پروژه 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

1-1- 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.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 2-1- مقطع یک باطری خشک

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

(جدول در فایل اصلی موجود است)

جدول 2-1 نیروی الکتروموتوری استاندارد فلزات

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.

جدول 2-1 جدول گالوانیکی بعضی فلزات و آلیاژها در آب دریا

(جدول در فایل اصلی موجود است)

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.

جدول 3-1 تغییر وزن فولاد ورودی به تنهایی و در تماس با یکدیگر (گرم)

(جدول در فایل اصلی موجود است)

تانتال از نظر مقاومت در برابر خوردگی فلزی بسیار مقاوم است و نسبت به پلاتین و کربن آند است. لیکن پیل حاصل تنها در درجه حرارت های بالا فعال است. مثلاً در زوج تانتال – پلاتین جریان تا C110 بر قرار نمی شود و C 256 جریان حدود ma/tt 100 وجود دارد. تانتال نسبت به چدن پر سیلیسیم در اسید سولفوریک غلیظ کاتد است، لیکن جریان بین آند و به سرعت به صفر می رشد. در بالاتر از C145 قطبین پین عکس می شود تانتال را نبایستی در تماس با فلزات آندی قرار داد زیرا هیدروژن کاتدی را جذب نموده و ترد می شود.

خوردگی گالوانیکی در اتمسفر نیز واقع می شود. شدت آن بستگی به نوع و مقدار رطوبت موجود در اتمسفر دارد. مثلاً خوردگی نزدیک سواحل دریا بیشتر از اتمسفر خشک می باشد. کندانس بخار در نزدیک ساحل دریا حاوی نمک است و لذا هادی‌تر و خورنده تر است و در رطوبت و درجه حرارت یکسان نسبت به کندانس در یک ناحیه دور از دریا الکترولیت بهتری است. آزمایشات اتمسفری در نقاط مختلف نشان داده اند که روی (zn) در تمام موارد نسبت به فولاد آند است آلومینیم وظعیت مختلف و متغییری داشته و قلع  و نیکل همواره کاتد بوده اند. موقعی که فلزات کاملاً خشک باشند خوردگی گالوانیکی اتفاق نخواهد افتاد، زیرا الکترولیتی برای حمل جریان بین سطوح الکترودها وجود دارد.

3-2-1- اثر فاصله دو الکترود:

خوردگی گالوانیکی معمولاً نزدیک محل اتصال دو فلز شدید تر است و با دور شدن از این نقطه خوردگی نیز کم می شود. فاصله ای که تحت تأثیر خوردگی قرار می گیرد بستگی به مقاومت محصول دارد. با در نظر گرفتن مسیر جریان و مقاومت مدار این مسأله واضح است، در آبی با مقاومت بالا و یا کاملاً خوردگی ممکن است به صورت یک شیار باریک ظاهر گردد. خوردگی گالوانیکی از موضعی بوده آن در نزدیکی محل اتصال دو فلز به سهولت تشخیص است.

4-2-1- اثر سطح

یک فاکتور مهم دیگر در خوردگی گالوانیکی اثر سطح، یا نسبت سطح کاتد به سطح آند می باشد. نسبت سطحی نا مناسب مشتمل بر کاتد بزرگ و آند کوچک است. برای یک مقدار معین جریان در پیل، دانسیته جریان برای الکترود کوچک به مراتب بزرگتر از تا دانسیته جریان برای الکترود بزرگتر، هر چه دانسیته جریان در یک منطقه آندی بزرگتر باشد، سرعت خوردگی بیشتر است خوردگی نواحی آندی ممکن است 100 تا 1000 برابر بیشتر از حالتی باشد که سطح آند با کاتد برابرند. شکل 3-1 دو مثال خوب از اثر سطح را نشان می دهد. نمونه ها، صفحات پرچ  شده مسی و فولادی هستند که هر دو در یک زمان به مدت 15 ماه در آب دریا قرار گرفته اند. در سمت چپ صفحات فولادی با میخ پرچ های مسی، و در طرف راست صفحات مسی با میخ پرچ های فولادی قرار دارند. مس نسبت به فولاد در آب دریا، فلز نجیب تر یا مقاوم تر در برابر خوردگی است. صفحات فولادی در سمت چپ قدری خورنده شده اند، لیکن اتصال حاصل از میخ پرچ ها هنوز قوی است. نمونه سمت راست دارای نسبت سطحی نا مناسبی است میخ پرچ های فولادی که در تماس با سطح بزرگ کاتدی قرار دارد خیلی بیشتر است.

