دانلود مقاله روشهای جدید حفاظت از خوردگی نفت

معرفی روش های جدید حفاظت از خوردگی

تاریخچه خوردگی

بدترین خوردگی که برای فلزات کار گذاشته شده در خاک بوجود می آید .

در محل هایی است که جریان های الکتریکی سرگردان وجود دارد .

چون مقاومت ویژه خاک ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است .

بنابراین جریان های الکتریکی داخل زمین از طریق فلزات کارگذاشته شده درخاک که مقاومت کمی دارند عبور خواهد کرد .

جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد که از یک قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان کامل گردد.

خوردگی فلزات

خوردگی فلزات عبارت است از: واکنش فلزات با محیط و مواد درون محیط برای تبدیل آن فلز به شکل پایدارترش یعنی اکسید یا سولفور یا کربنات.

خوردگی معمولا از سطح فلز آغاز شده و تا درون آن نفوذ می کند که این کار تدریجی و پیوسته صورت می پذیرد.

عوامل موثر در خوردگی فلزات:

1- درجه ی خلوص فلز : هرچه فلز خالص تر باشد و ناهمگنی کم تری داشته باشد دیرتر خورده می شود.

2- تغییرات فیزیکی و مکانیکی فلز

3- غلظت ماده ی موثر و جنس آن(عامل خورنده)

4- مقدار اکسیژن

 محیطPH5-

6- درجه ی حرارت

 حفاظت در برابر خوردگی:

برای این کار ما سه روش پیش رو داریم:

1- ایجاد پوشش و قراردادن ماده ای بین محیط و فلز

2- سلسله اعمالی را که به آن ها نام اعمال الکتروشیمیایی می دهند روی فلز انجام دهیم تا خوردگی کم یا هیچ گردد.

3- موادی را درون فلز افزایش دهیم تا سرعت خوردگی کم شود که از این مواد با عنوان کندکننده های خوردگی یاد می شود.

 خوردگی لایه ای :

خوردگی لایه ای که به خوردگی پوسته شدن هم معروف است بیشتر به موادی که غلتک می خورند یا روزن ران می شوند ازنوع AlCuMg و AlZnMg محدود می شود .

مکان حمله د رلایه های موازی نازک در جهت حرکت به جلو بوده است  و سبب می شود که رویه های فلزی که مورد حمله قرار گرفته اند از هم جدا شده و یا تاول هایی بر سطح فلز ایجاد شود .

خوردگی لایه ای با  قرار گرفتن فلز در آب راکد و یا اتمسفر در یایی هم به وجود می آید و مقاومت در برابر خوردگی لایه ای هم از روی عملیات پیر سازی تعیین می شود .

خوردگی یکنواخت (Uniform Attack)

معمولترین نوع خوردگی میباشد که معمولا بوسیله یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بطور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد ،ایجاد میگردد.

خوردگی یکنواخت یا سرتاسری،از نقطه نظر فنی اهمیت چندانی ندارد زیرا عمر تجهیزاتی که تحت این نوع خوردگی قرار میگیرند را میتوان به راحتی تخمین زد.

 راههای جلوگیری و کنترل خوردگی یکنواخت:

1-      انتخاب مواد و پوشش صحیح

2-      بوسیله ممانعت کننده ها

3-      حفاظت کاتدی

خوردگی از 8 روش می تواند به سطوح فلزی حمله کند .

هشت دلیل موجه برای به کارگیری کامپوزیت ها در سازه های نظامی و غیرنظامی .

این 8 روش عبارتند از :  
 

این 8 روش عبارتند از : حمله یکنواخت Uniform Attack در این نوع خوردگی که متداول ترین نوع خوردگی محسوب می شود ، خوردگی به صورتی یکنواخت به سطح فلز حمله می کند و به این ترتیب نرخ آن از طریق آزمایش قابل پیش بینی است .

