خوردگی و مهار آن در سیستم های سه فازی

مقدمه :
خوردگی یکی از مشکلات عمده در صنایع نفت و گاز به شمار می آید که سالانه مبالغ هنگفتی، به خود اختصاص می دهد. وقفه در تولید، زیان هنگفتی چه از نظر تولید هیدروکربن وچه ازنظر هزینه تعمیرات در پی خواهد داشت. بنابراین سلامت تجهیزات در طول عمر مفید آن ها یک مسأله اساسی به نظر می رسد. استفاده از بازدارنده های خوردگی سال هاست که به عنوان یکی از روش های کارآمد در صنایع نفت و گاز به کار گرفته می شود.
در صنعت آب و تصفيه پساب ، آب جزيي از منابع ملي محدود ما تلقي مي شود ، اما بواسطه فرايندهاي جمع آوري ، ذخيره ، پمپاژ ، تصفيه ، انتقال و توزيع كه برروي آن صورت مي گيرد ارزش افزوده قابل ملاحظه اي پيدا مي كند كه بخش كوچكي از آن ، بعنوان هزينه مصرف آب ، براساس نوع تعرفه و ميزان مصرف از مشتركين انشعاب آب شهري دريافت مي شود.
درطي اين فرايندها تجهيزات، مخازن ،خطوط لوله و مسيرهاي انتقال ، شيرالات پمپها و همزن هاي مختلف وساير ابزاروادوات مربوطه ، پيوسته در تماس دائم با آب حاوي مواد ويونهاي مختلف قرارمي گيرد و بنابراين عوامل خوردگي آنها بطور طبيعي همواره وجود دارد. دراغلب موارد ، اين تجهيزات در چنان شرايط محيطي قراردارند كه موجب تشديد سرعت خوردگي و فرسودگي آنها مي شود و بدين ترتيب عمر وكاركرد مفيد آنها بمراتب از عمر طراحي شده كوتاه تر خواهد شد. در اين گونه موارد ، علاوه برخسارتهاي مالي ( وگاهي نيزجاني ) ناشي از تخريب اين تجهيزات معمولا مقاديرقابل توجهي از آب به هدر مي رود و يا مشخصه هاي لازم كيفي خود را از دست مي دهد.
اين درحالي است كه اغلب اين وقايع و خسارات ناشي از آنها را معمولا مي توان با انجام يك سلسله از پيش بيني ها وملاحظات درمرحله طراحي و نيزدرنظرگرفتن برخي از تمهيدات و درمراحل ساخت ، نصب ، اجرا و بهره برداري بطور قابل ملاحظه اي كاهش داد و درضمن ، عمر مفيد تجهيزات و تاسيسات را بهبود بخشيد تخمين هزينه هاي سالانه خوردگي در ايالات متحده بين ۸ بيليون دلار تا ۱۲۶ بيليون دلارمي باشد.
بهر ترتيب، خوردگي زيان اقتصا دي عظيمي است و براي كاهش دادن به كارهای زيادي مي توان انجام داد. اگر اين نكات را در نظر بگيريم كه هر جا فلز و مواد ديگر مورد استفاده قرار مي گيرند خوردگي با درجه وشدتهاي متفاوتي واقع مي گردد، اين رقمهاي بزرگ دلاري چندان غير منتظره نخواهد بود.
در حقيقت اگر خوردگي وجود نداشت اقتصاد جامعة ما بشدت تغيير مي كرد. مثلاً اتومبيلها، كشتيها، خطوط لوله زير زميني و وسايل خانگي احتياج به پوشش نداشتند، صنايع فولاد زنگ نزن از بين مي رفتند و مس فقط براي مقاصد الكتريكي بكار مي رفت. اكثر كارخانجات و محصولاتي كه از فلز ساخته مي شدند از فولاد يا چدن ساخته مي شدند.
اگر چه خوردگي اجتناب ناپذير است، ولي هزينة آنرا به مقدار زيادي ميتوان كاهش داد. مثلاً يك آند ارزان قيمت منيزيم مي تواند عمر تانك آب گرم خانگي را دو برابر كند. شستشوي اتومبيل براي زدودن نمكهاي كه براي يخ بندان روي جاده مي پاشند مفيد است. انتخاب صحيح مواد و طراحي خوب، هزينه هاي خوردگي را كاهش ميدهد. يك برنامه صحيح تعميرات و نگهداري رنگ چندين برابر مخارجش را صرفه جويي ميكند. اينجاست كه مهندسي خوردگي وارد صحنه مي شود و مي تواند موثر باشد – ماموريت اصلي او مبارزه با خوردگي است. جدا از مخارج مستقيم دلاري، خوردگي يك مشكل جدي است زيرا به طور روشني باعث تمام شدن منابع طبيعي ما مي گردد. مثلاً فولاد از سنگ آهن بدست مي آيد، ميزان توليد داخلي سنگ آهن پر عياركه مستقيماً قابل استفاده باشند بشدت كاهش يافته است. توسعة صنعتي سريع بسياري از كشورها نشان مي دهد كه رقابت و قيمت منابع فلزي افزايش خواهد يافت. ايالات متحده ديگر مصرف كنندة اصلي منابع معدني نيست.

