دانلود مقاله مطالعه و بررسی دلایل خوردگی در خطوط لوله حمل نفت

چکیده :

نیاز بررسی و تحقیق در زمینه خوردگی در خطوط لوله حمل نفت خام ما را بر این داشت تا به بررسی کوتاه در این زمینه بپردازیم ابتدا با مقدمه ای مختصر در مورد خطوط لوله و نقش آنها در چرخه تأمین سوخت مورد نیاز .و حمل و نقل نفت و گاز و حجم عملیات انجام گرفته و توجیه اقتصادی بررسی های خوردگی و تحقیقات انجام گرفته در این زمینه پرداختیم و سپس انواع خوردگی را مورد بررسی قرار دادیم در یک فصل مجزا به بررسی انواع خوردگی در خطوط لوله پرداختیم.

در ادامه با بررسی انواع جنس های مورد استفاده در ساخت لوله های انتقال نفت خام و ترجمه قسمتی از استانداردها در این زمینه این پخش را تکمیل نمودیم. در پایان مورد عملی را که در طی پروژه انجام داده شده بود. و یک مورد انهدام لوله نفت خام بود را آوردیم که مثال خوبی از یک مورد تحقیقی بود و روش و فرایند این نوع تحقیقات را بیان می کرد و تجربیات و اطلاعات خوبی در زمینه این نوع پروژه ها را در بر دارد و می توان در موارد مشابه از این تجربیات استفاده کرد.

این مورد یک حالت از خوردگی میکروبی را نشان داد و ما با انجام مطالعات در این زمینه روش های را برای پیشگیری ارائه نمودیم.

مقدمه:

خوردگی را تخریب یا فاسد شدن یک ماده در اثر واکنش با محیطی که در آن قرار دارد تعریف می کنند.

خطوط لوله در سراسر جهان به عنوان حمل کننده های گازها و مایعات در ساخت های طولانی از منبع تا محل مصرف نهایی نقش بسیار مهمی را بازی می کنند.

به طور عمومی اطلاعات در مورد شما و خطوط لوله که به طور پیوسته در سرویس هستند. به عنوان بخش عمده ای از سیستم حمل و نقل بدین صورت است:

خطوط لوله در سرویس مدفون زیر خاک به دور از دید هستند به استثناء شهرها، ایستگاه های پمپاژ یا فشار و ترمینال ها.

در حال حاضر حدود Km 460000 خطوط لوله حمل معمولی در حدود 46% تمام نفت خام و محصولات پالایش را حمل و نقل می کنند در ایالت متحده در 1984 بیش از Km 6 10 × 106 خطوط لوله گاز طبیعی در سرویس وجود داشت. حدود 25% کل سوریس های بین ایالتی در حدود Km 280000 بودند که حمل می کردند مایعات را.

سوریس های بین ایالتی در ایالاتی متحده گسترش پیدا کرد برای ایجاد مایل های بیشتری از خطوط لوله در 1986 و Km 9800 از خطوط گاز طبیعی ساخته شده و Km 5740 برای خط لوله نفت خام و Km 2660 از خط لوله برای محصولات پالایش نیز ساخته شد.

با این شبکه پهناور بدون تغییر خط لوله به کار رفته برای استفاده در حمل منابع طبیعی و محصولات نهایی به مکان هایی که آنها مورد استفاده قرار می گیرند. آشکار می گردد که نگهداری آنها در سرویس بوسیله جلوگیری از خوردگی تکنیکی است و بطور اقتصادی با فایده می باشد.

کنترل خوردگی خطوط لوله در سراسر جهان انجام می شود به دلایل زیاد به وسیله استفاده از حفاظت کاتدی همراه با یک پوشش دی الکتریک مناسب. سیستم حفاظت کاتدی با استفاده از جریان محافظ در سطح بیرونی لوله محلی که در معرض خاک مجاور در ناپیوستگی های سیستم پوشش قرار دارد از لوله محافظت می کند. سیستم پوشش به کار می رود برای کاهش مقدار مجموعه زیاد جریان محافظ مورد نیاز در طول عمر عملیاتی لوله.

مبحث کنترل خوردگی در فاز طراحی خط لوله باید شروع شود و ادامه یابد همراه با راه اندازی و تمام عمر اقتصادی لوله.

