Bacterien ook destructief voor RVS

Leidingsystemen worden in de zuivelindustrie veelvuldig uitgevoerd in roestvast staal van het type AIS I 304. Door de leidingen kan een veelheid aan halffabrikaten of eindproducten worden gevoerd, die al dan niet gedurende dit transport gekoeld of verwarmd worden. Roestvast staal wordt in de zuivelindustrie toegepast omwille van de corrosievastheid, de hygiëne, de inertie ten opzichte van het product en daarmee het voorkomen van verontreiniging van het product.

ir. Lammert Brantsma, IWE, IWI en drs. W. Haarman

( dit artikel komt uit het archief van het Vakblad RoestvastStaal. )

Hoewel de bestendigheid van roestvast staal van het type AISI 304 tegen putcorrosie in het betreffende milieu voldoende geacht werd, bleek een leidingsysteem waarin een niet nader te benoemen zuivelproduct werd gekoeld, een half jaar na installatie te lekken. Het betrof een samengesteld systeem bestaande uit een productleiding met plaatselijk daaromheen een koelmantel. Door de leiding stroomde ' het zuivelproduct met
een temperatuur van circa 80°C tot 15°C, en door de koelleiding water van circa 5°C. De leiding werd met een vaste regelmaat gereinigd, d.w.z. voorgespoeld met leidingwater, gespoeld met aangeloogd leidingwater en vervolgens nagespoeld met leidingwater. Ook werd wel aangezuurd water toegepast ter voorkoming van kalkaanslag, en is er één maal gechloreerd leidingwater toegepast ter voorkoming van bacteriologische problemen. Aan Schielab b.v. zijn enige uit het systeem verwijderde secties van de productleiding (dia. 2" x 1,5 mm) aangeboden om de aard en de oorzaak van de lekkages vast te stellen.

Het onderzoek

Bij Element zijn de secties zowel aan het binnen- als aan het buitenoppervlak visueel en macroscopisch onderzocht bij vergrotingen tot 50x. Vervolgens is de samenstelling van een op het binnenoppervlak van de productleiding aangetroffen product middels energie-dispersieve röntgenmicroanalyse (EDX) bepaald. Tevens zijn doorsneden van de aangetroffen corrosieputten gemaakt en geprepareerd voor microscopisch onderzoek middels een lichtmicroscoop bij vergrotingen tot 1000x.

De bevindingen

Globaal waren de belangrijkste bevindingen als volgt. De buitenzijde van de leiding vertoonde in zeer lichte mate enige aanloopkleuren ter plaatse van de rondlassen. Aan de binnenzijde van de leiding zijn geen aanloopkleuren direct naast de rondlassen aangetroffen, maar was juist buiten de warmte-beïnvloede zone een smalle lichtgeel verkleurde zone zichtbaar (zie afbeelding 1). Aan het binnenoppervlak zijn vanaf de lassen tot een afstand van ongeveer 20 mm tot die lassen putten aangetroffen, die veelal omgeven waren door gebieden met licht roodbruine corrosieproducten. De putten waren veelal diep en hadden het oppervlak sterk ondergraven. De putten waren gevuld met zwart, roodbruin en geelachtig product (zie afbeelding 2). Het leidingmateriaal had een austenitische microstructuur zonder bijzonderheden. In de ongeveer 4 mm brede warmte-beïnvloede zones van de lassen zijn carbide-uitscheidingen op de korrelgrenzen aangetroffen (zie afbeelding 3). De putten waren alle vanaf het binnenoppervlak ontstaan.









Het corrosieproduct dat bij de corrosieputten is aangetroffen bestond, behoudens de in roestvaststaaltype AISI 304 voorkomende elementen als ijzer, chroom en nikkel, uit zuurstof (d.w.z. corrosieproduct) en enig zwavel(- 0,4%), calcium(- 0,5%) en mogelijk enig koolstof.

Bespreking

De lekkages zijn alle ontstaan vanaf het binnenoppervlak van de productleiding. Alle aantastingen lagen in zones van circa 20 mm breedte nabij de lassen, dus zowel in als buiten de 4 mm brede warmte-beïnvloede zones van de lassen en in de aangetroffen licht verkleurde zone. Hieruit kan worden geconcludeerd dat het lassen niet de directe oorzaak is geweest van de aantasting. Ook toonde het binnenoppervlak bij de lassen nauwelijks aanloopkleuren, waaruit kan worden afgeleid dat de lassen met voldoende backinggas zijn gelast, of dat de lassen voldoende zijn gebeitst.

Een meer bekende oorzaak voor putcorrosie in roestvaststaal is de aanwezigheid van chloriden in de media. Bij dit systeem is één maal chloor aan het spoelwater toegevoegd. Dit zou op een wat langere duur de tot een omzetting naar, en de aanwezigheid van, chloriden kunnen leiden. In dit geval kan putcorrosie nauwelijks het gevolg zijn geweest van die chloorbehandeling, omdat direct na het spoelen de leiding direct gereinigd is, en aansluitend weer met het zuivelproduct is gevuld. Er moet in dit geval dan ook, gelet op de bevindingen, vanuit worden gegaan dat de leiding putvormig is aangetast als gevolg van een minder bekende oorzaak, namelijk door microbiologisch beïnvloede corrosie (MIC). Bacteriën, met name slijmvormende bacteriën, kunnen zich afzetten op het roestvaststaaloppervlak, speciaal op plaatsen waar het oppervlak wat ruwer is, zoals op en nabij lassen. Deze afzetting leidt tot een lokale film op het oppervlak, met als gevolg een plaatselijk ander milieu, meestal met zuurstofarme omstandigheden. Deze omstandigheid kan op zich al aanleiding zijn tot het optreden van lokale corrosie onder de afzetting.

Er kunnen echter ook voor andere typen bacteriën gunstige leefomstandigheden ontstaan, onder andere voor anaerobe bacteriën, zoals sulfaatreducerende bacteriën (SRB's), die een zuur afscheiden als product van hun metabolisme. Deze bacteriën zetten sulfaat-ionen om in zwavel of in zwavelwaterstofzuur. Andere soorten bacteriën, zoals bacteriën van het type Gallionella, kunnen onder zuurstofarme omstandigheden actief ijzer-ionen omzetten en op die manier het oplossen van ijzer uit het staal (=corrosie) bevorderen. De aanwezigheid van dergelijke bacteriën leidt tot de vorming van, vaak sterk, ondergraven putten. De aanwezigheid van de SRB's leek te worden bevestigd door het aangetroffen zwavel in het bij de putten aangetroffen corrosieproduct, temeer daar door toevoeging van enig zuur aan dit corrosieproduct kon worden aangetoond dat het zwavel in dit corrosieproduct aanwezig was in de vorm van zwavelwaterstof. Hoewel algemeen bekend is dat in geval van (chloride) putcorrosie in AISI 304 het toepassen van AISI 316 een oplossing kan bieden, is het onzeker of roestvast staal van het type AISI 316 ook een betere bestendigheid heeft tegen putvorming als gevolg van microbiologisch geïnduceerde corrosie (MIC). Uit de tot op heden door Schielab behandelde schadegevallen lijkt te moeten worden geconcludeerd dat beide typen roestvast staal in gelijke mate ontvankelijk zijn voor MIC.