خوردگی گالوانیک Galvanic Corrosion این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو ماده متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذره خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند .

در منطقه تماس ، فرایندی الکترو شیمیایی به وقوع می پیوندد که در آن ماده ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده دیگر آند می شود .

در این فرآیند کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید می شود .

خوردگی شکافی Crevice Corrosion این ساز و کار وقتی رخ می دهد که یک ذره خورنده در فاصله ای باریک ، بین دو جزء گیر کند .

با پیشرفت واکنش ، غلظت عامل خورنده افزایش می یابد .

بنابراین واکنش با نرخ فزاینده ای پیشروی می کند.

آبشویی ترجیحی Selective Leaching این نوع خوردگی انتخابی وقتی رخ می دهد که عنصری از یک آلیاژ جامد از طریق یک فرآیند خوردگی ترجیحی و عموما ً با قرار گرفتن آلیاژ در معرض اسیدهای آبی خورده می شود .

متداول ترین مثال جدا شدن روی از آلیاژ برنج است .

ولی آلومینیوم ، آهن ، کبالت و زیرکونیم نیز این قابلیت را دارند .

خوردگی درون دانه ای Intergranular Corrosion این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که مرز دانه ها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار می گیرد .

چندین عامل می توانند آلیاژی مثل فولاد زنگ نزن آستنیتی را مستعد این نوع خوردگی سازند .

از جمله حضور ناخالصی ها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی .

خوردگی حفره ای Pitting Corrosion این نوع خوردگی تقریبا ً همیشه به وسیله یون های کلر و کلرید ایجاد می شود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ بسیار مخرب است ؛ چون در این خوردگی ، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعی اش ، به راحتی دچار شکست می شود .

معمولا ً عمق این حفرات برابر یا بیشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات ، ماده سوراخ می شود .

خوردگی فرسایشی Erosion Corrosion این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که محیطی نسبت به یک محیط ثابت دیگر حرکت کند ( به عنوان نمونه مایع یا دوغابی که درون یک لوله جریان دارد ) یک پدیده مرتبط با این گونه خوردگی ، سایش Fretting است که هنگام تماس دو ماده با یکدیگر و حرکت نسبی آنها از جمله ارتعاش به وجود می آید .

این عمل می تواند پوشش های ضد خوردگی را از بین برده و باعث آغاز خوردگی شود .

خوردگی تنشی Stress Corrosion این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که ماده ای تحت تنش کششی در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد .

ترکیب این عوامل با هم ، ترک هایی را در جزء تحت تنش آغاز می کند .

حفاظت کاتدی بطور کلی ، فلزات سه دسته‌اند.

یک دسته ، آنهایی که مثلا طلاو پلاتین ، در مجاورت هوا اکسید نمی‌شوند و نیازی به محافظت ندارند.

دسته دوم ، آنهایی که وقتی در مجاورت هوا قرار می‌گیرند، اتمهای سطحشان اکسید می‌شوند، ولی اکسید آنها مقاوم است و چسبیده به فلز باقی می‌ماند و خود لایه محافظی برای فلز می‌شود.

این گونه فلزات هم نیازی به محافظت ندارند.

مثل Zn ، Al ، CO ، Ni ، Sn ، Cr و نظیر آنها.

دسته سوم فلزاتی که وقتی سطح آنها در مجاورت هوا اکسید می‌گردد، اکسید آنها متخلخل است و به فلز نمی‌چسبد و از بدنه فلز کنده می‌شود که فلز به تدریج فاسد شده ، از بین می‌رود؛ مثل آهن.

اینگونه فلزات را به روشهای متفاوت از زنگ زدن محافظت می‌نمایند، روشهایی مثل رنگ زدن ، زدن ضد زنگ ، چرب کردن سطح فلز بوسیله یک ماده روغنی مانند گریس ، لعاب دادن ، آب فلز کاری و حفاظت کاتدی.