تخلف از اصل ساده فوق غالباً منجر به خسارات زیادی می گردد. به عنوان مثال در یک کارخانه در طی یک برنامه عظیم توسعه چند صد تانک بزرگ نصب گردید. اگر تانک های قدیمی را از فولاد معمولی می ساختند و با یک رنگ فنلی پخته شده قسمت داخلی را پوشش می دادند. محلولی که در تانک، اثر خوردنگی کمی روی فولاد داشت.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 3-1- تأثیر نسبت سطحی بر خوردگی گالوانیکی در کوپل فولاد- مس

لکن آلوده شدن محصول مسأله مهمی بود. این پوشش در قسمت کف خساراتی متحمل می شود که اکثر در اثر ضربات مکانیکی بود و لذا هر چند وقت یک بار بایستی پوشش کف معمولی که فولاد زنگ نزن 8-18 روکش شده بود ساخته شد. دیواره ها و سقف تانک از فولاد معمولی ساخته شده و به وسیله همان رنگ فنلی پوشش داده شده، شکل 4-1 و پوشش را تا اندکی روی فولد زنگ نزن در قسمت زیر خط جوش ادامه داده اند.

چند ماه بعد از آغاز به کار کارخانه جدید، تانک ها یکی بعد از دیگری شروع به سوراخ شدن در قسمت دیواره ها نمودند. اکثر سوراخ ها در یک باند به پهنای 2 اینچ در بالای خط جوش واقع می شدند. بعضی از تانک های تمام فولادی قدیمی از نقطه نظر سوراخ شدن دیواره ها، 10 تا 20 سال بدون کوچکترین دردسر عمر کرده بودند.

توجیه و علت مسأله فوق به قرار زیر است: به طور کلی پوشش های رنگی قابل نفوذ بوده و ممکن است دارای نواقصی باشند مثلاً این رنگ فنلی پخته شده حتی در مقابل آب دریا که دو بار تقطیر شده از بین می رود. سوراخ شدن تانک های جدید ناشی از نسبت سطح کاتد به آند نامناسب می باشد. آندهای کوچکی که روی ورقه های فولادی دیواره بوجود آمده بود، در تماس الکتریکی با سطح بزرگ فولاد زنگ نزن بوده و باعث ایجاد سرعت های بالای خوردگی در حدود mpy 100 شده است.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 4-1 جزئیات تانک فولادی که در یک قسمت آن روکش فولاد زنگ نزن بکار رفته است

5-2-1- جلوگیری:

روش هایی برای مبارزه یا حداقل نمودن خوردگی گالوانیکی وجود دارد. بعضی وقت ها یکی از این روش ها کافی است، لیکن بعضی مواقع ممکن است یک یا چند تا از این روش ها لازم باشد. این روش ها به شرح زیر می باشند:

1- در صورت نیاز به کاربرد فلزات غیر همجنس حتی الامکان سعی کنید که موقعیت آنها در جدول گالوانیکی به یکدیگر نزدیکتر باشد.

2- از نسبت سطحی نامطلوب، آند کوچک و کاتد بزرگ، بپرهیزید. قطعات کوچک مثل پیچ و مهره ها یا میخ پرچ ها برای نگه داشتن فلزات فعال تر به یکدیگر مناسب هستند.

3- فلزات غیر همجنس هر جا که ممکن ات از یکدیگر عایق سازید و در صورت امکان بایستی اجزائ را کاملاً عایق بندی کرد. یک اشتباه متداول در این زمینه در اتصالات پیچی همچون فلانچ ها می باشد. بعنوان مثال می توان به اتصال لوله و والر به یکدیگر اشاره کرد. بطوریکه لوله از جنس فولاد و یا سرب و والو ار مواد دیگری انتخاب گردد.

در این حالت برای عایق کردن دو قسمت از واشر با کلیتی در زیر پیچ و مهره ها استفاده می گردد ولی باز هنوز بدنه پیچ ها با فلانچ در تماس است. برای حل این مسئله هم ماه واشر از تیوب های پلاستیکی بر روی بدنه پیچ ها استفاده می گردد. بطوری که پیچ ها کاملاً از فلانج ها مجزا گردند. شکل 5-1 نحوه صحیح عایق کردن در یک اتصال با پیچ را نشان می دهد. نوار پیچی و رنگ، مقاومت الکتریکی مدار را زیاد می کنند و راه حل های دیگری می باشند.

