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Corrosione: che cos’è e come prevenirla

Corrosione: che cos’è e come prevenirla
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Cos’è la corrosione

Ogni struttura metallica immersa in un elettrolita, sia esso terreno, acqua dolce, acqua di mare o calcestruzzo, è naturalmente soggetta a degradazione attraverso il fenomeno che tutti conosciamo come corrosione, ovvero, quel fenomeno elettrochimico che porta al deterioramento degli elementi metallici. Questo significa che tutte le realtà di trasporto che utilizzino linee interrate o immerse, come le reti il trasporto del gas, dell’acqua, del petrolio, sono soggette a fenomeni corrosivi, il che implica enormi costi di manutenzione dovuti a perdite sulle linee, fermi impianto, sostituzione di componenti, senza contare le problematiche legate alla sicurezza delle persone e dell’ambiente. Questo argomento è meglio approfondito dalle linee guida elaborate dall’APCE.

Come prevenire i fenomeni di corrosione

Affinché la corrosione si verifichi, devono essere presenti quattro elementi:

  • Elettrolita
  • Anodo
  • Catodo
  • Collegamento metallico

Per fermare o rallentare il processo di deterioramento, sarà quindi necessario eliminare almeno uno dei quattro componenti sopra citati.

La protezione catodica per prevenire i fenomeni di corrosione

Per prevenire la corrosione dei metalli, esistono diversi metodi. Nello specifico, in questo articolo ci occuperemo della protezione catodica, una tecnica elettrochimica che serve proprio a rallentare il fenomeno della corrosione delle strutture metalliche poste in contatto con un ambiente conduttivo, cioè che contenga abbastanza ioni da condurre elettricità (ad esempio il terreno o l’acqua, in particolare quella marina).

Un materiale metallico posto in un ambiente conduttivo viene a trovarsi al centro di un fenomeno noto come effetto batteria; in altre parole può venirsi a creare un flusso di corrente dal tubo verso l’ambiente circostante, che ha come conseguenza la dissoluzione del metallo.

Un metallo si corroderà nel punto in cui la corrente si separa dall’anodo.

Per sviluppare la corrosione, gli elementi visti in precedenza danno luogo ai seguenti fenomeni:

  • Si genera un flusso di corrente che passa attraverso l’elettrolita dall’anodo al catodo. Essa ritorna all’anodo tramite il collegamento metallico.
  • La corrosione si verifica ogni volta che la corrente si separa dal metallo (tubo, struttura, ecc.) ed entra in contatto con il terreno (elettrolita). La zona dove la corrente si separa è chiamata anodica. La corrosione, quindi, si presenta nella zona anodica.
  • La corrente rientra poi al catodo e in questa zona, infatti, non c’è fenomeno di corrosione. Attorno al catodo si riscontra il fenomeno della polarizzazione (formazione di un film di passivazione) che riduce il flusso di corrente di corrosione.
La corrosione nelle tubature metalliche interrate

Per quanto riguarda le tubature metalliche interrate, il fenomeno della corrosione galvanica può essere generato in seguito a diversi fattori; i principali sono:

 

  • Contatti metallici tra materiali differenti o tra leghe diverse dello stesso metallo (es. giunti di connessione) aventi differente potenziale elettrochimico;

  • Presenza di correnti vaganti (es. in prossimità di ferrovie o di altri sistemi di protezione catodica);

  • Presenza di potenziali elettrochimici dovuti a terreni di diversa natura (es. argilla-sabbia, rispettivamente zona anodica la prima e catodica la seconda).

Il flusso di corrente è causato da una differenza di potenziale fra l’anodo ed il catodo. Si definisce livello catodico di protezione il valore di potenziale sotto il quale l’acciaio non si può corrodere.

Per acciaio al carbonio interrato, il livello di protezione viene misurato rispetto ad un elettrodo di riferimento di tipo Cu/CuSO4 a diretto contatto con il terreno ed è convenzionalmente fissato a -850 mV CSE in condizioni di resistività inferiori ai 100 Ohm*m.

Qualsiasi corrente intesa come flusso che si separa dalla tubatura causa corrosione. L’idea di base è quella di fornire elettroni alla struttura metallica (tubazione sotterranea o altro) per impedire la dissoluzione del metallo.

Controllo del fenomeno di corrosione

Generalmente, il controllo della corrosione si ottiene come segue:

  • Sistema ad anodi galvanici (o sacrificali)

Nei sistemi ad anodi galvanici, la struttura metallica (sotterranea) da proteggere è collegata ad un metallo meno nobile quale zinco o magnesio.

Una volta collegati, formano una coppia galvanica. L’anodo sacrificale si corroderà ad una velocità superiore di quella con cui si corroderebbe da solo, mentre la struttura metallica agirà da catodo e si corroderà ad una velocità inferiore di quella con cui si corroderebbe da sola.

Gli anodi vengono dimensionati in base alla resistività dell’ambiente (terreno.) Gli anodi sono fatti di materiali quali magnesio (Mg), zinco (Zn) o alluminio (Al). Sono solitamente installati nelle immediate vicinanze della parte da proteggere e sono collegati ad essa con un conduttore isolato.

 

  • Sistema a corrente impressa

In alternativa al sistema ad anodi sacrificali, una struttura metallica può anche essere protetta per mezzo di un sistema che sfrutta un’alimentazione esterna.

Il terminale negativo dell’alimentatore è collegato alla struttura da proteggere, mentre il terminale positivo ad un materiale inerte (anodo). In tal modo viene generato un flusso di corrente fra l’anodo e la parte da proteggere così da rallentare la velocità di corrosione.

Gli anodi sono collegati ad una fonte di corrente DC, quale ad esempio un raddrizzatore o un generatore. Il principio è lo stesso visto in precedenza salvo che gli anodi sono fatti di materiale resistente alla corrosione quali la grafite, il ferro silicio, leghe di piombo-argento o platino.

La corrente da imprimere al sistema per garantirne la protezione contro la corrosione varia considerevolmente a seconda della superficie da proteggere, del tipo di rivestimento utilizzato, del tipo di terreno e di altri fattori, da pochi µA fino a diversi A.