Corrosion in various industries
مروری بر خوردگی در صنایع مختلف
با توجه به شرایط اقلیمی و تنوع آب و هوایی ایران، مناطق خورنده ی زیادی در کشور وجود دارد. خلیج فارس و دریای عمان از خورنده ترین آب های دنیا هستند. تجهیزاتی که در این آب ها کار می کنند (اعم از تجهیزات ثابت مانند اسکله های نفتی، سکوها و تجهیزات متحرک مثل نفت کش ها، ناوها، ناوچه های جنگی) تحت شدیدترین خوردگی ها قرار دارند. در مرکز ایران محیط کویری و صنعتی و در شمال اتمسفر بارانی شرایط مناسبی برای خوردگی تجهیزات فراهم آورده اند.
همان طور که گفته شد خوردگی پدیده ای است که در اکثر محیط ها اتفاق می افتد، از این رو هیچ صنعتی نمی تواند از هزینه های خوردگی در امان باشد. مثلا، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، کارخانجات و صنایع سنگین تولیدی (ذوب آهن، فولادسازی و …)، حمل و نقل، آب و فاضلاب، از جمله صنایعی هستند که به شدت با این پدیده دست به گریبانند. در این بخش سعی شده است به طور خلاصه به بررسی خوردگی در چند صنعت مهم پرداخته شود.
اکتشاف و استخراج نفت و گاز
تجهیزات حفاری، لوله های سطحی، مخازن تحت فشار و مخزن های ذخیره نفت و گاز تحت تاثیر خوردگی با نفت و آبی که شامل CO2 و H2S هستند، می باشد. کنترل خوردگی در این حالت عامل بسیار مهمی است. میزان خوردگی مخازن نفت بسته به شرایط، متفاوت است (مثلا حالت بسیار خورنده در نفت ایران و حالت خورندگی پایین در نفت برنت). همچنین آب موجود در مخازن که CO2 و H2S محلول را به همراه دارد، بسیار خورنده است. علاوه بر این میکروارگانیسم ها می توانند به دیواره ی لوله ها حمله کرده و باعث خوردگی شوند. به طور کلی خوردگی در صنایع نفت و گاز ناشی از حضور اکسیژن، گاز دی اکسید کربن، گاز سولفید هیدروژن، پلی سولفیدها، اسیدهای آلی و گوگرد است.
پالایشگاه نفت
پالایشگاه های نفت، گاز و مجتمع های پتروشیمی از جمله صنایعی هستند که در کشورهای پیشرفته جهان، حساسیت زیادی از نظر ایمنی و محیط زیست بر روی آن ها وجود دارد. خروج مواد آلوده کننده از مخازن و لوله ها در اثر وقوع خوردگی می تواند لطمات جبران ناپذیری به محیط زیست وارد کند.
سیستم تولیدی یک پالایشگاه، نیروی حیاتی آن است. آسیب دیدگی در هر مخزن تولیدی، به خصوص در خطوط مخازن اصلی، هزینه های گزافی را به پالایشگاه تحمیل کرده که این هزینه ها بسیار بالاتر از هزینه های نگهداری و حفاظت خواهد بود.
ایران دارای 9 پالایشگاه نفت است. شرایط اقلیمی خاص، پیشینه پالایشگاه های کشور و نوع نفت خام تولید شده، عوامل اصلی تاثیر گذار در هزینه خوردگی در صنعت نفت کشور هستند. به علت هزینه های بالای پالایشگاه، قیمت تمام شده ی محصولات نیز بالا بوده و سود کمی عاید پالایشگاه ها می شود.
رسوب و خوردگی در سیستم های آب پالایشگاه
یک پالایشگاه دارای بیش از 3000 مخزن عملیاتی با اندازه، شکل، فرم و عملکرد متفاوت است. به علاوه هر پالایشگاه دارای حدود 3200 کیلومتر خطوط لوله است که اکثرا در زیر زمین کار گذاشته شده و دور از دسترس است. داخل این مخازن و لوله ها، مواد خورنده از قبیل آب و نفت قرار دارد و بیرون آن ها در تماس با اتمسفر و یا خاک است. به ازای تصفیه هر بشکه نفت حدود 8 لیتر آب که حاوی H2S و CO2 است تولید می شود. علاوه بر این در طول فرآیند پالایش، اسید کلریدریک نیز تولید می شود که این اسید نیز خورندگی بسیار بالایی روی تجهیزات ایجاد می کند و همچنین اسید نفتالیک موجود در نفت نیز باعث خوردگی داخلی در مخازن و لوله ها می شود.
مخازن نگهداری نفت بر روی زمین و لوله های انتقال آب زیر زمین قرار دارند. از این رو خوردگی خارجی برای مخازن و لوله ها مطرح می شود که می توان برای کاهش خوردگی از حفاظت کاتدی بهره جست.