4- پوشش ها را البته با احتیاط بکار ببرید. از حالات شبیه آنچه که در رابطه با شکل 4-1 گفته شد، پرهیز نمائید. پوشش را بخوبی تعمیر کنید، مخصوصاً پوشش روی نواحی آندی.

5- در صورتیکه ممکن باشد برای کم کردن خوردگی محیط، از ممانع کننده استفاده کنید.

6- در باره موادی که در جدول گالوانیکی دور از یکدیگر قرار دارند، از اتصالات پیچ و مهره ای پرهیز نمائید. همانطور که در شکل 5-1 نشان داده شده است. قسمتی از ضخامت موثر جداره فلز در مرحله پیچ سازی برداشته می شود. به علاوه، مایعات کندانس شده یا رطوبت کندانس شده، می تواند در شیارهای پیچ تجمع پیدا کند و همان جا باقی بماند.

اتصال زرد، جوش با استفاده از یک از یک آلیاژی که حداقل نسبت به یکی از دو فلز تحت اتصال نجیب تر باشد، ارجحیت دارد. استفاده از الکترود همجنس با فلز زمینه ای که جوشکاری در آن صورت می گیرد مطلوب تر است.

7- قسمت های آندی را طوری طراحی کنید که به سهولت قابل تعویض باشند. با آنها را ضخیم تر انتخاب کنبد تا عمر بیشتری داشته باشد.

8- به اتصال های گالوانیکی، فلز سومی که نسبت به دو فلز قبلی آند باشد متصل نمائید.

3-1 خوردگی شیاری

اکثرا در شیارها و نواحی دیگری روی سطح فلز که حالت مرده دارند و در معرض محیط خورنده قرار دارند، خوردگی موضعی شدیدی اتفاق می افتد. این نوع خوردگی معمولاً هر ماه یا حجم های کوچک محلول ها یا مایعات که در اثر وجود سوراخ، سطوح واشرها، محل روی هم قرار گرفتن دو فلز رسوبات سطحی و شیارهای زیر پیچ، مهره ها، و یمخ پرچ ها ساکن شده اند یا به اصطلاح حالت مرده پیدا کرده اند، می باشد در نتیجه این نوع خوردگی را خوردگی شیاری یا گاهی اوقات خوردگی لکه ای یا واشری نیز می نامند.

1-3-1- فاکتورهای محیطی

مثال هایی از رسوباتی که ممکن است باعث خوردگی شیاری، (یا خوردگی لکه ای) بشوند عبارتند از: ماسه، کثافات، محصولات خوردگی و جامدات دیگر. رسوب بعنوان یک مانع عمل می کند و در زیر آن محلول بصورت ساکن در می آید. رسوبات می توانند محصولات خوردگی نیز باشند. شکل 7-1 خوردگی شیاری یک کویل حرارتی از نقره خالص را بعد از فقط چند ساعت کار نشان می دهد. جامدات معلق ناحلول روی سطح کویل راسب شده و در مثال حاضر باعث خوردگی نشان داده شده گردیده است. جداره داخلی تانک با روکش نقره هیچگونه اثری از خوردگی نشان نداده زیرا در این نواحی رسوبی بوجود نیامده است.

شکل در فایل اصلی موجود است

شکل 7-1 خوردگی شیاری یک کویل حرارتی نقره ای

تماس بین سطوح فلز و غیر فلز نیز می تواند باعث خوردگی شیاری گردد. این حالت در مورد بعضی واشرها پیش می آید. مثال هائی از این گونه واشرها که می توانند باعث این نوع خوردگی گردند عبارتند از چوب، پلاستیک، لاستیک، شیشه، بتن، آزبست، موم و پارچه. شکل 8-1 مثلا خوبی از خوردگی شیرای در فصل مشترک واضر با فولاد زنگ نزن می باشد. داخل لوله مقدار ناچیزی خورده شده است.

فولادهای زنگ نزن خصوصاً مستعد به خوردگی شیاری هستند. مثلاً یک ورقه فولاد زنگ نزن 8-18 را می توان با قرار دادن یک کش لاستیکی به دور آن و سپس فرو بردن آن در آب دریا از وسط به دو نیم کرد. خوردگی شیاری در محل تماس لاستیک و فلز شروع شده و پیشروی می کند.

