تبلیغات


مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - خوردگی در فلزات


امروز :
مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت

تعریف خوردگی و مقدمه ای بر آن

تغییراتی را که در نتیجه واکنش های شیمیایی یا الکتروشیمیایی مواد با محیط اطراف آنها ایجاد شده و باعث تخریب تدریجی قطعات  می شود ، خوردگی می نامند . یا به عبارتی خوردگی واکنشی نامطلوب است که سبب جدا شدن اتم های سطح قطعات و تخریب آنها می شود .

شدت و میزان خوردگی با توجه به شرایط انجام عملیات و نوع سیال فرآورشی در تاسیسات مختلف ، به عواملی مانند درجه حرارت و غلظت محیط اثر کننده بستگی خواهد داشت . البته عوامل دیگری مانند تنش های مکانیکی و فرسایشی می تواند به خوردگی کمک کند . در میان تاسیسات فرآورشی نفت خام ، بیشترین میزان خوردگی در واحدهای نمکزدایی به دلیل جداسازی نمک از نفت و تولید پساب به وجود می آید. به طور کلی می توان گفت شدت خوردگی در بخش انتقال پساب بسیار زیاد و علیرغم تزریق مواد کنترل کننده خوردگی همچنان غیر قابل کنترل می باشد . اما با توجه به تحقیقات صورت گرفته استفاده از لوله های  غیر فلزی مانند لوله های GRP از جمله روش های جدیدی است که می تواند خسارت هایی ناشی از فرایندهای خوردگی را تا حدودی کاهش دهد .پدیده خوردگی بیشتر در فلزات و آلیازهای آنها ظاهر می شود ، زیرا اغلب فلزات و آلیاژها تمایل زیادی به ایجاد ترکیباتی با اتم ها محیط اطراف خود دارند و فقط تعداد کمی از فلزات مانند طلا و پلاتین تحت شرایط معمولی پایدار هستند و تمایلی به ایجاد واکنش با محیط اطراف ندارند . از خوردگی میتوان مثال های متعددی بیان کرد از جمله : خوردگی تجهیزات و ماشین آلات در صنایع مختلف ، به ویژه صنایع شیمیایی در مجاورت هوای مرطوب و یا در مجاورت با گازهایی مانند (So2، NoX NH3 ) و همچنین خوردگی توربین های گازی را نام برد.

 

انواع خوردگی و مکانیسم پدید آمدن آنها

 

1.       خوردگی یکنواخت

2.       خوردگی گالوانیکی

3.       خوردگی حفره ای

4.       خوردگی شکافی

5.       خوردگی بین دانه ای

6.       خوردگی تنشی

7.       خورد توأم با خستگی

8.       خوردگی فرسایشی

9.       خوردگی سایشی

10.   خوردگی غلظتی

11.   خوردگی روی زدایی

12.   خوردگی در اثر فلزت مذاب

 

خوردگی یکنواخت :

در این نوع خوردگی واکنش های شیمیایی به طور یکنواخت  در سطح فلزات با جابجایی پیوسته آند و کاتد و به علت پلاریزاسیون ایجاد می شود . اهمیت و قدرت  این نوع خوردگی از دیگر انواع خوردگی ها کمتر است .برای مثال اغلب خوردگی های حاصل در فولاد از این نوع می باشد .

 

خوردگی گالوانیکی  :

هر گاه دو فلز غیر هم جنس  در یک الکترولیت تشکیل یک پیل خوردگی دهند  ، خوردگی گالوانیکی حاصل می شود . در واقع علت ایجاد این نوع خوردگی در بین فلزات را می توان به اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی آنها نسبت داد . پتانسیل دو فلز نسبت به یکدیگر در اکترولیت های مختلف متفاوت است . سرعت خوردگی به نسبت سطح کاتد/آند بستگی دارد و هر چه سطح کاتد بزرگتر از آند باشد ، سرعت خوردگی و از بین رفتن آند بیشتر است . به طور مثال پوشش دادن فولاد با لایه ای از قلع است .بنابراین اگر خراش یا شکافی در سطح خارجی قطعۀ فولادی قلع اندود شده ایجاد شود ، به طوری که فولاد راهی به هوای محیط پیدا کند ، خوردگی در فولاد انجام یافته و قلع سالم باقی می ماند . اما با عدم وجود اکسیژن هوا ، قلع نسبت به فولاد آند را تشکیل میدهد و در این حالت قلع مادۀ مناسبی برای پوشش مناسبی برای فلزات از جمله ظروف غذایی و آشامیدنی فولادی ( استیل) خواهد بود .

v   اکسیژن عامل مهمی در در خوردگی گالوانیکی دارد .