صنایع شیمیایی، پتروشیمی و دارویی
نوع خوردگی هایی که در این سه صنعت اتفاق می افتد بسیار شبیه به هم هستند. رایج ترین انواع خوردگی عبارتند از: ترک خوردگی کلریدی، اکسیداسیون، سولفیداسیون، خوردگی در زیر عایق های حرارتی و ترک خوردگی آمونیاکی.
در صنعت پتروشیمی در مبدل های حرارتی خنک شونده با آب، و در زیر عایق های حرارتی که پوسیده شده و آب به داخل آن ها نفوذ کرده خوردگی کلریدی اتفاق افتاده است.
در صنعت دارویی، خوردگی مخازن، آستر شیشه ای و عایق ها اتفاق می افتد. معمولا 45 درصد آسیب ها در این سه صنعت از بابت خوردگی است. لوله ها، مخزن ها، راکتورها، شفت ها، برج ها، کمپرسورها، مبدل های حرارتی، گرمکن، کندانسورها و دیگ بخار تجهیزاتی هستند که به طور مرتب از سرویس خارج می شوند.
در صنایع داروسازی به علت وجود ترکیبات کلردار در داروهای مختلف، میزان خوردگی تجهیزات بالا می باشد و ترک خوردگی کلریدی به وجود می آید. در صنایع شیمیایی و پتروشیمی نیز به علت استفاده از مواد خام اولیه خورنده مثل نفت خام، اسیدها و بازها در مخازن نگه داری، لوله ها و مخزن ها، خوردگی شدیدی اتفاق می افتد.
خوردگی در صنعت حمل و نقل
صنعت حمل و نقل بخشی از صنعت است که شامل وسایل نقلیه و تجهیزات مورد استفاده برای جابجایی افراد و محصولات (مانند اتومبیل، کشتی، هواپیما و …) است. مطالعات نشان می دهد که در آمریکا هزینه خوردگی در صنعت حمل و نقل، 21.5 درصد کل هزینه ها است.
صنعت حمل و نقل را به پنج دسته وسایل نقلیه موتوری، کشتی ها، هواپیما، حمل ونقل ریلی و حمل و نقل مواد خطرناک می توان تقسیم کرد. در این بخش به توضیح مختصری پیرامون دو مورد اول می پردازیم.
الف) وسایل نقلیه موتوری
هزینه های خوردگی در این بخش دارای سه مولفه اصلی است:
- افزایش هزینه ساخت به علت استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی
- تعمیر و نگهداری به علت خوردگی
- استهلاک به علت خوردگی
این پارامترها به آب، هوا و شرایط اقلیمی یک کشور وابسته هستند. به علت تنوع آب و هوایی ( شمال و جنوب کشور، اتمسفر دریایی و مرکز کشور، خشک و بیابانی ) ایران دارای اتمسفر مستعد برای خوردگی وسایل نقلیه موتوری است.
صنعت خودروسازی در دنیا یکی از مهم ترین واحدهای تولیدی بوده که ثبات این روند و قطعات متعدد خودرو ایجاب می کند که مسئله خوردگی در آن ها چه از بعد فنی و چه از جنبه تزئینی اقتصادی مورد توجه قرار گیرد. صنعت خودروسازی به دلیل شرایطی نظیر قرار گرفتن فلزات گوناگون در کنار یکدیگر، جریان انواع سیالات داخلی و شرایط محیطی آلوده مستعد به وقوع انواع خوردگی می باشد.
از سال 1970 به بعد سازندگان اتومبیل، استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی را افزایش داده و طراحی های اتومبیل را با توجه به خوردگی انجام می دادند. سازندگان اتومبیل، مواد مورد استفاده در سیستم سوخت رسانی، ترمز و حتی سیستم الکتریکی ماشین را به خاطر خوردگی تغییر دادند. بیشتر خرابی ها در سیستم الکتریکی و الکترونیکی خودرو به خاطر خوردگی رخ می دهد.
البته با توجه به تغییرات و اصلاحات انجام شده در طراحی اتومبیل ها مشکل خوردگی به طور کامل در خودرو رفع نشده است. به عنوان مثال، اگزوز اتومبیل ها نسبت به چند سال گذشته عمر کوتاه تری دارد.