برای عمل کردن بعنوان یک محل خوردگی، شیار بایستی باندازه کافی باز باشد تا مایع بتواند داخل آن شود، لکن بایستی آنقدر نیز باریک باشد تا یک منطقه ساکن محلول بوجود آورد. بدین دلیل است که خوردگی شیاری معمولاً در شیارهایی با دهانه هائی به عرض چند هزارم اینچ یا کمتر اتفاق می افتد.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 8-1 خوردگی واشری (شیاری) یک فلانج بزرگ از فولاد زنگ نزن

این نوع خوردگی بندرت در شیارهای بازتر (مثلا به عرض حدود3 میلیمتر) اتفاق می افتد و اشرهای الیافی که دارای خاصیت جذب آب می باشد، تشکیل یک محلول کاملا ساکن روی سطح فلاج داده و شرایط تقریبا ایده آلی را برای خوردگی شیاری فراهم می آورند.

2-3-1 مکانیزم

تا همین اواخر، عقیده بر آن بود که خوردگی شیاری صرفا در اثر اختلاف غلضت یون فلز یا اکسیژن بین داخل شیار و محیط اطرافش می باشد. در نتیجه اصطلاح خوردگی پیل غلضتی نیز برای مشخص کردن این نوع خوردگی بکار رفته است. مطلاعات جدیدتر نشان داده است که اگر چه اختلاف غلضت یون فلز و اکسیژن در خوردگی شیاری وجود دارد، لکن علل اساسی و اصلی این نوع خوردگی نیستند بذای نشان دادن مکانیزم خوردگی شیاری، ییک اتصال پرچ شده از فلز M (مثل آهن یا فولاد ) را که در آب دریا قرار دارد، در نظر بگیرید (7 ,( PH=شکل 9-1 واکنش کلی مشمل بر انحلال فلزM و احیاء اکسیژن به یونهای هیدروژن کسیل به هیدروکسی می باشد.

    M→M ++e -                                       (1-1)  اکسیداسیون

                  (2-1)                           O2+2H2O+4e-→4OH-   احیاء

 ابتدا واکنشها بطور یکنواخت روی تمام سطح واقع می شوند، از جمله داخل شیار اصل بقابار الکتریکی در فلز و داخل محلول برقرار است. هر الکترونی که در اثر تشکیل یون فلز به وجود می آیدسرعت به وسیله واکنش احیاء اکسیژن مصرف می شود. هم چنین در ازای هر یون فلز درمحلول، یک بون هیدروکسیل به وجود می آید. بعد از یک زمان کوتاه، اکسیژن داخل شیار تمام می شود (بعلت ساکن بودن محلول در شیار و عدم دسترسی آن به کل محلول یا عدم کنو کسیون محلول در داخل شیار)، لذا در این ناحیه دیگر احاء اکسیژن صورت نمی گیرد. البته این مسئله به تنهائی هیچ گونه تغیری در کل خوردگی نمی دهند. چون سطح داخل شار معمولا نسبت به سطح بیرونی فلز خیلی کوچک است، سرعت کلی احیاء اکسیژن، تقریبا بدون تعغیر می ماند. بنابراین سرعت خوردگی نسبت به موقعی که اصلا شیاری وجود نداشته باشد، یکی خواهد بود.

تخلیه باتمام شدن اکسیژن داخل شیار دارای یک تاثیر غیر مستقیم مهم می باشد که با ادامه خوردگی مهم تر می شود بعبد از تمام شدن اکسیژن صورت نمی گیرد، در حالکیه حل شدن فلز M در داخل شیرا به وجود می آید که لزوما با مهاجرت یونهای منفی کلر محلول به داخل شیرا با یستی خنثی کرد. در نتیجه غلظت کلرور فلز در ئاخل شیار افزایش می بابد. با ستثنای فلزات قلائی (مثل سدیم و پتاسیم) نمکهای فلزی شامل کلوروها و سولفاتها در آب هیدرو لیز می شوند.