اصول حفاظت کاتدی در کنار فلز فاسد شدنی ، یک فلز با پتانسیل احیاء کمتر قرار می‌دهند تا اگر این دو فلز باهم یک پیل الکتروشیمیایی تشکیل دادند، فلز دارای E احیای بیشتر، در نقش کاتد پیل قرار گیرد و خورده نشود.

در این پیل ، فلز دارای E کمتر خورده می‌شود و فلز مقابلش را ازخطر زنگ زدن می‌رهاند.

این طریقه حفاظت را حفاظت کاتدی می‌نامند.

امروزه ، بدنه کشتیها ، پایه‌های اسکله‌ها و لوله‌های انتقال نفت و گاز را که در زیر زمین کار می‌گذارند، با همین روش حفاظت می‌نمایند.

مثلا در کنار آهن ، فلز منیزیم قرار می‌دهند که منیزیم ، الکترون می‌دهد و خورده می‌شود.

خوردگی در درجه حرارت بالا خوردگی در درجه حرارت بالا نقش مهمی در انتخاب مواد و تجهیزات صنعتی از قبیل توربین های گازی و مبدل های حرارتی بازی می کند .

انواع کلی خوردگی در دمای بالا که مشکلاتی برای تجهیزات به وجود می آورند ، عبارتند از : 1ـ اکسید اسیون 2ـ کربوره شدن و کثیفی فلز 3ـ نیتریده شدن 4ـ خوردگی هالوژنی 5ـ سولفیده شدن 6ـ خوردگی ناشی از رسوب خاکستر یا نمک 7ـ خوردگی نمک مذاب 8ـ خوردگی فلز مذاب صنایعی که همیشه با خوردگی داغ دست و پنجه نرم می کنند ، عبارتند از : ـ صنایع هوا و فضا و توربین های گازی ـ عملیات حرارتی ـ فرآیند های متالورژیکی و معدنی ـ فرآیند های شیمیایی ـ فرآیند های تصفیه و پتروشیم ـ تولید فرآورده های شیشه ای ، الکترونیکی و سرامیکی ـ صنایع اتومبیل ـ صنایع کاغذ ـ صنایع سوزاندن زباله ـ صنایع نیروگاهی تولید برق از سوخت فسیلی ـ صنایع گازی کردن زغال ـ صنایع هسته ای اکسیداسیون یکی از مهمترین واکنشهای خوردگی در دمای بالاست .

در بسیاری از محیط های صنعتی ، اکسیداسیون غالبا در واکنشهای خوردگی در دمای بالا ، با توجه به خوردگی غالب ، شریک است .

در حقیقت آلیاژها میل به اکسیداسیون دارند تا به این وسیله اکسید محافظ تشکیل شده از حملات خوردگی نظیر سولفیده شدن ، کربوره شدن و خوردگی ناشی از نمک یاخاکستر جلوگیری کند محیط ها نیز اغلب نسبت به اکتیویته اکسیژن به محیط های اکسید کننده و احیا کننده تقسیم می شوند .

خوردگی در صنعت نفت معرفی روش های جدید حفاظت از خوردگی کف مخازن نفت و مایعات گازی خوردگی کف مخازن را می توان با به کارگیری همزمان حفاظت کاتدی و ممانعت کننده خوردگی از نوع فاز بخار و یا تنها با به کارگیری وی سی آی (VCI) تحت کنترل قرار داد.

خوردگی کف مخازن نفتی یکی از مشکلات مهم ذخیره سازی نفت خام و مایعات گازی است.

نشست مخازن بزرگ نفتی موجب آلودگی آب های زیرزمینی و وارد آمدن خسارت های جبران ناپذیر به محیط زیست می شود.

در گذشته کف مخازن (قسمت بیرونی مخزن که با زمین در ارتباط است) با به کارگیری حفاظت کاتدی نتوانسته است به طور کامل مانع از نشت و جلوگیری از خوردگی کف مخازن ذخیره نفت شود.

