נזקי קורוזיה במפעל - חלק א'

קורוזיה, הרוצחת השקטה של הפרודוקטיביות במפעל, מכרסמת ברציפות בכל תהליכי הייצור, האחסון, ההובלה והשירות. תהליך כימי בסיסי זה כרוך באחת המלחמות העתיקות ביותר של האדם בטבע. הוא מתרחש 24 שעות ביממה, בין שהציוד במפעל פעיל ובין שלא, והוא אחראי לרבים מהכשלים שאנו מתמודדים עימם. כשלים אלה לעיתים אף מסכנים חיי אדם.

כתבה זו היא ראשונה בסידרת כתבות בנושא קורוזיה, ובאמצעותן אנסה להסביר כיצד אפשר לבחון את העלויות של נזקי הקורוזיה במפעל ובעסק שעל תחזוקתם אנחנו עמלים קשה כל כך. עסק ומפעל, שניהם יחידה כלכלית שזכות קיומה נמדדת ביכולות הרווח וההפסד שלה. אנסה לאמוד את נזקי הקורוזיה, את היתרונות בבניית תוכנית התמודדות עם קורוזיה, ואזכיר פתרונות מתקדמים קיימים שבאמצעותם אפשר לשנות את פני המערכה. השאיפה היא לשלוט בקורוזיה, ולא להיות נשלט על ידה.

כשחמצן וברזל נפגשו

לפני הכול, מהו תהליך קורוזיה?

קורוזיה (שיתוך לפי האקדמיה ללשון) היא תהליך המתרחש כאשר גז חמצן בא במגע עם משטח ברזל (וכל מתכת אחרת, אפילו פלטיניום, כרום וזהב), ובעזרת חומר מוליך, לחות בדרך כלל, מים או תמיסה אלקטרוליטית, מתאפשר מעבר של אלקטרונים אשר מחליש את המתכת.

בפועל, החימצון מאפשר לצד אחד, המכונה קטודה, שיש לו עדיפות אלקטרונית (אלקטרוליט שלילי) להעביר אלקטרונים לצד השני, המכונה אנודה (אלקטרוליט חיובי), ומשאיר שכבה של תחמוצת הנקראת קורוזיה. במקרה הספציפי של ברזל נקראת שכבה זו תחמוצת הברזל, וכפי שאנו מכירים אותה, חלודה.

הואיל וגז החמצן נמצא בסביבת המתכת כל הזמן, קצב תהליך הקורוזיה ייקבע בדרך כלל על ידי רמת הלחות והתנאים האטמוספריים סביבה. תהליך השיתוך הוא בלתי הפיך עקב התכונות החשמליות של החמצן והמתכת.

”   הבסיס לניהול סיכונים מתמקד בעיקר בזיהוי הכשל הקיים וסדר הפעולות הנחוץ בכדי לצמצם את הסכנות הנובעות מתהליך הקורוזיה. יש לבנות תוכנית הנוגעת לכל אורך החיים של המפעל, וכן רמת התפעול והייצור שיידרשו ממנו גם בעוד שנים רבות   “

הברזל הוא המתכת הנפוצה ביותר בכדור הארץ, ולכן הוא זול יחסית למתכות אחרות. משום כך הוא פופולרי ביותר בשימוש. לברזל עמידות רבה וחוזק מכני גבוה מאוד, תכונות שהפכו אותו לחומר הנפוץ ביותר לבנייה של גשרים, מבנים, מכונות, ברגים, אומים, עמודים, אטמים, צינורות ועוד. אלא שלמרות חוזקו ואמינותו, הוא רגיש ביותר לקורוזיה.

המבנה של הברזל אינו יציב מכנית בגלל אי הסדר במבנה המולקולרי שלו, שגורם להיחלשות הקשרים בין האטומים. לכן תחמוצת הברזל, או בשמה הנפוץ יותר, חלודה, מתקלפת, נשברת, ואף אפשר לפוררה ביד.

האדם גילה שכדי להתמודד עם חולשה אפשר לערבב ברזל עם מתכות או חומרים אחרים כדי לקבל סגסוגת שיכולה להיות עמידה בהרבה מהברזל. לדוגמה, אם מוסיפים לברזל אחוז מועט של פחמן, נוצרת פלדה, החזקה הרבה יותר מהברזל בצורתו הטהורה. עם זאת גם היא אינה מוגנת מפני שיתוך.