این نوشته به طور خلاصه انواع خوردگی ها و روش های جلوگیری را به طور عمومی ابتدا بررسی می کند و سپس به طور اختصاصی خوردگی خط لوله حمل نفت و گاز را بررسی و در نهایت یک مورد عملی از پروژه های خوردگی لوله های نفت خام مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

فصل اول:

انواع خوردگی

- خوردگی یکنواخت:

 معمول ترین متداول ترین نوع خوردگی است. معمولاً بوسیله یک واکنش شیمیایی یا الکترو شیمیایی به طور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد، مشخص می شود. فلز نازک و نازکتر شده و نهایتاً از بین می رود یا تجهیزات مورد نظر منهدم می شوند. مثلاً یک قطعه فولاد یا روی در داخل یک محلول رقیق اسید سولفوریک معمولاً با سرعت یکسانی در تمام نقاط قطعه خورده خواهد شد.

خوردگی یکنواخت یا سرتاسری ، از نظر نتاژ مقدار فلز خورده شده بالاترین رقم را دارد، لکن این نوع خوردگی از نقطه نظر فنی اهمیت چندانی ندارد، زیرا عمر تجهیزاتی که تحت این نوع خنوردگی قرار می گیرد را دقیقاًمی توان با آزمایشات ساده ای تخمین زد. برای این منظور، تنها قرار دادن نمونه های آزمایش در داخل محلول مورد نظر غالباً کافی است. خوردگی یکنواخت را بطرق زیر میتوان متوقف نمود یا کم کرد:

(1) انتخاب مواد پوشش صحیح، (2) بوسیله ممانعت کننده، و یا (3) با استفاده از حفاظت کاتدی. روش های مبارزه با این نوع خوردگی را که می توان بتنهایی با یکدیگر بکار برد.

2-1- خوردگی گالوانیکی یا دو فلزی:

موقعی که دو فلز غیر همجنس که در تماس الکتریکی با یکدیگر هستد، در معرض یک محلول خورنده یا هادی قرار بگیرند، اختلاف پتانسیل بین ان دو باعث برقراری جریان الکترون بین انها می شود.

نسبت به موقعی که این دو فلز در تماس الکتریکی با یکدیگر نباشند، خوردگی فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد، افزایش یافته و بر عکس، خوردگی فلز مقاومتر، تقلیل می یابد. فلزی که مقاومت خوردگی کمتری دارد اندی شده و فلز مقاومتر (از نظر خوردگی) کاتدی می شود. معمولاً کاتد یا فلز کاتد در این نوع خوردگی یا اصلاً خورده نمی شود و یا اگر خورده شود، مقدار خوردگی آن خیلی کم خواهد بود. بعلت وجود جریان های الکتریکی بین فلزات غیر هم جنس این نوع خوردگی، خوردگی گالوانیکی نامیده می شود. این دو نوع خوردگی، خوردگی الکتروشیمیایی بوده، لکن برای سهولت تشخیص، اصطلاح گالوانیکی یا دو فلزی را در این مورد بکار می بریم.

نیروی محرکه برای برقراری جریان و در نتیجه خوردگی، پتانسیلی است که بین این دو فلز وجود دارد. باطری خشک که بطور شماتیکی در شکل 2-1 نشان داده شده است مثلاً خوبی در این مورد است. الکترود کربنی بعنوان یک فلز مقاوم خوردگی – کاتد- عمل نموده و جداره آن که از فلز روی ساخته شده بعنوان آند عمل می کند و خورده می شود. خمیر بین الکترودها هادی الکتریسیته است (و خورنده) و جریان الکتریکی را در داخل باطری هدایت می کند. از منیزیم نیز می توان بعنوان فلز آند یا جداره باطری استفاده نمود.

1-2-1- نیروی الکتروموتوری (EME) و سری گالوانیکی

بطور خلاص، پتانسیل بین فلز در تماس با محلول حاوی تقریباً یک اتم گرم یون فلز مربوطه (اکتیویته واحد)، در یک درجه حرارت قابت بدقت اندازه گیری می شود. جدول 1-1 که غالباً جدول نیرو الکتروموتوری یا جدول emf نامیده می شود، طرز قرار گرفتن فلزات مختلف را نسبت به یکدیگر نشان می دهد. برای سادگی کلیه پتانسیل ها را نسبت به یک الکترود مرجع (H2/H+) که بطور دلخواه صفر فرض شده می سنجند. پتانسیل بین فلزات مختلف را با گرفتن پتانسیل بین الکترودهای رورسیبل مس و نقره 462% ولت است. اختلاف بین مس و روی 1/1 ولت است. برای آلیاژهایی که از دو یا چند جزء فعالی تشکیل شده اند، بدست آوردن پتانسیل رورسیبل عملی نیست، لذا در جدول 2-1 فقط فلزات خالص وجود دارند.

