odporności korozyjnej CRF= F₁+F₂+F₃

Dobór gatunku stali nierdzewnej do zastosowań konstrukcyjnych

(18)

18

Dobór gatunku stali nierdzewnej do zastosowań konstrukcyjnych

(19)

19

Gatunki stali nierdzewnej a klasa odporności korozyjnej CRC

(20)

20

Dobór śrub – równoważność odporności korozyjnej Dobór śrub – równoważność odporności korozyjnej

(21)

21

Stal nierdzewna w oczyszczalniach ścieków Stal nierdzewna w oczyszczalniach ścieków

Stal 1.4307 – instalacja

znajdująca się na wolnym powietrzu.

Stal 1.4404 –

instalacja znajduje się w pomieszcze- niu zamkniętym.

Stal 1.4307 – instalacja

znajdująca się na wolnym powietrzu.

Stal 1.4404 –

instalacja znajduje się w pomieszcze- niu zamkniętym.

(22)

22

Zastosowania przemysłowe – zbiorniki magazynowe stal 1.4301, 14401, 1.4404

Silos na cukier Zbiornik na biopaliwo

Zbiorniki na wodę. Silosy na mąkę

(23)

23

Trzony kominów, przewody spalinowe, wkłady

kominowe, wykładziny kominowe

Trzony kominów, przewody spalinowe, wkłady

kominowe, wykładziny kominowe

Zastosowania przemysłowe – kominy i wkłady kominowe

(24)

24

Stal nierdzewna na konstrukcje przemysłowe – trzon komina i instalacja technologiczna

Stal 1.4301. Instalacja odprowadzenia spalin z kotła na biomasę

(25)

25

Stal 1.4301. ZBIORNIKI KWASU AZOTOWEGO V

= 4000 m³

(26)

26

Stal 1.4301. ZBIORNIKI KWASU AZOTOWEGO V = 4000 m³

(27)

27

= 4000 m³

(28)

28

Projekt remontu zbiorników Projekt remontu zbiorników

(29)

29

Trwałość zwężki [konfuzora] komina żelbetowego h = 120 m

Elementy płaszcza

zwężki były wykonane z blachy grubości 5 mm ze stali

nierdzewnej gatunku 1.4404 według normy EN 10088. Kołnierze połączeniowe

wykonano z blachy gr.

5 mm również ze stali 1.4404.

Elementy płaszcza

zwężki były wykonane z blachy grubości 5 mm ze stali

nierdzewnej gatunku 1.4404 według normy EN 10088. Kołnierze połączeniowe

wykonano z blachy gr.

5 mm również ze stali 1.4404.

(30)

30

Stan techniczny zwężki po niepełnych dwóch latach eksploatacji

(31)

31

Stan techniczny zwężki – badania materiałowe oraz paliwa (węgla)

(32)

32

C ze rw ie c 20 09 r . C ze rw ie c 20 09 r .

Trwałość przewodu spalinowego komina w obudowie kratowej

S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1 S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1

(33)

33

P aź d zi er n ik 2 00 9 r. P aź d zi er n ik 2 00 9 r.

Trwałość przewodu spalinowego komina w obudowie kratowej

S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1 S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1

(34)

34

L u ty 2 01 0 r. L u ty 2 01 0 r.

Trwałość przewodu spalinowego komina w obudowie kratowej

S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1 S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1

(35)

35

Normy

związane z

wybranymi zagadnieniami projektowania wykładzin kominowych oraz kominów stalowych ze względu na trwałość i temperaturę

Normy

związane z

wybranymi zagadnieniami projektowania wykładzin kominowych oraz kominów stalowych ze względu na trwałość i temperaturę

Projektowanie na trwałość – kominy i wkłady kominowe

(36)

Sposoby obliczania temperatury kwasowego punktu rosy

36

Do obliczania temperatury kwasowego punktu rosy spalin można wykorzystać:

 Równania empiryczne – mało praktyczne

 Wytyczne CICIND (COMITÉ INTERNATIONAL DES CONSTRUCTION INDUSTRIELLES) 2001 r. ≡

norma PN-EN 13084-1: 2007 r.;

 Normę PN-EN 13384-1: 2015 r.

 Wytyczne amerykańskiej Environmental Protection Agency (EPA) 1997 r.

 Kalkulatory dostępne w Internecie

(37)

Sposoby obliczania temperatury kwasowego punktu rosy

37

(38)

38

Sposoby obliczania temperatury

kwasowego punktu rosy

(39)

Rozkład temperatury wzdłuż wysokości komina i w przekroju

39

(40)

Rozkład temperatury ścianki komina na wysokości (a) i w kierunku promieniowym (b).