לעומתה אם נשלב את הברזל עם מתכות אחרות, יקרות הרבה יותר, כגון ניקל או כרום, נקבל נירוסטה (Stainless steel, פלדת אלחלד). שלא כמו הפלדה, נירוסטה אומנם "נתקפת" על ידי חמצון, אך שלא כמו ברזל, הקורוזיה יוצרת שכבת הגנה, וזו יוצרת חיץ בין המתכת לחמצן ולמעשה מגנה על החומר מהמשך התהליך הקורסיבי. בעגה המקצועית הדבר נקרא פסיבציה (בכתבה הבאה אפרט על תהליך זה וכיצד נוכל לנצלו לטובתנו).

לרוע המזל, גם פסיבציה אינה תמיד מספיקה, ואפילו פלדת אל-חלד יכולה להחליד בתנאים קשים, כגון טמפרטורות גבוהות, לחות גבוהה ומליחות - כולם מתקיימים לרוב בישראל.

תוכנית מלחמתית

מדוע חייבים לבנות תוכנית נהלים ברורה כדי להתמודד עם קורוזיה?

חלק נכבד מהאחזקה המונעת מבוסס על הרעיון של בניית תוכנית אופרטיבית ברורה לניטור וזיהוי של צרכי האחזקה בתהליכים ייצור ואחסון. באותו אופן נבדוק ונזהה את הצרכים כאשר נתבקש לבנות תוכנית ברורה כדי להתמודד עם תופעת הקורוזיה ומניעתה.

מה העלות האמיתית של קורוזיה ואיך אפשר למדוד אותה?

במחקרים שנעשו במדינות רבות כגון ארה"ב, אוסטרליה, יפן והודו, ההערכה הרווחת נוגעת לאיבוד של כ-3% מהתל"ג השנתי בגלל נזקי קורוזיה. ידוע שמדובר במיליארדים רבים של דולרים. אבל איך אפשר לכמת את הנזק למפעל הפרטי?

כל חברה יצרנית צריכה להחזיק מלאי בסיסי של חומרים וחלקי חילוף בכדי לקיים את עצמה. המלאי הזה מורכב ברובו בדרך כלל מחלקי מתכת. לדוגמה: צינורות, ברזים, מסבים, שרשרות, ברגים ואומים, כלי עבודה, משאבות, מנועים, בוכנות, בקרים, מעגלים, לוחות וכרטיסים חשמליים. מרגע שהציוד החדש מגיע למפעל, הוא חשוף לתהליכי קורוזיה. אם לא יעבור תהליכי שימור והגנה, תהליך ההחלדה יתחיל עוד בטרם נתקין את הציוד במפעל, ולפיכך נאבד מערכו עוד בטרם נתחיל להחזיר את ההשקעה (ROI).

”   כל חברה יצרנית צריכה להחזיק מלאי בסיסי של חומרים וחלקי חילוף בכדי לקיים את עצמה. המלאי הזה מורכב ברובו בדרך כלל מחלקי מתכת. מרגע שהציוד החדש מגיע למפעל, הוא חשוף לתהליכי קורוזיה   “

חברת דופונט בארה"ב ערכה מחקר בין השנים 1968 ל-1971. בין השאר היא ביקשה לנטר את כל הציוד שהיה במלאי ובכל שנה נזרק בגלל קורוזיה. התוצאות היו מפתיעות ומפחידות כאחד: כ-10% מהמלאי יוצא מכשירות מדי שנה בגלל קורוזיה.

אמנם עברנו דרך מאז נעשה המחקר ההיסטורי ההוא והחומרים שונו, אך בהנחה שאתם מתעלמים מנושא הקורוזיה במפעל, 10% מערך המלאי הם הרבה מאוד כסף שנזרק לפח. למעשה, העלויות האלו אינן משקפות במלואן את המחיר האמיתי של הקורוזיה במפעל.

הסיכון הכרוך בשימוש בחלקים שהתחילו להחליד ולאבד מחוזקם, הוא במקרה הטוב עצירת הייצור והחלפת החלק התקול בגלל ששבר הגיע מוקדם מהצפוי, אבל במקרה הרע כשל של חלק קריטי יגרום לתגובת שרשרת ולפגיעה במערכת מורכבת. במקרה כזה הנזק הוא לא רק כלכלי לחלק שכשל, אלא נוגע גם לזמן ההשבה של המערכת ולעלותם של כל שאר החלקים שנפגעו. נזק כזה עשוי להסתכם בעלויות גבוהות ביותר.

אופן החישוב של נזקים אלו יכלול, מֵעֵבר לעלויות המלאי, עלויות של הפסקת הייצור ועלויות של האחזקה לתיקון של כל חלק שכשל בגלל קורוזיה. שכלול של כולם יחד מייצר תג מחיר כבד מאוד. האם אפשר למזער נזקים אלו על ידי שימוש בפתרונות מתאימים תוך בניית תוכנית התמודדות עם קורוזיה?