(3-1)                                                      

معادله3-1 نشان می دهند که محلول آبی کلرورهای فلزات در آب تجزیه شده، هیدروکسید نامحلول و اسید آزاد به وجود می آید به دلایلی که هنوز علت آن مشخص نشده هم یون کلر و هم یون هیدروژن سرعت خوردگی اکثر فلزات و آلیاژ را افزایش می دهند (معادله 1-1). این یونها به دلیل مهاجرت و هیدرولیز در شکافها وجود داردند و بنابراین هم آن طوری که در شکل 10-1 نشان داده شده با عث افزایش سرعت حل شدن فلز M خواهند شد.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 9-1 خوردگی شیاری – مراحل اولیه

افزایش سرعت حل شدن باعث افزایش مهاجرت یونها می گردد و در نتیجه یک فرآیند شتاب گیرنده یا یک واکنش اتوکاتالتیک به وجود خواهد آمد. نشان داده شده است که محلول داخل شیارهای که در معرض محلول های رقیق نمک طعام با PH خنثی قرار گرفته اند پس از آزمایش دارای غلضت یون کلر 3 تا 10 برابر غلظت محلول اصلی و دارای 2 تا3 بوده اند.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 10-1 خوردگی شیاری- مراحل بعدی

با افزایش خوردگی در داخل شیار، سرعت احیاء اکسیژن در سطوح مجاور شیار به طریق کاتدی حفاظت می شوند. بنابراین در مرحله خوردگی شیاری، خوردگی در شیار متمرکز است در حالی که سطوح اطراف شیار یا اصلا خورده نمی شوند یا خیلی کم خورده می شوند.

مکانیزم فوق با ویژگیهای خوردگی شیرای مطابقت دارد این نوع خوردگی دراکثر محیطها اتفاق می افتد، اگر چه معمولا در محیطهایی که محتوی کلرور باشند، بسیار شدید تر است. نهایتا یک دوره طولانی تاخیر برای خوردگی شیاری وجود دارد. بعضی وقتها شش ماه تا یک سال لازم است تا خوردگی شروع شد، با سرعتی که دائم افزایش می یابد به جلو می رود.

فلزات یا آلیژهای که مقاومت خوردگی آنها در اثر پوسته های اکسیدی یا لایه های غیر فعال روی سطح آنها است بیشتر در معرض این نوع خوردگی قرار می گیرند، این پوسته ها به وسیله غلظتهای بالای یونهای کلرو هیدروژن از بین می روند و سرعت انحلال به شدت افزایش می یابد.

یک مثال جالب توجه در این مورد گزارش شده است: در یم تانک فولادزنگ نزن (18-8) محتوی آب نمکدار داغ، یک مهره از جنس فولاد زنگ نزن به داخل تانک افتاده و بعد از مدت کوتا هی، خوردگی سریع با رنگ قرمز رنگ زیرمهره آغاز گردید. آلومینیم نیز به علت لزوم پوسته AL2O3 برای محافظت آنف از نظرخوردگی شیاری ضعیف می باشد.

مطالعه این نوع خوردگی مشکل است چون مناطقی که در معرض خوردگی قرار دارند پنهان هستند و نتایج حاصل از آزمایش به واسطه تغیرارت موجود در زمان مورد نیاز برای شروع خوردگی اغلب پراکندگی زیادی دارند. مطالعات تجربی و تئوریک در بررسی این نوع خوردگی امیدوار کننده هستند. اثرات پارامترهای مختلف هندسی و الکتروشیمیایی بر مقاومت در برابر خوردگی شیاری روشن تر شده و در جدول 4-1 خلاصه شده است.

بررسی این جدول نشان می دهید که بهترین مقاومت در برابر خوردگی شیاری در مورد یک فلز فعال- غیر فعال با شرایط زیر بدست می آید.

1- منطقه انتقال فعال به غیر فعال باریک.

2- دانسیته جریان بحرانی کوچک.

3- منطقه غیر فعال وسیع.

تیتانیم دارای این خصوصیات می باشد، هم چنین آلیاژهای پر نیکل (مثل هاستولیC). فولاد زنگ نزن نوع 430 با دانسیته بحرانی بالا، منطقه غیر فعال محدود شدیدا برای خوردگی شیاری مستعد می باشد. پهنای دهانه شیارنیز متغیر مهمی است. تمام فلزات و آلیاژها برای خوردگی شیاری مستعد هستند مشروط برآن که پهنای دهانه شیار به اندازه کافی باریک باشد (مثلا یک میکرون یا کمتر). مقدار پهنای دهانه برای یک آیاژ می تواند مبنایی برای تخمین مقاومت احتمالی آن در برابر خوردگی شیاری باشد.