1 - przed ociepleniem;

2 - po ociepleniu. 40

IZOLACJA TERMICZNA ŚCIANEK PRZEWODÓW SPALINOWYCH

(41)

IZOLACJA TERMICZNA ŚCIANEK PRZEWODÓW SPALINOWYCH

41

(42)

42

Trwałość kominów stalowych – stopień zagrożenia korozyjnego

(43)

43

Trwałość kominów stalowych – intensywność korozji, naddatki

(44)

44

Porównanie odporności na korozję wybranych gatunków stali

Wskaźnik PREN

(45)

Porównanie odporności wybr. gat. stali na korozję

45

(46)

46

Trwałość kominów stalowych – charakterystyka stosowanych stali

(47)

47

Trwałość kominów stalowych – charakterystyka stosowanych stali

(48)

48

Kominy dwupowłokowe – wytyczne z „literatury”

(49)

KOMIN DWUPOWŁOKOWY H=60 m z ODCIĄGAMI

Rysunek analizowanego komina stalowego, przewodu spalinowego i styku kołnierzowego

49

(50)

Przewód spalinowy stal 1.4404 Trzon stal węglowa S235JR

50

Wykonany segment komina dwupowłokowego

(51)

Wykonawstwo przewodów spalinowych ze stali nierdzewnej

Przebarwienia (barwy nalotowe) pochodzące od spawania, widoczne na powierzchni stali nierdzewnych, obniżające ich odporność na korozję należy usunąć poprzez wytrawienie a następnie wykonanie pasywacji wytrawionych powierzchni.

Prawidłowe zasady kształtowania połączeń stali nierdzewnej (stopowej odpornej na korozję) i zwykłej węglowej (niestopowej) polegają na wyeliminowaniu korozji bimetalicznej, należy izolować dielektrycznie łączone elementy z różnych stali stosując przekładki izolacyjne i/lub powłoki malarskie, eliminując dostęp

wilgoci. 51

(52)

Analiza przedprojektowa – wymiana trzonu komina

ANALIZOWANY KOMIN H = 60 m PRZED i PO 52

WYMIANIE TRZONU

(53)

53

Analiza przedprojektowa – wymiana trzonu komina Aspekty trwałości w projektowaniu konstrukcji ze stali nierdzewnych

(54)

54

(55)

55

(56)

56

Lp. Wariant analizy

Maksymal intensywnna ość korozji

Min.

grubość z warun

ku nośnośc

i

Naddate k na korozję

Przyjęta grubość

wyjścio wa

Trwałoś ć

[-] [-] [mm/rok] [mm] [mm] [mm] [lata]

1. W1 0,70* 3,0 21,0 24,0 30

2. W2 0,60** 2,0 18,0 20,0 30

3. W3 0,075*** 1,6 2,4 4,0 32

4.

)* – górny odcinek komina jednopowłokowego ze stali zwykłej, niestopowej.

)** – górny odcinek komina jednopowłokowego ze stali trudnordzewiejącej.

)*** – przewód spalinowy ze stali stopowej, nierdzewnej według PN-EN 13084-7.

(57)

57

Lp. Oznaczen ie wariantu

Całkowity koszt

Trwałość

= prognozo wany czas

eksploata cji

Wskaźnik kosztów = koszty/trwało

ść

Pozycj a w rankin

gu

[ – ] [ – ] [ZŁ] [LATA] [ZŁ/ROK] [ – ]

1. W1 928 5

00 30 30 950 3.

2. W2 917 7

50 30 30 591 2.

3. W3 956 3

75 32 29 886 1.

(58)

Zaprojektowane i zrealizowane kominy dwupowłokowe

58

Zasady projektowania, wykonywania i utrzymania kominów stalowych

(59)

59

Montaż kominów dwupowłokowych

(60)

60

SEGMENT MONTAŻOWY = SPS + STK

(61)

61

TRAWERSA MONTAŻOWA Aspekty trwałości w projektowaniu konstrukcji ze stali nierdzewnych

(62)

Szczegóły rozwiązań przewodu spalinowego komina dwupowłokowego

62

(63)

Zagadnienia eksploatacyjne – oceniany komin dwupowłokowy

63

(64)

Zagadnienia eksploatacyjne – rewizja wewnętrzna, górna część przewodu

64

(65)

65

Zagadnienia eksploatacyjne – rewizja wewnętrzna, dolna część przewodu

(66)

Zagadnienia eksploatacyjne – rzeczywista intensywność korozji

66

Lp.

Oznacze nie poziomu

pomiaro wego

Grubość początko

wa, projektow

ana VIII–

2010 r.