فصل اول- آسیب‌شناسی صنعت:
برای شناخت صحیح‌تر خوردگی و اهمیت آن باید به آسیب‌شناسی صنعت پرداخت، زیرا یکی از مهمترین عواملی که گریبانگیر رشد صنایع و به خصوص صنایع ایرانی می‌باشد، عدم درک عمیق مساله خوردگی است. شاید بتوان دو دلیل عمده برای این بی‌عنایتی برشمرد:
در رابطه با ضرر و زیانهای وارد آمده توسط خوردگی به صنایع ، نه تنها آمار مستند بلکه حتی تخمین‌های رسمی مستند و قابل انکار وجود ندارد، لذا مشخص نیست که خوردگی چگونه به آرامی اما بطور مداوم ثروتهای ملی را هدر می‌دهد.
ابعاد فاجعه انگیز خوردگی از نظر اتلاف ماده و انرژی و ضرر و زیانهای زیست محیطی روشن نیست. لذا اکثرا با تصور اینکه مسائل مالی مربوط به خوردگی در بررسیهای مالی- اقتصادی در سر فصل استهلاک دیده می‌شوند، از ابعاد واقعی قضیه بی‌خبر می‌مانند و در نتیجه اهمیت مساله همواره در هاله ای از ابهام باقی می‌ماند.
تعريف خوردگی:
خوردگي را تخريب يا فاسد شدن يك ماده در اثر واكنش با محيطي كه در آن قرار دارد تعريف مي كنند. بعضي ها اصرار دارند كه اين تعريف بايستي محدود به فلزات باشد، ولي غالباً مهندس خوردگي بايستي براي حل يك مسئله هم فلزات و هم غير فلزات را در نظر بگيرد. سراميكها، پلاستيكها، لاستيك و مواد غير فلزي ديگر نيز منظور شده اند. مثلاً، تخريب رنگ ولاستيك بوسيله نور وخورشيد يا مواد شيميايي، خورده شدن جدارة كوره فولاد سازي، و خورده شدن يك فلز جامد بوسيله مذاب يك فلز ديگر تماماً خوردگي ناميده مي شوند. خوردگي مي تواند سريع يا كند صورت گيرد. فولاد زنگ نزن در حالت حساس شده به وسيله اسيد پلي تيونيك ظرف چند ساعت بشدت خورده مي شود. ريلهاي راه آهن معمولاً به آهستگي زنگ مي زنند- ولي سرعت زنگ زدن آنقدر نيست كه بر كارايي آنها در سالهاي زياد اثري بگذارد. ستون آهني معروف دهلي در هندوستان حدود ۲۰۰۰ سال پيش ساخته شده و هنوز به خوبي روز اول است. ارتفاع آن ۳۲ فوت است.
استاندارد ایزو ۸۰۴۴ ، خوردگی را بدین شکل تعریف می‌کند:
واکنش فیزیکی – شیمیایی متقابل بین فلزومحیط اطرافش که معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی است و نتیجه‌اش تغییر در خواص فلز می‌باشد. این تغییرات خواص ممکن است منجر به ازدست رفتن عملکرد فلز ، محیط یا دستگاهی شود که این دو، قسمتی از آن را تشکیل می‌دهند.»
به نظر می‌رسد ظاهر قطعه خورده شده ، این تداعی معنایی را سبب شده باشد. برای بیشتر مردم، خوردگی با مصادیقش شناخته می‌شود، از قبیل زنگ زدگی و سیاه شدن قاشقهای نقره‌ای. در واقع خوردگی همه اینها هست، اما به‌تنهایی هیچ یک نیست. بطور مثال ، زنگ زدگی فقط به خوردگی آلیاژهای آهن اطلاق می‌شود.