 

خوردگی حفره ای ( Pitting corrosion ) :

خوردگی حفره ای نوعی خوردگی موضعی است که به دنبال آن حفره هایی در سطح فلز ظاهر شده و یا ادامه فعل  انفعال خوردگی حفره هاعمیقتر می شوند و باعث سوراخ شدن لوله ها می گردد . در صورتی که مکان لاستیک حلقوی محافظ لوله ها ثابت باشد در زیر لاستیک این خوردگی اتفاق خواهد افتاد . . این نوع خوردگی برای سازه های مهندسی بسیار مخرب است . ناخالصی های  غیر فلزی ، ناهمگنی های ساختاری و شیمیایی در سطح فلز نقاط متداول مناسبی برای آغاز این نوع خوردگی و شروع ایجاد حفره است . 

روش شناسایی خوردگی حفره ای :

شناسایی خوردگی حفره ای اغلب مشکل است ، زیرا که حفره های کوچک ممکن است توسط محصولات خوردگی پوشیده شود . تعداد و عمق حفره ها می تواند متفاوت باشد . و به دلیل طبیعت موضعی آن می تواند به طور ناگهانی شکست های غیر منتظره ای را به همراه داشته باشد ، بنابراین ارزیابی  وسعت خسارت خوردگی حفره ای چندان آسان نخواهد بود .

روش های جلوگیری از خوردگی حفره ای :

برای جلوگیری از خوردگی حفره ای باید تا آنجا که ممکن است از موادی که تمایل به این نوع خوردگی ندارند استفاده شود و در صورت اجبار در بعضی از طراحی ها موادی با بهترین مقاومت خوردگی به کار روند . برای مثال فولاد زنگ نزنی که برای محیط های شامل یون کلراید به کار می رود از نوع آلیاژ 316 با Cr 18% و Mo 2% است . مقاومت خوردگی حفره ای این فولاد بهتر از فولاد زنگ نزن بدون عنصر مولیبدن ، مانند فولاد آلیاژی 304 است .

خوردگی شکافی ( Crevice  corrosion ) :

خوردگی شکافی ، نوعی از خوردگی الکتروشیمیایی موضعی است که در شکاف ها و در زیر سطوح فلزی پوشش داده شده ( به عنوان لایۀ محافظت کننده ) ، در جایی که محلول های راکد وجود دارد ، اتفاق می افتد . برای مثال محل های مناسب این نوع خوردگی بیشتر می تواند زیر واشرها ، میخ پرچ ها ، پینها ، دریچۀ شیرها ف محل تکیه گاه ها و یاتاقانها و زیر رسوبات متخلخل  دیگر موقعیت های مشابه است .این نوع خوردگی در بسیاری از سیستم های آلیاژی مانند فولاد زنگ نزن و آلیاژهای تیتانیم ، آلومینیم رخ می دهد . مکانیزم خوردگی شکافی تا حدود زیادی مشابه با مکانیزم خوردگی حفره ای است .به منظور کاهش خوردگی شکافی در طراحی بعضی از تجهیزات سعی می شود تا حد امکان برای اتصال قطعات به یکدیگر از جوشکاری استفاده شود و در مورد واشرها از واشرهای غیر فلزی با قابلیت جذب کنندگی بسیار پایین ، مانند تفلن ، استفاده شود .

خوردگی بین دانه ای (Intergranular  corrosion ) :

این نوع خوردگی که در مرز دانه ها اتفاق می افتد از انواع خوردگی موضعی می باشد . طی فرایند انجامد ، مرز دانه ها آخرین نقاطی هستند که منجمد می شوند ، لذا غلظت عناصر آلیاژی و ناخالصی در مرز دانه فلزات بیشتر است . اختلاف غلظت آلیاژی بین سطح و مرز دانه ها باعث اختلاف انرژی و در نتیجه تمایل به خورده شدن سطح و مرز دانه ها می شوند و در نهایت مرز دانه ها آند و سطح دانه ها کاتد می شود . برای مثال آلیاژهای آلومینیم با استحکام بسیار بالا و تعدادی از آلیاژ های مس که شامل فاز های رسوبی در مرز دانه ها برای افزایش استحکام است می توانند تحت شرایط معینی  برای خوردگی بین دانه ای مستعد باشند .