Grubość średnia

z

pomiarów IX–2016 r.

Średni postęp korozji

Intensyw ność korozji

[-] mm] [mm/rok]

1. +58,57 4,0 3,738 0,262 0,044

2. +46,95 4,0 3,875 0,125 0,021

3. +31,60 4,0 3,950 0,050 0,008

4. +15,40 4,0 3,788 0,212 0,035

5. +12,70 4,0 3,875 0,125 0,021

6. +11,50 4,0 3,862 0,138 0,023

7. +1,15 5,0 4,950 0,050 0,008

8.

Minimalna grubość pomierzona t^min = 3,6 mm

Intensywność korozji max. Dt^max = 0,067 mm/rok <

Dt^lim= 0,075 mm/rok

(67)

67

Trwałość zakończenia wylotu komina Zasady projektowania, wykonywania i utrzymania kominów stalowych

Komin żelbetowy ze stalowym przewodem spalinowym i konfuzorem

Zwieńczenie stalowego komina dwupowłokowego

Stal:

1.440 4 Stal:

1.457 1

6 + 3!

lata eksp.

(68)

Zagadnienia eksploatacyjne –

6 + 3 lata użytkowania komina

68

Lp.

Oznaczeni e poziomu

pomiarow ego

z pomiaró

w

IX 2016 r.

z

pomiarów IX 2019

r.

Średni postęp korozji

Średnia intensyw

ność korozji

[-] [mm] [mm/rok]

1. +58,57 3,738 3,190 0,548 0,183

2. +46,95 3,875 3,775 0,100 0,033

3. +31,60 3,950 3,750 0,200 0,067

4. +15,40 3,788 3,762 0,026 0,009

5. +12,70 3,875 3,825 0,050 0,017

6. +11,50 3,862 3,838 0,024 0,008

7. +1,15 4,950 4,900 0,050 0,017

8.

Minimalna grubość pomierzona t_min = 3,0 mm

Intensywność korozji max. t_max = 0,2 mm/rok > ok. 3 x t_lim = 0,075 mm/rok

(69)

69

Kominy dwupowłokowe – zwieńczenie komina Zasady projektowania, wykonywania i

utrzymania kominów stalowych

Stal 1.4539

zamiast 1.4404!

(70)

PODSUMOWANIE

Projektowanie kominów stalowych ≡ złożone i inter- dyscyplinarne zadanie

inżynierskie, wymagające od projektanta wiedzy i doświadczenia.

70

EUROKODY + NORMY ZWIĄZANE

PONAD

600 STRON!

(71)

PODSUMOWANIE

Trwałość ≡ budowa kominów dwupowłokowych

71

(72)

PODSUMOWANIE

72

Trwałość ≡ jak najwyższa wylotowa temperatura spalin

Rozkład temperatury ścianki na wysokości

po wykonaniu izolacji termicznej

IZOLACJA TERMICZNA ŚCIANKI PRZEWODU SPALINOWEGO UWZGLĘDNIENIE RÓŻNICY TEMPERATUR ŚCIANKI

Schemat statyczny i rozkład

momentów zginających

(73)

Porównanie odporności wybr. gat. stali na korozję

73

PODSUMOWANIE

Trwałość ≡ stosowanie stali nierdzewnej –

etap projektowania

(74)

 Kultura

wykonawcza

 Kompatybilne materiały

spawalnicze i łączniki

 Odpowiednie narzędzia

 Trawienie i pasywacja – przywracanie odporności

korozyjnej stali nierdzewnej

 Zabezpieczenie przed korozją bimetaliczną

74

PODSUMOWANIE

Trwałość ≡ stosowanie stali nierdzewnej

WYKONAWSTWO EKSPLOATACJA

 Eksploatacja zgodna z prze- znaczeniem -

temperatura i wilgotność spalin, jakość paliwa

 Bieżąca kontrola

stanu technicznego – przeglądy i

oceny stanu technicznego

 Konserwacja i remonty

(75)

75

Aspekty trwałości w projektowaniu konstrukcji specjalnych …

Optymalne wykorzystanie zalet stali nierdzewnej zależy od:

 Uwarunkowań środowiskowych,

czyli od warunków eksploatacji (mikroklimat; czynniki korozyjne – ekspozycja na chlorki, SO₂; temperatura;

wilgoć; oddziaływanie wód opadowych; zanieczyszczenie środowiska)

 Projektanta,

od którego zależą przede wszystkim właściwie przyjęte rozwiązania materiałowo–konstrukcyjne i odpowiednie zabezpieczenia.

 Wykonawcy,

czyli od jakości zastosowanych materiałów oraz technologii, dokładności i kultury wykonawstwa robót budowlanych.