مهندسي خوردگی:
مهندسي خوردگي كاربر دانش وفن يا هنر جلوگيري ياكنترل خسارت ناشي از خوردگي به روش اقتصادي و مطمئن ميباشد. براي اينكه مهندس خوردگي به خوبي ازعهده وظايف خود برآيد، بايستي با اصول خوردگي وعمليات مبارزه با آن، خواص شيميايي، متالورژيكي، فيزيكي و مكانيكي مواد، آزمايشات خوردگي، ماهيت محيط هاي خورنده، قيمت مواد اوليه، نحوه ساخت و توليد كامپيوتر و طراحي قطعات آشنا باشد. او همچنين بايستي خصوصيات معمول يك مهندس كه عبارت است از : توانائي ارتباط برقرار كردن با ديگران، صداقت توانايي تفكر و تجزيه تحليل كردن، آگاهي عميق از اهميت خطرات در عمل، عقل سليم يا شعور، منظم و مرتب بودن، و مهمتر ازهمه احساس عميق و صحيح مسائل اقتصادي را دارا باشد.در حل مسائل خوردگي بايستي روشي را انتخاب نمايد كه بيشترين بهره را داشته باشد. خوردگي فلزات را مي توان برعكس متالوژي استخراجي در نظر گرفت.
در متالوژی استخراجي، هدف عمدتاً بدست آوردن فلزاز سنگ معدن و تصفيه يا آلياژسازی آن براي مصارف مختلف مي باشد. اكثر سنگ معدنهاي آهن حاوي اكسيد های آهن هستند و زنگ زدن فولاد به وسيله آب واكسيژن منجر به تشكيل اكسيد آهن هيدارته مي گردد. اگرچه اكثر فلزات موقعي كه خورده ميشوند تشكيل اكسيدهايشان را مي دهند ولي لغت زنگ زدن فقط در مورد آهن و فولاد بكار مي رود. بنابراين ميگوئيم فلزات غير آهني خورده مي شوند و نمي گوييم زنگ مي زنند. محيطهاي خورنده عملاً كليه محيطها خورنده هستند، لكن قدرت خوردگي آنها متفاوت است. مثالهايي در اين مورد عبارتند : از هوا و رطوبت، آبهاي تازه، مقطر، نمكدار، و معدني، آتمسفرهاي روستائي، شهري، و صنعتي، بخار و گازهاي ديگر مثل كلر، آكونياك، سولفور هيدروژن، دي اكسيدگوگرد، و گازهاي سوختني، اسيد هاي معدني مثل اسيد كلريدريك، سولفوريك، و نيتريك، اسيدهاي آلي مثل اسيد نفتنيك، استيك، و فرميك، قليائي ها، خاكها، حلالها، روغن نباتي و نفتي، و انواع و اقسام محصولات غذائي. بطور كلي مواد “معدني” خورنده تر از مواد ” آلي” مي باشند. مثلاً خوردگي در صنايع نفت بيشتر در اثر كلرور سديم، گوگرد، اسيد سولفوريك و كلريدريك و آب است تا بخاطر روغن، نفت و بنزين. كاربرد درجه حرارتها و فشارهاي بالا در صنايع شيميايي باعث امكان پذير شدن فرايند جديد يا بهبود فرايند قديمي شده است، به عنوان مثال راندمان بالاتر، سرعت، توليد بيشتر، يا تقليل قيمت تمام شده. اين مطلب هم چنين در مورد توليد انرژي از جمله انرژي هسته اي، صنايع فضائي و تعداد بسيار زيادي از روشها و فرايند ها صادق است.
درجه حرارتها و فشارهاي بالاتر معمولاً باعث ايجاد شرايط خوردگي شديدتري مي گردند. بسياري از فرايند ها و عمليات متداول امروزه بدون استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگي غير ممكن يا غير اقتصادي مي باشد.

