Il fenomeno della corrosione è uno dei più noti e diffusi in natura e nei manufatti realizzati dall’uomo, ma non è semplice da definire in modo univoco. Secondo Marcel Pourbaix, chimico belga del secolo scorso e grande studioso del fenomeno, la corrosione è la distruzione di un materiale dovuta all’azione chimica o elettrochimica del mezzo circostante. Al di là dell’aspetto scientifico, si tratta di un problema economico di enorme portata: circa un quinto della produzione mondiale di acciaio è destinato alla sostituzione di parti danneggiate. Per questo motivo, lo studio e la protezione dei materiali metallici rivestono un ruolo fondamentale, anche quando comportano costi iniziali maggiori, perché consentono risparmi significativi nel lungo periodo.

Nel corso della nostra esperienza, abbiamo studiato il comportamento dei materiali metallici se posti in contatto con un solvente, nel nostro caso l’acqua.

Corrosione in ambiente acquoso e meccanismo elettrochimico

La corrosione in soluzione acquosa, insieme all’attacco da parte degli agenti atmosferici, rappresenta una delle forme più importanti e diffuse. I fenomeni corrosivi sono complessi e difficili da studiare perché coinvolgono processi chimico-fisici ed elettrochimici.
Quando un metallo è a contatto con l’acqua, tende a rilasciare ioni in soluzione e il sistema si comporta come una cella elettrochimica. Si distinguono così zone anodiche e catodiche: all’anodo il metallo si ossida cedendo elettroni e passa in soluzione, mentre al catodo gli elettroni vengono consumati da reazioni di riduzione.
La corrosione può essere innescata dalla presenza nell’acqua di ossigeno, anidride carbonica, sali e altri ioni. In generale, la sua velocità aumenta con la conducibilità elettrica del mezzo, quindi con la quantità di sali disciolti.

Figura tratta da: Pierre R. Roberge, Handbook of corrosion engineering, McGraw-Hill, 2000.

Cause, forme e sviluppo del degrado

Il processo corrosivo può iniziare in corrispondenza di zone più energetiche o disomogenee del materiale, come bordi di grano, impurità o interfacce, e può portare alla formazione di cricche e all’infragilimento del metallo. Nel caso di attacco selettivo, solo alcuni componenti della lega vengono dissolti, modificando composizione e proprietà del materiale.

Le differenze di potenziale che innescano la corrosione possono derivare da molte cause:

• Presenza di due metalli diversi connessi tra loro (effetto pila);
• Correnti vaganti di origine esterna;
• Piccole disuniformità e impurezze in seno allo stesso metallo;
• Differenze di temperatura e tensioni interne che alterano l’equilibrio superficiale del metallo;
• Concentrazioni differenti di sali e gas in seno all’acqua.

Per la corrosione elettrochimica del ferro, in condizioni normali, è necessaria la presenza contemporanea di acqua e ossigeno. In ambiente secco, anche in presenza di ossigeno, il fenomeno non si sviluppa per mancanza di conducibilità ionica. Inoltre, la ruggine che si forma non protegge il metallo, a differenza di quanto avviene negli acciai inossidabili grazie alla passivazione superficiale.

Tipi di corrosione e aspetti critici

I fenomeni corrosivi possono assumere diverse forme:

• corrosione uniforme;
• corrosione localizzata, che si manifesta con diverse morfologie, quali:
  • corrosione puntiforme o crateriforme (pitting), detta anche vaiolatura;
  • corrosione da celle di concentrazione di cui la corrosione per aerazione differenziale, come la corrosione interstiziale (crevice corrosion), la corrosione sotto strato e la corrosione da fouling biologico, sono forme particolari;
  • corrosione da celle di gradiente di temperatura (differential temperature);
  • corrosione galvanica (galvanic corrosion);
• corrosione selettiva (leaching selective), che si manifesta come:
  • dealligazione (dealloying);
  • corrosione intergranulare (intergranular corrosion);
  • corrosione sotto tensione o tensocorrosione (stress corrosion cracking), che porta alla formazione e propagazione di cricche;
• altre forme di corrosione combinate con sollecitazioni meccaniche cicliche, come la corrosione fatica (fatigue corrosion), o con l’usura, come la corrosione erosione, la cavitazione, di cui l’impingement corrosion è una forma particolare, e la corrosione da sfregamento (fretting corrosion).

Tra tutte, la corrosione puntiforme (pitting o vaiolatura) è particolarmente pericolosa perché tende ad autoalimentarsi e a perforare localmente il materiale, senza manifestarsi in modo esteso.

Corrosione nei generatori di vapore e nelle torri di raffreddamento e fattori di controllo

Nei generatori di vapore, la corrosione rappresenta un fenomeno particolarmente critico e complesso, causato principalmente dalla presenza di anidride carbonica, ossigeno disciolto, impurità e caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua. Questi elementi favoriscono reazioni di natura elettrochimica nelle quali l’acqua si comporta spesso da catodo e le superfici metalliche del generatore da anodo, provocando deterioramenti progressivi, perforazioni e danneggiamenti anche irreparabili.

I fattori che influenzano la corrosione possono essere distinti in fattori esterni — come pH, concentrazione salina, temperatura, velocità di flusso e correnti vaganti — e fattori interni, legati invece alle caratteristiche del materiale, alla microstruttura, alle tensioni interne e alla qualità delle superfici metalliche. Un trattamento non corretto dell’acqua di alimento può inoltre favorire la formazione di cricche nelle saldature e nei componenti strutturali del generatore.

Anche nelle torri di raffreddamento evaporative i fenomeni corrosivi assumono particolare rilevanza a causa delle condizioni operative caratterizzate da elevata umidità, ricircolo continuo dell’acqua e concentrazione progressiva dei sali dovuta all’evaporazione. Per valutare la tendenza dell’acqua a provocare corrosioni o depositi si utilizzano principalmente gli indici di Langelier e Ryznar, che permettono di stimare l’equilibrio chimico dell’acqua e il suo comportamento corrosivo o incrostante.

La corrosione viene accelerata da bassi valori di pH, elevate concentrazioni saline e differenze di potenziale tra metalli diversi. L’aumento dei sali disciolti comporta una maggiore conducibilità elettrica dell’acqua e quindi una maggiore aggressività del sistema.
Per questo motivo, la scelta dell’acqua di alimentazione — grezza, addolcita, demineralizzata o di recupero — influisce direttamente sulle prestazioni dell’impianto, sui cicli di ricircolo e sui costi di esercizio.

Molti fattori influenzano il degrado dei materiali nei generatori di vapore, nei sistemi di raffreddamento a torre evaporativa o nei circuiti chiusi caldi/freddi, tra cui la chimica dell’acqua, la manutenzione, le caratteristiche dei materiali utilizzati e la modalità di utilizzo.

Con un’adeguata pianificazione di gestione, di trattamento dell’acqua di reintegro e di esercizio ed una buona esperienza progettuale, Technoacque può assicurare enormi vantaggi in termini di:

• eliminazione dei fenomeni di corrosione;
• eliminazione dei fenomeni incrostanti;
• miglioramento dello scambio termico con risparmio energetico;
• incremento del ciclo di vita dell’apparecchiatura.