 Użytkownika,

od którego zależy bieżąca kontrola stanu technicznego (przeglądy, oceny stanu technicznego), usuwanie uszkodzeń powstających w czasie bieżącej eksploatacji – remonty oraz eksploatacja zgodna z przeznaczeniem – konserwacja.

Optymalne wykorzystanie zalet stali nierdzewnej zależy od:

 Uwarunkowań środowiskowych,

czyli od warunków eksploatacji (mikroklimat; czynniki korozyjne – ekspozycja na chlorki, SO₂; temperatura;

wilgoć; oddziaływanie wód opadowych; zanieczyszczenie środowiska)

 Projektanta,

od którego zależą przede wszystkim właściwie przyjęte rozwiązania materiałowo–konstrukcyjne i odpowiednie zabezpieczenia.

 Wykonawcy,

czyli od jakości zastosowanych materiałów oraz technologii, dokładności i kultury wykonawstwa robót budowlanych.

 Użytkownika,

od którego zależy bieżąca kontrola stanu technicznego (przeglądy, oceny stanu technicznego), usuwanie uszkodzeń powstających w czasie bieżącej eksploatacji – remonty oraz eksploatacja zgodna z przeznaczeniem – konserwacja.

PODSUMOWANIE – TRWAŁOŚĆ a SN

(76)

PODSUMOWANIE – KOMINY STALOWE a SN

1. Projektowanie kominów stalowych według obowiązujących norm europejskich wymaga odpowiedniej wiedzy interdyscyplinarnej i doświadczenia. Stąd konieczność współpracy konstruktora, technologa i użytkownika, w celu opracowania danych wyjściowych pozwalających m. in. na określenie stopnia zagrożeń korozyjnych, a następnie na właściwy dobór rozwiązań materiałowo – konstrukcyjnych, gwarantujących założoną trwałość kominów.

2. Uwarunkowania technologiczne w postaci niskiej temperatury odprowadzanych spalin zawierających na ogół związki siarki oraz wprowadzenie przez normy PN-EN nowych bardziej rygorystycznych (niż dotychczas) wymagań materiałowych spowodowało, że budowa kominów jednopowłokowych ze stali zwykłej (niestopowej) nieodpornej na korozję, staje się rozwiązaniem ekonomicznie nieuzasadnionym.

76

(77)

3. W kominach dwupowłokowych uzyskuje się rozdzielenie funkcji technologicznej i

konstrukcyjnej, jest to korzystne rozwiązanie z punktu widzenia trwałości a dodatkowym atutem takich kominów jest możliwość wymiany jedynie przewodu spalinowego, w przypadku jego całkowitego skorodowania oraz możliwość ponownego wykorzystania trzonu nośnego.

4. Budowa kominów dwupowłokowych z przewodem spalinowym, z prawidłowo dobranego gatunku stali nierdzewnej i z odpowiednio przyjętą grubością wyjściową ścianki tego przewodu gwarantuje wymaganą trwałość tych specjalnych budowli przemysłowych. Przy doborze grubości wyjściowej ścianki przewodu spalinowego należy uwzględnić nie tylko wewnętrzny naddatek korozyjny, ale również oddziaływanie różnicy temperatur.

PODSUMOWANIE – KOMINY STALOWE a SN

77

(78)

78

Projektowanie konstrukcji ze stali nierdzewnych – przydatne informacje

http://steelstainless.staging.steel-sci.org/media/

1479/dmsss4-polish.pdf

Przedmowa do wydania czwartego

Niniejsze wydanie czwarte Podręcznika projektowania zostało przygotowane przez Nancy Baddoo ze Steel Construction Institute w ramach projektu Funduszu Badawczego Węgla i Stali Promocja najnowszych wytycznych Eurokodów dotyczących konstrukcyjnych stali nierdzewnych (PUREST) (grant 709600).

W niniejszej wersji poddano gruntownej korekcie wydanie trzecie oraz wprowadzono uaktualnienia, takie jak:

• uwzględnienie poprawki do PN-EN 1993-1-4 z 2015 r.,

• włączenie ferrytycznych stali nierdzewnych, na podstawie pracy Zastosowania konstrukcyjne ferrytycznych stali nierdzewnych (SAFSS), projekt (RFSR- CT-2010-00026),

• dodanie nowych danych dotyczących termicznych i mechanicznych właściwości stali nierdzewnych w sytuacji pożarowej,

• uaktualnienie danych, zasad projektowania i odnośników do aktualnych wersji norm europejskich, z uwzględnieniem PN-EN 10088, 1993 oraz PN-EN 1090,