עלויות הקורוזיה אינן בעיה המופנית רק לפנים המפעל. היא קשורה גם לטיב המוצר המיוצר, לשירות ולאחריות הניתנים בשטח.

בכדי להתמודד עם מכרזים גדולים, חברה מסוימת שמייצרת ברזים המשווקים בארץ ובעולם מחויבת לתת אחריות כוללת למוצריה (קבלת מוצר חדש, לא תיקון מקומי) אם מתגלה מוצר פגום או חלוד. כשמשכללים את העלויות של החזרת המוצר למפעל, בדיקתו והחלפתו, מגלים שההוצאה גבוהה מעלות המחיר של שני ברזים חדשים. בשל העלויות הכבדות של היצרנית במקרה של מוצר פגום, החברה משתמשת כיום בשמן 775 של צ'סטרטון שמעניק למוצריה הגנה מלאה במסע הארוך עד ללקוח. תוכנית שימון פשוטה של המוצר לפני אריזה מאפשרת לה לתת את האחריות שמצופה ממנה.

התוכנית ומחירה

מהי תוכנית למניעת קורוזיה, והאם היא שווה את המחיר?

תוכנית ניהול קורוזיה היא מערכת מתועדת של תהליכים ונהלים הנחוצים לתכנון, לביצוע ולשיפור מתמשך של יכולתו של ארגון לנהל את איום הקורוזיה בנכסים קיימים ובנכסים עתידיים. פיתוח של תוכנית ניהול קורוזיה מבוסס על תהליכי עבודה, הערכת סקר סיכונים, עמידה בתקינה, הכשרת תפקידים וקביעת אחריות, מדידת ביצועים וכמובן סקירת הביצועים. ואולי החשוב ביותר הוא שימוש בטכנולוגיות הטובות ביותר לניהול קורוזיה, באופן שיחסוך את המשאבים ויפחית סיכונים.

יש לפתח מאגר ידע המציג את התפתחות הקורוזיה על כל פריט קריטי בתוך המפעל ודרך הטיפול התמידי. מאגר ידע זה נועד ליצור ביטחון בקרב מקבלי ההחלטות - היכן נכון להשתמש במשאבים הקיימים - וגם להרגיע את הלקוחות שהמוצר המוגמר שלהם מגיע בשיא כושרו.

הערכת הסיכון לקורוזיה אינה מטרה בפני עצמה, והבסיס לניהול סיכונים אינו מתמקד בסקירה ובזיהוי, אלא בעיקר בזיהוי הכשל הקיים וסדר הפעולות הנחוץ בכדי לצמצם את הסכנות הנובעות מתהליך הקורוזיה. יש לבנות תוכנית הנוגעת לכל אורך החיים של המפעל, רמת התפעול והייצור שיידרשו ממנו גם בעוד שנים רבות. התוכנית צריכה לזהות אזורים שבהם אפשר להתעלם בבטחה מהקורוזיה הצפויה וכאלו שבהם התעלמות אינה אפשרית. כך יתאפשר לכוון את המשאבים תוך קבלת התשואה הגדולה ביותר.

”   הואיל וגז החמצן נמצא בסביבת המתכת כל הזמן, קצב תהליך הקורוזיה ייקבע בדרך כלל על ידי רמת הלחות והתנאים האטמוספריים סביבה. תהליך השיתוך הוא בלתי הפיך עקב התכונות החשמליות של החמצן והמתכת   “

אין תוכנית אוניברסלית לניהול קורוזיה והתמודדות עימה. מיקוד מטרות חייב להיות ייחודי לכל מיתקן. עם זאת הפילוסופיה של ניהול קורוזיה והפרקטיקה להתמודדות משותפות לכולם. מניסיוני, יש להסכים תחילה על אסטרטגיה כוללת לניהול קורוזיה, ולאחר מכן הטקטיקות נעשות מובנות מאליהן. קורוזיה לא תיעלם אם נעצום עיניים. היא מתרחשת ברציפות, זאת דרך הטבע. אבל ניהול קורוזיה באופן הנכון יאפשר לשמר את מחזור החיים של המפעל לאורך זמן.

בכתבה הבאה אתייחס לסוגי קורוזיה, פסיבציה, הגנה קטודית וטיפול בקורוזיה מול התקנות המחמירות בנוגע לניקוי חול, ואציג מספר פתרונות להגנה קצרת טווח שמאפשרת המשך רציף של תהליך הייצור ובד בבד שימור החיים של הציוד והמלאי ועבודה תקינה ובטוחה.

הכותב הינו מנכ"ל סיל הנדסה בע"מ. elan@sealeng.co.il