در مسائل عملی خوردگی، تماس گالوانیکی بین فلزات در حال تعادل با یون های خود بندرت اتفاق می افتد. همانطور که در بالا ملاحظه شد قسمت اعظم اثرات خوردگی گالوانیکی در اثر ارتباط الکتریکی با یکدیگر نیز در حال خورده شدن هستند. همچنین چون اکثر مواد مهندسی را آلیاژها تشکیل می دهند، بنابراین اتصال گالوانیکی معمولاً مشتمل بر یک (یا دو) آلیاژ فلزی می باشد. این شرایط جدول گالوانیکی، جدول 2-1 پیش بینی دقیق تری از روابط گالوانیکی می کند تا جدول emf، جدول 2-1 بر اساس اندازه گیری های پتانسیل و آزمایشات خوردگی گالوانیکی در آب دریای آلوده نشده می باشد که بوسیله شرکت بین المللی نیکل انجام شده است. بخاطر اختلاف بین آزمایشات مختلف، تنها موقعیت نسبی فلزات در این جدول مشخص شده است نه پتانسیل آنها. در حالت ایده آل، جداول مشابهی برای فلزات و آلیاژها در تمام محیط ها در درجه حرارت های مختلف مورد نیاز خواهد بود، لکن در این صورت تقریباً بی نهایت آزمایش بایستی انجام شود.

بطور کلی موقعیت فلزات و آلیاژها در جدول گالوانیکی به نحو مناسبی با موقعیت فلزات تشکیل دهنده

آنها در جدول emf تطابق دارد. غیر فعال شدن (روئین شدن) بر رفتار خوردگی گالوانیکی اثر می گذارد. توجه کنید در جدول 2-1 فولاد زنگ نزن در حالت غیر فعال در موقعیت نجیب تری قرار دارد مسبت به موقعی که این آلیاژها در حالت فعال قرار دارند. رفتار مشابهی بوسیله اینکونل که یک نیکل زنگ نزن است مشاهده می شود.

یک ویژگی جالب توجه دیگر جداول گالوانیکی کروشه هایی است که در جدول 2-1 نشان داده شده است. آلیاژهایی که در این کروشه ها جمع شده اند، تا اندازه ای از نظر ترکیب مشابه هستند، مثلاً، مس و آلیاژهای مس. کروشه ها نشان می دهند که در اثر کاربردهای عملی خطر کمی برای خوردگی گالوانیکی زوج های فلزات و آلیاژهایی که در یک کروشه خاص قرار دارند، وجود دارد. این بخاطر نزدیکی اینها بهم دیگر در جدول می باشد، و در نتیجه پتانسیل بوجود آمده بین آنها چندان قابل توجه نحواهد بود. در این جدول نیز هر چه دو فلز از یکدیگر دورتر باشند، اختلاف پتانسیل بین آنها بیشتر خواهد بود.

در صورت عدم وجود نتایج آزمایشات در یک محیط خاص، سری گالوانیکی راهنمای خوبی برای اثرات احتمالی گالوانیکی می باشد. به عنوان مثال جند مورد انهدام را با استفاده از جدول 2-1 بررسی می کنیم. یک بدنه قایق از جنس مونل یا میخ پرچ های فولادی در اثر خوردگی سریع میخ پرچ های فولادی سوراخ شد. لوله های آلومینیوم متصل به لوله های برگشتی برنجی بشدت خورده شدند. تانک های آب گرم منازل از حنس فولاد در محل اتصال لوله های مسی به تانک سوراخ می شوند. شفت پمپ ها یا تیغه های والواها از جنس فولاد یا موارد مقاومتر خوردگی، در اثر تماس با گرافیت خورده شدند.

خوردگی گالوانیکی گاهی اوقات در محل های غیر منتظره ای اتفاق می افتد. مثلا در یک مورد، خوردگی در لبه های جلوی مدخل ورودی محفظه موتورهای جت اتفاق افتاد. خوردگی در اثر پارچه ای که روی مدخل ورودی موتور قرار داشت، اتفاق افتاده بود. برای جلوگیری از رویش قارچ و جلبک روی این پارچه، آنرا با نمک های مس آمیخته کرده بودند. آمیختن پارچه با نمک های مس برای جلوگیری از رویش قارچ جلبک، ضد آتش کردن و دلایل دیگر خیلی متداول است. نمک مس باعث آب شدن مس روی فولاد آلیاژی شده و در نتیجه فولاد بطور گالوانیکی خورده شده بود. این مسئله با استفاده از یک نایلون یا پوشش وینیلی که حاوی هیچگونه فلزی نباشد، حل شد.