• dodanie załącznika dotyczącego modelowania materiałów,

• dodanie załącznika zawierającego metodę obliczania zwiększenia wytrzymałości stali w wyniku obróbki plastycznej na zimno,

• dodanie załącznika zawierającego mniej konserwatywne zasady projektowania, pozwalające wykorzystać zjawisko wzmocnienia materiału z zastosowaniem metody Continuous Strength Method

(79)

79

Kryteria oceniane w procedurze doboru

optymalnego gatunku stali nierdzewnej do

zastosowań niekonstrukcyjnych-estetycznych:

i. Zanieczyszczenie środowiska.

ii. Oddziaływanie warunków morskich i soli drogowej.

iii.Lokalny charakter klimatu.

iv. Charakterystyka projektu – uwarunkowania projektowe.

v. Harmonogram konserwacji.

Dobór gatunku stali nierdzewnej do aplikacji niekonstrukcyjnych

Gdzie szukać wytycznych i zaleceń?

i. PN-EN 1993-1-4: Tabl.

ii.Międzynarodowe A1

Stowarzyszenie Molibdenu (IMOA)

iii.Inżynieria i Budownictwo nr 6/2017

iv.Zapytać eksperta/analiza wcześniejszych

podobnych udanych aplikacji/realizacji.

http://www.stalenierdzewne.pl/art/najnowsze?id_art=9

(80)

Dziękuj ę

za

uwagę 

© ^WiesKu

⁸⁰

Aspekty trwałości w projektowaniu konstrukcji specjalnych ze stali nierdzewnej

Stan wiedzy – wybrane zagadnienia korozyjne oraz doświadczenia własne

Aspekty trwałości w projektowaniu

konstrukcji specjalnych ze stali nierdzewnej

Aspekty trwałości w projektowaniu

konstrukcji specjalnych ze stali nierdzewnej

Wiesław Kubiszyn

Katedra Konstrukcji Budowlanych

Wiesław Kubiszyn

Katedra Konstrukcji

Budowlanych

Stal nierdzewna może rdzewieć?

Wskaźnik PREN

Formy korozji – korozja wżerowa

łagodniejszych warunkach niż potrzebnych do

zapoczątkowania korozji wżerowej.

Atak korozji w szczelinach może wystąpić w dużo łagodniejszych warunkach niż potrzebnych do

zapoczątkowania korozji wżerowej.

Korozja galwaniczna:

C ze rw ie c 20 09 r . C ze rw ie c 20 09 r .

Trwałość przewodu spalinowego komina w obudowie kratowej

Trwałość przewodu spalinowego komina w obudowie kratowej

S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1 S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1

P aź d zi er n ik 2 00 9 r. P aź d zi er n ik 2 00 9 r.

Trwałość przewodu spalinowego komina w obudowie kratowej

Trwałość przewodu spalinowego komina w obudowie kratowej

S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1 S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1

L u ty 2 01 0 r. L u ty 2 01 0 r.

S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1 S ta l p rz ew o d u 1 .4 30 1

Normy

Normy

Sposoby obliczania temperatury kwasowego punktu rosy

Sposoby obliczania temperatury kwasowego punktu rosy

Sposoby obliczania temperatury

kwasowego punktu rosy

Porównanie odporności na korozję wybranych gatunków stali

Porównanie odporności na korozję wybranych gatunków stali

Wykonany segment komina dwupowłokowego

1. W1 928 5

00 30 30 950 3.

2. W2 917 7

50 30 30 591 2.

3. W3 956 3

75 32 29 886 1.

6 + 3 lata użytkowania komina

Stal 1.4539

PODSUMOWANIE

PONAD

600 STRON!

PODSUMOWANIE

Trwałość ≡ budowa kominów dwupowłokowych

PODSUMOWANIE

Trwałość ≡ jak najwyższa wylotowa temperatura spalin

PODSUMOWANIE

Trwałość ≡ stosowanie stali nierdzewnej –

etap projektowania

PODSUMOWANIE

Trwałość ≡ stosowanie stali nierdzewnej

WYKONAWSTWO EKSPLOATACJA

 Uwarunkowań środowiskowych,

 Projektanta,

 Wykonawcy,

 Użytkownika,

 Uwarunkowań środowiskowych,

 Projektanta,

 Wykonawcy,

 Użytkownika,

PODSUMOWANIE – TRWAŁOŚĆ a SN

PODSUMOWANIE – TRWAŁOŚĆ a SN

PODSUMOWANIE – KOMINY STALOWE a SN

PODSUMOWANIE – KOMINY STALOWE a SN

Dziękuj ę

za

uwagę 

© WiesKu

© ^WiesKu