 

برای جوگیری از خوردگی بین دانه ای مثلاً در فولاد های آستنیتی زنگ نزن می توان مقدار کربن را به شدت کاهش داد (کمتر از 03/0 %)  و یا با افزودن عناصری که تمایل شدید به تشکیل کاریبد دارند مانند، Ti و Nb ، کربن را کاهش داد به طوری که ا رسوب کاربید کرُم جلوگیری به عمل آید .

خوردگی تنشی (Stress  corrosion ) :

خوردگی تنشی نتیجه تاثیر همزمان تنشهای مکانیکی  محیط خورندۀ مناسب بر روی فلز است . این تنشهای مکانیکی می تواند ناشی از تنشهای خارجی و یا داخلی (پسماند) باشد . تنش پسماند در حد بالا می تواند از تنشهای حرارتی در نتیجه سرد کردن غیر یکنواخت ( سریع ) ، طراحی مکانیکی ضعیف برای تنشها ، تبدیل فاز هنگام عملیات حرارتی ، تغییر شکل سرد و جوشکاری باشد .

مکانیزم تخریب در خوردگی تنشی :

مکانیزم تخریب در خوردگی تنشی ا آنجایی که سیستم های بسیار مختلفی از آلیاژ ها و محیط های خورنده وجود دارد بسیار پیچیده است . در موارد بسیاری تخریب از یک حفره و یا ناپیوستگی دیگر موجود بر روی سطح فلز شروع و گسترش می یابد .

در جدول زیر تعدادی از محیط هایی که می تواند موجب خوردگی تنشی فلزات و آلیاژها شود آمده است .

نوع ماده

نوع محیط اطراف

آلیاژ های آلومینیم

آلیاژهای مس

آلیاژهای طلا

اینکنل

سرب

آلیاژهای منیزیم

مونل

نیکل

فولاد معمولی

 

 

فولاد زنگ نزن

 

آلیاژهای تیتانیم

محلول های NaoH –H2o2  محلول های Nacl و آب دریا

بخار و محلول های آمونیاک ، آمینها ، آب و بخار آب

محلول های  محلول های نمک اسید استیک

محلول های هیدروکسید سدیم

محلول های استات سرب

محلول های   ، محیط های ساحلی

هیدروکسید سدیم مذاب ، اسید هیدرولوریک ، اسید هیدروسیلیسیک

هیدروکسید سدیم مذاب

محلول های ، محلول های ، محلول های کلسیم ، آمونیم و سدیم نیترات ، اسیدهای مخلوط (HNO2-H2SO4 ) ، محلول های HVN  حلول های اسیدی و   HS آب دریا ، مذاب آلیاژهای

محلول های کلریدی مانندMgcl2 ،Bacl2 ، محلول های H2o2 - Nacl آب دریا ، محلول های H2s -NaoH   ، بخار غلیظ از آب های کلرایدی

بخار قرمز اسید نیتریک ، آب دریا N2O4، متانول Hcl 

راه های جلوگیری از ایجاد ترک در خوردگی تنشی :

  1.    کاهش تنش تا حد امکان ( به کمک عملیات حرارتی به منظور تنش زدایی و یا کاهش تنش اعمالی )
  2. حذف محیط های خورنده زیان آور
  3.       تغیر آلیاژ و استفاده از تیتانیم به جای فولاد های زنگ نزن ( در صورتی که تغییر محیط خورنده و کاهش مقدار تنش امکان پذیر نباشد ).

 

خوردگی توأم با خستگی  (  corrosion ) :

خوردگی توأم با خستگی نوع دیگری از خوردگی است که در آن نقطه فلزی تحت تأثیر همزمان واکنش شیمیایی و بار دینامیکی (متناوب) قرار می گیرد . در نتیجۀ این فعل و انفعال ترک های  درون دانه ای ظاهر می شود ، که شبیه به ساختار میکروسکوپی ترک ها در شکست دائم خواهد بود .

خوردگی فرسایشی  (Erosion  corrosion ) :

فعل و انغعالی که به جدا شدن قسمتی از سطح فلز ، و در نتیچه شتاب در سرعت تهاجم خوردگی فل در ارتباط با حرکت نسبی مایع و یاز گاز خورنده و سطح تماس فلز می انجامد به عنوان خوردگی فرسایشی تعریف می شود .