این مثال ها بر این واقعیت تاکید می کنند که مهندس طراح بایستی مخصوصاً از اثرات خوردگی گالوانیکی آگاه باشد. گاهی اوقات کاربرد فلزات همجنس در تماس با یکدیگر اقتصادی است. مثلاً دیگ بخار (بویلر) با لوله های مسی و صفحه لوله چدنی یا فولادی در تماس است. در صورت وقوع خوردگی گالوانیکی، صفحه لوله ها که ضخیم و حجیم است خورده خواهد شد (در مقایسه با لوله های نازک مسی)، و بخاطر ضخامت زیاد صفحه لوله ها، عمر آنها زیاد خواهد بود. در عین حال بجای صفحه لوله های برنزی گران قیمت از صفحات چدنی با فولادی که ارزانتر هستند، استفاده شده است. در شرایطی که از نظر خوردگی شدیدتر است، مثلاض در محلول های رقیق اسیدی یا در مواردی که کمترین سرعت خوردگی باعث آلودگی و در نتیجه خساراتی به سیستم خواهد بود، ممکن است صفحه لوله ها را از جنس برنز انتخاب کنند.

پتانسیل تولید شده بوسیله یک پیل گالوانیکی که از دو فلز غیر همجنس ساخته شده است. با زمان تغییر می کند. اختلاف پتانسیل باعث جریان شده و خوردگی در الکترود اندی اتفاق می افتد. با پیشرفت خوردگی، محصولات حاصل از خوردگی یا واکنش های دیگر ممکن است روی سطح آند یا کاتد یا هر دو مجتمع نمایند و بدین ترتیب سرعت خوردگی تقلیل یابد.

درخوردگی گالوانیکی، معمولاً پولاریزاسیون واکنش احیا (پولازریزاسیون کاتدی) کنترل کننده است. چون درجه پولاریزاسیون و موثر بودن آن بستگی به فلز و آلیاژ دارد، لذا قبل از آنکه بتوان میزان خوردگی گالوانیکی را برای یک کوپل پیش بینی نمود، لازم است اطلاعاتی درباره ویژگی پولاریزاسیون آنها بدست آورد. مثلاً تیتانیم در آب دریا خیلی نجیب می‌باشد (مقاومت علی نشان می دهد) معهذا خوردگی گالوانیکی یک فلز فعالتر از مقداریست که پیش بینی می شود. دلیل آن این است که تیتانیوم بسهولت در آب دریا بصورت کاتدی پولاریزه می شود.

بطور خلاصه جدول سری گالوانیکی ویژگی های خوردگی گالوانیکی را دقیق تر از جدول emf نشان می دهد. لکن همانطور که بعداً بحث خواهد شد بایستی توجه داشت که در مورد سری گالوانیکی نیز استثنایی وجود دارد، لذا هر جا که مسکن باشد بایستی آزمایشات خوردگی در شرایط مورد نظر انجام شود.

2-2-1 اثرات محیط

ماهیت وخورندگی محیط به میزان زیادی بر شدت خوردگی گالوانیکی تاثیر می گذارد. معمولا فلزی که مقاومت کمتری نسبت به محیط مورد نظر دارد، آند می شود.

بعضی وقت ها پتانسیلیک زوج گالوانیکی در یک محیط دیگر عکس می شود. جدول 3-1 رفتار عمومی فولاد بر روی را در محیط های آبی نشان می دهد. معمولاً هم فولاد و هم روی هر کدام به تنهایی خورده می شوند، لکن موقعی که آنها را به هم متصل می کنیم روی خورده شده و فولاد حفاظت می شود. در موارد خاصی مثل دیگ های آب گرم خانگی در درجه حرارت های بالاتر از f 180 حالت فوق بر عکس شده و فولاد آندی می شود. ظارهراً در این حالت محصولات خوردگی روی باعث نجیب تر شدن این فلز نسبت به فولاد می شوند. Haney  نشان داد که در حضور یون های ممانعت کننده نظیر نیترات ها، بی کربنات ها و یا کربنات ها در آب، روی به مقدار کمی نجیب تر می گردد و پتانسیل ها بر عکس خواهد شد.

(جداول در فایل اصلی موجود است)