فصل دوم – ترمودینامیک شیمیایی و خوردگی فلزات:
ترمودینامیک یکی از رشته های فیزیکی – شیمی، است. یکی از ویژگی‌های علم ترمودینامیک این است که می‌تواند پیش‌بینی کند که آیا واکنشهای خاصی رخ خواهند داد یا نه، تعیین زمانی واکنشی که ترمودینامیک ، انجام آن را پیش بینی می‌کند، موضوع علم سینتیک است. خوردگی را می‌توان میل ترمودینامیکی برای بازگشت به اصل خود فلز دانست و آن را چنین توضیح داد:
فلزات اکثرا به شکل ترکیبات شیمیایی در سنگهای معدنی موجود هستند. فلز در این حالت به خاطر وضعیت ترمودینامیکی خود ، حالت پایدار دارد، یعنی از نظر ترمودینامیکی اگر نیرویی از خارج بر سنگ معدن وارد نشود، فلز میل دارد که در سنگ بماند و حالت ترکیبی خود را حفظ نماید. وقتی سنگ معدن از معدن جدا می‌شود، طی فرآیندهای خاصی ، فلز از سنگ استخراج می‌شود و به حالت فلز خالص در می آید.
عمل استخراج فلز ، از نظر شیمیایی یک فرآیند الکترون گیری یا احیا به حساب می‌آید. به این ترتیب فلز موجود در سنگ معدن ، الکترون می‌گیرد و به حالت فلز خالص در می‌آید. اما در اینجا وضعیتی ناگوار وجود دارد: الکترونهایی که طی فرآیند استخراج گرفته شده‌اند، برای فلز به شکل مهمان ناخوانده درمی‌آیند. فلز علاوه بر الکترونهایی که خود دارد، الکترونهای زیادتری را نیز طی استخراج به سوی خود فرا خوانده ، با مهمان کردن الکترونهای اضافی از چنگ سنگ گریخته است. اما این مهمانان تبدیل به ناخواستگانی شده‌اند که فلز دائما در جستجوی راهی برای بیرون راندن آنهاست. به زبان ترمودینامیکی ، بی‌قراری فلز را ناپایداری ترمودینامیکی می‌نامند.
هنگامی که فلز موفق به از دست دادن الکترون می‌شود، واکنش اکسیداسیون رخ می‌دهد و می‌گویند، خوردگی اتفاق افتاده است. وقتی فلز خورده شد، آنچه از واکنش باقی می‌ماند (اصطلاحا محصولات خوردگی) به لحاظ ترمودینامیکی پایدار خواهد بود و از این نظر مانند فلز در حالت معدنی رفتار می‌کند.جالب آنکه از نظر شیمیایی نیز محصولات خوردگی مثل سولفات آهن ، اکسید روی و غیره ، همان ترکیباتی هستند که در سنگ معدن فلز یافت می‌شود.