استفاده از روش های پیشرفته در طراحی موتورها، راندمان احتراق را بهبود بخشیده است، لذا مبدل های کاتالیتیکی گازهای CO2، SO2 و SO3 بخار آب بیشتری را تولید می نمایند. دمای گازهای خروجی نیز افزایش یافته است. به همین دلیل اگزوز اتومبیل ها دچار خوردگی شده و باید به دفعات تعویض گردد. از این رو در حال حاضر اکثر خودروهای جدید برای افزایش مقاومت و ماندگاری، مجهز به سیستم های اگزوزی از جنس فولادهای زنگ نزن می باشد. به طور تقریبی 45 تا 50 پوند از فولادهای زنگ نزن مصرفی در صنعت خودروسازی، در سیستم اگزوز استفاده می شود. به علاوه به منظور کاهش خوردگی در خودرو، فولادهای زنگ نزن در ساخت سیستم های نگهداری، قطعات مربوط به ترمز و سوخت رسانی و … به کار گرفته می شود.
در طول فرآیند طراحی قطعات خودرو باید در حد امکان از تماس دو فلز غیر مشابه و ایجاد تنش و شکاف جلوگیری شود، هم چنین استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند فولادهای پوشش دار و پلیمرها می توانند در طراحی به کمک مهندسان بیایند.
ب) کشتی ها
خلیج فارس و دریای عمان و حتی دریاچه ی خزر از خورنده ترین آب های دنیا به شمار می روند. از این رو مسئله خوردگی کشتی هایی که در این آب ها حرکت می کنند اهمیت به سزایی دارد.
تاثیر هزینه خوردگی از دو جهت برای کشتی ها اهمیت دارد:
هزینه های مهندسی خوردگی و مواد استفاده شده برای حفاظت از خوردگی در ساخت یک کشتی جدید. این هزینه ها شامل مواد مقاوم در برابر خوردگی، پوشش ها و نصب سیستم های حفاظت کاتدی در طول ساخت است.
هزینه های تعمیر، نگهداری و توقف فعالیت یک کشتی به علت خوردگی. این هزینه ها شامل تعویض فولاد بدنه و سایر قطعات که خوردگی زیادی داشته اند، برداشتن پوشش خورده شده، اعمال پوشش جدید و نصب تجهیزات اضافی حفاظت کاتدی است.
خوردگی در سیستم آب آشامیدنی
این بخش از صنعت نیز از خوردگی مصون نیست. تجهیزات و لوله های مورد استفاده در این بخش در تماس با آب و خاک هستند که هر دو محیطی خورنده به حساب می آیند.
دسته بندی هزینه های خوردگی در بخش آب آشامیدنی
هزینه های خوردگی در این بخش از صنعت را می توان به سه دسته تقسیم بندی کرد:
- هزینه جایگزینی سازه های فرسوده (تعویض لوله ها، مخازن و قطعات مورد استفاده در تصفیه خانه ها).
- هزینه های پیش گیری و حفاظت.
- هزینه های هدر رفتن آب به خاطر شکست لوله، مخزن و سایر قطعات.
حدود 50 درصد هزینه هایی که برای تعمیر و نگهداری و بهره برداری در سیستم آب رسانی کشور صرف می شود ناشی از هزینه های خوردگی است.
مورد سوم از موارد بالا چندان مورد توجه متولیان امر قرار نگرفته است. این امر شاید به دلیل بی اهمیت جلوه کردن هدر رفتن آب از دید سازمان های آب و فاضلاب باشد. بر اساس آمار در آمریکا حدود 15 درصد آب تصفیه شده هدر می رود و این رقم در ایران حدود 30 درصد است.
سیستم انتقال و توزیع آب را می توان با کمک پوشش های سیمانی و بر روی لوله های فولادی از خوردگی داخلی حفاظت نمود. حفاظت از خوردگی خارجی را هم می توان به کمک پوشش ها و حفاظت کاتدی انجام داد.
خوردگی در تجهیزات پزشکی
بدن و ایمپلنت می توانند در کنار یکدیگر (یا در ترکیب با هم) مثل یک پیل الکتروشیمیایی عمل کنند و باعث خوردگی ایمپلنت شوند.
70 درصد بدن را سیالات فیزیولوژیکی مثل خون، مایع لنفاوی و آب برون سلولی تشکیل می دهند که خود حاوی آنیون ها و کاتیون هایی از قبیل Cl–، SO42-، Ca2+، Na+ و … و همچنین مواد آلی مثل آلبومین، هموگلوبین، فیبرینوژن و … است. پس سیالات بدن می توانند به عنوان یک الکترولیت برای پیل عمل کرده و باعث خوردگی ایمپلنت شوند (که نقش آند را بازی می کند).
پس ما در علم بیومتریال سعی در انتخاب و ترکیب موادی برای ساخت و طراحی ایمپلنت هایی داریم که خوردگی در آن ها کمتر اتفاق افتاده و در نتیجه عوارض ناشی از آن را تا حد امکان کاهش داده و یا از بین برده و این فراهم کردن راحتی و آسایش برای بیمار، اساس علم مهندسی پزشکی است.
share :
Submit your opinion
Your email address will not be published.