ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
Questo studio indaga il comportamento della corrosione del materiale di rivestimento (ghisa grigia) proveniente da camere di combustione navali, in ambienti ricchi di anidride carbonica (CO2). L'analisi sperimentale confronta la corrosione indotta da CO2 con quella dei composti a base di zolfo, in particolare l'anidride solforosa (SO2) e l'acido solforico (H2SO4). I risultati mostrano che il tasso di corrosione associato alla CO2 è significativamente più debole di quello delle altre sostanze, in gran parte a causa della minore acidità dell'acido carbonico. Il tasso di corrosione dei casi con SO2 illustra un andamento prevalentemente lineare. Nonostante la forza dell'H2SO4, i casi con una molalità dell'acido di 0,91 mol/kg presentano un debole film di passivazione. Nelle soluzioni binarie, la CO2 sembra svolgere un doppio ruolo. Se miscelato con SO2, il tasso di corrosione diminuisce in funzione della temperatura, in contrasto con il comportamento individuale di entrambi i gas. Invece, la CO2 miscelata con H2SO4 mostra una diminuzione del tasso di corrosione meno ripida rispetto ai casi singoli dell'acido. L'ultima valutazione sperimentale riguarda una soluzione acquosa ternaria di CO2, SO2 e H2SO4. La sua velocità di corrosione è piuttosto bassa, a 25 e 45 ℃, mentre a 65 ℃ questo valore aumenta di sei volte. Questa osservazione contribuisce a suggerire la formazione di un film di bolle di idrogeno.
Infine, viene eseguito un confronto per prevedere le tendenze al tasso di corrosione, funzione del rapporto di pressione parziale delle sostanze. Questo rapporto deriva dall'ipotesi di combustione completa di oli combustibili, ad alto e basso tenore di zolfo. Inoltre, il modello di Waard e Milliams prevede che i tassi di corrosione sul rivestimento siano sovrastimati nelle condizioni date. Questa deviazione è attribuita ai materiali distinti utilizzati nel modello e nel progetto. La presenza di lamelle di grafite nella ghisa grigia può giustificare la disparità. Tuttavia, il tasso di corrosione sperimentale di CO2 mostra ancora valori minimi rispetto all'azione di H2SO4e SO2. Questi ultimi sono rispettivamente 1273 e 67 volte più piccoli della pressione parziale di CO2.
I risultati sottolineano la necessità di ulteriori indagini sui meccanismi di corrosione da CO2 in condizioni operative reali, dove fattori come le variazioni di temperatura, la dinamica del flusso di gas e le interazioni con i lubrificanti possono alterare significativamente i tassi di corrosione.
This study investigates the corrosion behaviour of liner material (grey cast iron) from naval combustion chambers, in carbon dioxide (CO₂) rich environments. The experimental analysis compares CO₂ induced corrosion with that of sulphur-based compounds, particularly sulphur dioxide (SO₂) and sulphuric acid (H_2 SO_4). Results show that the corrosion rate associated to CO₂ is significantly weaker than the one of the other substances, largely due to the lower acidity of carbonic acid. The corrosion rate of the cases with SO2 illustrate a practically linear trend. Despite the strength of the H_2 SO_4, the runs with an acid’s molality of 0.91 mol/kg present a weak passivation film. In binary solutions, CO₂ appears to play a double role. When mixed with SO2 the corrosion rate declines as function of temperature, contrasting with the individual behaviour of both gases. Alternatively, CO2 mixed with H2SO4 shows a less steep corrosion rate decrease compared to the acid’s solo cases. The last experimental assessment regards a ternary aqueous solution of CO2, SO2 and H2SO4. Its corrosion rate trajectory is rather low at 25 and 45 ℃, while at 65 ℃ this value increases by six times. This observation contributes to the suggestion of a hydrogen bubble film formation.
Afterwards, a confront is performed to predict corrosion rate tendencies, function of the substances partial pressure ratio. This ratio derives from the assumption of complete combustion of fuel oils, with high and low sulphur content. Furthermore, the Waard and Milliams model predicts that the corrosion rates on the liner are overestimated under the given conditions. This deviation is attributed to the distinct materials used in the model and in the project. The presence of graphite lamellae in grey cast iron may justify the disparity. However, the experimental CO2 corrosion rate still depicts minimal values when compared to H2SO4 and SO2 action. These latter are determined as being respectively 1273 and 67 times smaller than the partial pressure of CO2.
These findings emphasize the need for further investigation on CO₂ corrosion mechanisms in real operational conditions, where factors such as temperature variations, gas flow dynamics, and lubricant interactions can significantly alter corrosion rates.