خوردگی ، یک واکنش طبیعی:
از آنچه گفته شد، می‌توان نتیجه گرفت که خوردگی یک واکنش طبیعی است و انجام می‌شود. اما چنانکه خواهیم دید، خوردگی دارای زیانهای بسیاری است که ما را وادار می‌کند تا ترجیح دهیم این واکنش انجام نشود. انجام نشدن خوردگی مثل آن است که بخواهیم آبشاری به جای آنکه از بالای صخره به پایین بریزد، از پایین به بالا بریزد. اگر چه امکان ندارد که ریزش آبشار را وارونه کنیم، اما خواهیم دید که روشهایی وجود دارند که با استفاده از آنها می‌توان نه تنها خوردگی را مهار کرد، بلکه آن را برعکس نمود.

خوردگی، زيان‌ها و روش‌های كنترل آن:
يكي ازمهمترين عوامل تخريب تجهيزات صنعتي، پديدة خوردگي است كه به عنوان يكي از زيانبارترين آفت‌هاي صنايع مطرح مي‌گردد. اين زيان‌ها به حدي اهميت دارد كه تحقيق در حوزه‌هاي مربوط به فناوري‌هاي كنترل خوردگي، بخش عظيمي از پژوهش‌ها و تحقيقات كشورهاي پيشرفته را به خود اختصاص داده است.
اين مطالعات به تدوين استراتژی‌ها، قوانين، آيين¬نامه¬ها و روش¬های مؤثری
در زمينة پيشگيري و رفع اثرات خوردگي منجرشده كه تحت عنوان “مديريت خوردگي” مورد مطالعه قرار مي‌گيرند. در كشور ما نيز به دليل جايگيري صنايع نفت، گاز و پتروشيمي، در مناطق مستعد پديده خوردگی،, بررسي اين پديده و مديريت آن، از اهميت فوق‌العاده‌ای برخوردار مي‌باشد:
خوردگي، فرآيندي طبيعي است كه فلزات را مورد حمله قرار مي‌دهد. از آنجايي‌ كه فلزات، مصرف گسترده‌اي در جهان امروزي دارند، خوردگي تبديل به پديده‌اي…

ادامه مطالب در فایل شامل موضوعاتی چون :

• روش های جدید حفاظت از خوردگی کف مخازن نفت و مایعات گازی
• مشکلات روش های حفاظت کاتدی
• روش های جدید حفاظت خوردگی کف مخازن
• فصل سوم-مهار خوردگی در سیستم های سه فازی چاهها و لوله های گاز
• روش های کنترل خوردگی
• بازدارنده های خوردگی
• روش های اعمال بازدارنده ها
• جنبه های تئوری حفاظت و کنترل
• فاکتورهای کلیدی محافظت در سیستم های شیرین
• پایش خوردگی در روش تثبیت pH
• فصل چهارم- خوردگي در صنعت آب و روشهاي مهار آن
• برخي از روشهاي ممكن براي كنترل خوردگي
• روشهاي پيشگيري و كنترل خوردگي بطور كلي برپنج پايه استواراست
• آماده سازي و پوشش دادن سطوح فاز
• معيارانتخاب اقتصادي ترين روش كنترل خوردگی
• فصل پنجم- کاربردهاي نانوتکنولوژي در کنترل خوردگی
• فوايد استفاده از اين پوشش‌ها
• پوشش‌هاي چند لايه‌اي نانويي براي مصارف نظامي و غيرنظامي
• پوشش‌هاي نانو با يونهاي بازدارنده خوردگي
• فصل ششم – خوردگی فلزات و حفاظت کاتدی
• خوردگی فلزات
• تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی
• فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی
• جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی
• پوششهای رنگها و جلاها
• پوششهای فسفاتی و کروماتی
• پوششهای اکسید فلزات
• حفاظت کاتدی
• گالوانیزاسیون
• آب کاری فلز
• نتیجه گیری
• منابع

این فایل داری تصویر و جدول می باشد.