خوردگی کف مخازن را می توان با به کارگیری همزمان حفاظت کاتدی و ممانعت کننده خوردگی از نوع فاز بخار و یا تنها با به کارگیری وی سی آی (VCI) تحت کنترل قرار داد.

در این مقاله دلایل ناتوانی سیستم حفاظت کاتدی در جلوگیری از خوردگی کف مخازن نفتی و آخرین روشهای مورد استفاده برای حفاظت کف مخازن بررسی می شود.

به کارگیری سیستم حفاظت کاتدی، بازدارنده های خوردگی از نوع فاز بخار و به کارگیری همزمان حفاظت کاتدی و بازدارنده های خوردگی فاز بخار از جمله روش های حفاظت از خوردگی کف مخازن است.

مشکلات روش های حفاظت کاتدی: نتایج تجربی نشان می دهد سیستم حفاظت کاتدی به تنهایی قادر به حفاظت خوردگی کف مخازن نیست و در موارد متعدد دچار نشت شده است.

این درحالی است که کف مخازن در پتانسیل حفاظت کاتدی قرار دارد.

یکی از روش های توزیع مناسب پتانسیل حفاظت کاتدی در کف مخازن به کارگیری بستر آندی است.

به گونه ای که موجب توزیع پتانسیل حفاظت کاتدی در کف مخازن شود که شامل، به کارگیری آندهای کم عمق در اطراف مخزن، آندهای افقی و سیمی در زیر کف مخزن است.

در روش اول به علت تخلیه جریان حفاظت کاتدی در لایه سطحی زمین، باعث افزایش ضریب حفاظتی (Over protection) در خطوط لوله مدفون در خاک و مجاور مخازن می شود، بنابراین از این روش نمی توان در پالایشگاه ها استفاده کرد.

در روش دوم آندهای سیمی به صورت مارپیچ در فونداسیون کف مخزن قرار می گیرد و این روش برای مخازن موجود قابل استفاده نیست.

یکی دیگر از روش های توزیع پتانسیل حفاظت کاتدی در کف مخزن عایق سازی الکتریکی هر یک از مخازن از یکدیگر است.

در این روش هر یک از مخازن توسط فلنچ عایقی به همراه مقاومت الکتریکی از یکدیگر جدا می شوند.

به کارگیری پوشش در کف مخزن ها نیز یکی دیگر از روش هایی است که در توزیع حفاظت کاتدی در کف مخزن استفاده می شود.

به دلیل مشکلات اجرایی اعمال پوشش بر روی ورق فولادی کف مخازن نفتی و گازی امکان پذیز نمی باشد.

حرارت ناشی از جوشکاری صفحات کف مخزن، باعث از بین رفتن پوشش آنها می شود، در نتیجه پوشش مناسبی برای حفاظت از این نواحی نیست.

بنابراین به جای پوشش دادن ورق فولادی کف مخزن، محل نصب مخزن به خوبی پوشش داده می شود و اطراف مخزن را به خوبی آب بند می کنند.

پوشش مزبور چسبندگی به کف مخزن ندارد، در چنین شرایطی این پوشش در حکم سپر برای جریان حفاظت کاتدی عمل می کند و اگر به دلایلی الکترولیک به ناحیه بین پوشش و کف مخزن نفوذ کند، حفاظت کاتدی قادر به مقابله با خوردگی آن نخواهد بود.

به دلیل آن که پوشش مزبور حالت سپر الکتریکی دارد، اندازه گیری پتانسیل کف مخزن چنین حالتی را نشان نمی دهد و کف مخزن در محدوده پتانسیل حفاظت کاتدی قرار دارد ولی خوردگی در کف آن اتفاق می افتد.