خوردگی سایشی  (Fretting  corrosion ) :

خوردگی در اثر سایش ناشی از حركت سیال تشدید می شود . با افزایش مواد جامد در سیال این نوع خوردگی تشدید می شود . سایش باعث از بین رفتن محصولات خوردگی ایجاد شده در سطح فلز می شود و به ا لكترولیت اجازه تماس با سطح فلز جهت ادامه خوردگی را میدهد. افزایش سرعت گردش سیال حفار ی ، میزان مواد جامد گل و جریان آشفته سیال حفاری از عواملی هستند كه باعث تشدید این نوع خوردگی میشوند، با كاهش سرعت گردش سیال حفاری و میزان مواد جامد گل، یا برقراری جریان لایه ای د ر سیال حفاری ، سرعت این نوع خوردگی كاهش میباید.

خوردگی غلظتی   (CONCENTRATION Ceel  corrosion ) :

به این نوع خوردگی ، خوردگی زیر رسوبات نیز میگویند . خوردگی اكسیژنی كه بع د اً مورد بحث قرار م ی گیرد نیز از انواع خوردگی غلظتی اس ت . پوشیده شدن قسمتی از سطح لوله های حفاری توسط گل، محصولات خوردگی و لاستیك حلقوی محافظ لوله ها باعث ایجاد این نوع خوردگی می شود ، اختلاف غلظت اكسیژنی ناحیه پوشیده شده ت و سط رسوبات و ناحیه آزاد باعث شده كه سطح زیر این رسوبات آند و بقیه لوله كاتد شود.

خوردگی روی زدایی  (DEZINCIFICATION corrosion ) :

یكی از انواع خوردگی است كه در آلیاژهای مس - روی اتفاق میافتد .در آلیاژهای (برنز و برنج ) هر دو فل ز مس و رو ی وارد الكترولیت شده سپس مس مجدداً سطح نمون ه را پوشانده و روی در محلول باقی می ماند، به این علت در صورتیكه این آلیاژها مدتی در محیط خورنده قرار گیرند سطح فلز قرمز و متخلخل می شود. به این فرآیند روی زدایی گویند.

خوردگی در اثر فلزات مذاب(corrosion ) :

این نوع خوردگی بیشتر در بعضی از راکتورهای اتمی دیده می شود . در بعضی از راکتور ها از فلات مذاب مانند سدیم به عنوان وسیلۀ خنک کننده استفاده می شود ، زیرا که سدیم قابلیت هدایت حرارتی خوبی دارد. در اینجا واکنش خوردگی عمدتاً مسئله انتقال جرم استو به خوردگی موضعی مربوط نمی شود . علت پدیدار شدن این نوع خوردگی تمایلی است که ذرات جسم رای حل شدن در فلز مذاب دارد . این تمایل تا موقعی که در درجه حرارت معین به حد حلالیت و در نتیجه حالت تعلدل برسد برقرار است . تاثیر تهاجم خوردگی در نتیجه فلزات مذاب می تواند به صورت های مختلف باشد : حل شدن ساده فلزات ، تشکیل ترکیب شیمیایی ، متلاشی شدن موضعی اجزایی از فلز .

روش های جلوگیری از خوردگی :

برا ی حفاظت از خوردگی نسبت به نوع آن می توان از روش های مختلفی استفاده کرد . معمولاً عامل اقتصادی مهمترین  عامل تعیین کننده قابل توجه در انتخاب روش است . برای کنترل سرعت خوردگی  حفاظت از آن به نکات  اساسی زیر همواره باید توجه شود :

1.       عوامل قابل پیش بینی در طراحی که می تواند در فعل و انفعالات خوردگی موثر باشد .

2.       انتخاب مواد مناسب در ساخت قطعات از لحاظ مقاومت خوردگی در شرایط خاص محیط کار .

3.       ایجاد تغییرات مناسب در محیط خورنده برای کاهش هر چه بیشتر اثر خوردگی آن .

4.       انتخاب پوشش های حفاظتی مناسب مانند :

 

پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت ر الکترواستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.
در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

 

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوششهای کادمیوم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیرآلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

آرشیو مطالب
نظر سنجی
میخواین کجا کار کنین؟










صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