از طرف دیگر اگر کف مخزن مستقیما بر روی فونداسیون بتنی قرار گیرد، کلیه نواحی کف مخزن قادر به ایجاد ارتباط الکتریکی مناسب با فونداسیون بتنی نخواهد بود و بنابراین حفاظت کاتدی نمی تواند به خوبی کف مخزن را تحت حفاظت خود قرار دهد.

نتایج تجربی موجود نشان می دهد مخازن نفتی با وجود حفاظت کاتدی کف آنها دچار خوردگی می شود و نشت مواد نفتی به آبهای زیر زمینی موجب ایجاد خسارت های زیادی به آب های زیر زمینی شده است.

روش های جدید حفاظت خوردگی کف مخازن امروزه می توان خوردگی کف مخازن را با به کارگیری همزمان حفاظت کاتدی و ممانعت کننده خوردگی از نوع فاز بخار و یا تنها با به کارگیری وی سی آی (VCI) تحت کنترل قرار داد.

مواد وی سی آی، ممانعت کننده فاز بخار، می توانند در محیط بسته سطح فلز را در برابر عوامل خورنده مثل آب، بخار، کلریدها، سولفید هیدروژن و مواد خورنده دیگر در محیط های صنعتی حفاظت کنند.

فشار بخار مواد مذکور کم است، بنابراین در فشار اتمسفر و دمای محیط بخار می شوند.

در محیط بسته بخارهای ایجاد شده بر روی سطح میعان کرده و توسط مولکول های سطح قطعات جذب شده و منجر به توقف یا تاخیر در انجام واکنش های خوردگی می شوند.

روش مذکور به عنوان یکی از روش های استاندارد محافظت کف مخازن نفتی مطرح شده است.

روش دیگر تزریق مداوم وی سی آی از طریق شبکه ای از لوله های سوراخ دار است.

این لوله ها در زیر مخزن و در داخل فندانسیون بتنی کف قرار می گیرند.

مواد بازدارنده خوردگی از طریق لوله های مزبور در کف مخزن تزریق می شود.

بدیت ترتیب با توزیع وی سی آی در کف مخزن، از خوردگی آن جلوگیری می شود.

برای جلوگیری از ایجاد جرقه در نتیجه تمرکز الکتریسیته ساکن، باید مقاومت سطح پوشش درونی مخزن کمتر از 108 اهم باشد.

سیستم های پوشش دهنده درون مخازن ذخیره نفت: جهت دیواره و کف از پوشش اپوکسی فنولیک با هاردنر آمین و با خاصیت آنتی استاتیک استفاده شود.

که این پوشش به دلیل ایجاد کراس لینک (Cross-linK) بالا، منجر به ایجاد پوشش سخت و مقاوم خواهد شد.

روش دیگر استفاده از پوشش پلی اورتان با خاصیت آنتی استاتیک که برای دیواره مخازن استفاده می شود.

چنانچه کف مخزن توسط کامپوزیت کلاس اپاکسی (Glass-Epoxy) یا کلاس پلی استر (Glass-Polyester) روکش شده است، لازم است ژل کت سطحی آن دارای خاصیت آنتی استاتیک باشد.

مقاومت پوشش ها در حدود 10 اهم است و چنین مقاومتی تنها مانع از بروز جرقه توسط انباشته شدن الکتریسیته ساکن می شود و از لحاظ الکتریکی چنین موادی تقریبا در ردیف مواد نیمه رسانا قرار دارند.

آندهای فدا شونده که در داخل مخازن به کار می روند علاوه بر جلوگیری از خوردگی، عامل تخلیه بارهای الکتریسته ساکن نیز محسوب می شود.

به طور کلی مخازن نفتی زیادی در کشور دچار نشت شده است.

این موضوع ضررهای اقتصادی جبران ناپذیری به محیط زیست وارد کرده است.

با توجه به اهمیت بالای حفظ محیط زیست و نیز جلوگیری از هدر رفتن نفت خام و مایعات گازی لازم است روش های جدید مقابله با خوردگی کف مخازن نفتی مورد توجه قرار گیرد.