تاثیر پارامترهای هندسی و الکترو شیمیایی بر مقاومت در برابر خوردگی شیاری

(جدول در فایل اصلی موجود است)

** پارامتر الکتروشیمیایی بایستی در شرایط واقعی شیار اندازه گیری شوند .

استراکیر برای خوردگی شیاری (CCI ) ارائه نموده که در انتخاب مواد کاربرد زیاد دارد که بصورت حاصل جهت لبهایی که معرض خوردگی قرار می گیرند و ما کزیمم عمق خوردگی می باشد یعنیD ×S CCI= می باشد.

3-3-1 مبارزه باخوردگی شیاری

روشهای مبارزه با خوردگی یا حداقل کردن آن به شرح زیر می باشد:

1- در تجهیزات جدید به جای پرچکهای یا استفاده از پیچ و مهره از جوشکاری استفاده کنید. لازم است جوشها سالم و بی عیب باشد و نفوذ کامل مذاب به داخل درز جوش صورت می گیرد تا از به وجود آمدن حفره و شیار در طرف دیگر خط جوش جلوگیری گردد.

2- شیارها رادر محل رویهم قرار گرفتن دو فلز با جوشکاری مداوم، کالک کردن و یا لحیم کاری بپوشانید.

3- تانکها و مخازن را طوری طراحی کنید که هنگام تخلیه هیچ گونه مایعی در داخل آنها باقی نماند از گوشه های تیز و نواحی مرده و ساکن بپرهیزند. تخلیه کامل شستشو و تمیز کردن را آسانتر می سازند و از ته نشین شدن جامدات و تجمع آنها در کف مخزن جلوگیری می نماید.

4- تجهیزات را به طور منظم هر چند یک بار بازرسی کنید و رسوبات را تمیز کنید.

- در صورت امکان جامدات معلق را در پروسسهای اولیه در سیکل کارخانه از بین ببرید.

6- در مرحله خوابیدن کارخانه مواد جاذب رطوبت را حذف نمایند.

7- در صورت امکان محیط یک نواخت به وجود بیاورید، مثلا در پشت بند کردن یک خط لوله.

8- هر جا که مکن باشد، از واشرهای جامد که جاذب رطوبت نیستند مثل تفلون استفاده نمایید.

9- بجای پرس کردن لوله در صفحه لوله ها، از جوشکاری استفاده نمایند.

4-3-1 خوردگی فیلامنتی

خوردگی فیالمنتی یک نوع خاص از خوردگی شیاری است، اگر چه ظاهرا اشتباهی به آن ندارد.در اکثر موارد در زیر پوشش نیز می نامند. این نوع خوردگی خیلی متداول است متداول ترین مثال، خوردگی سطوح لعاب دار یا لاکی ظروف غذا و نوشابه‌ای که در معرض اتمسفر قرار گرفته‌اند می‌باشد. فیلامنت‌هائی بر رنگ قرمز متمایل به قهوه‌ی نشان دهنده خوردگی از این نوع می باشد.

خوردگی فیلامنتی روی سطح فولاد منیزیم و آلومینیم که با قلع، نقره، طلا، فسفات، لعاب، لاک پوشش داده شده اند، مشاهده شده است. هم چنین روی کاغذ فویل های آلومینیم دیده شده است. خوردگی در آن حالت مشترک کاغذ- آلومینیم دیده شده است. خوردگی در یان حالت در فصل مشترک کاغذ- آلومینیم اتفاق افتاده است.

خوردگی فیلامنتی، یک نوع خوردگی غیر عادی است، زیرا باعث تضعیف یا از بین رفتن قطعه نمی شود بلکه تنها به ظاهر خیلی مهم است و این نوع خاص خوردگی مشکل اصلی در صنایع غذای که از قوطی های فلزی استفاده می کنند می باشد. اگر چه خوردگی فیلامنتی روی سطح بیرونی یک قوطی کنسرو بر محتویات داخلی آن بی اثر است، ولی بر فروش آن تاثیر زیادی می گذارد.

این نوع خوردگی در زیر پوشش های شفاف به صورت شبکه ی از محصولات خوردگی دیده می شود. فیلامنت از یک سرفعال و یک دنباله قرمز متمایل به قهوه ای که همان محصولات خوردگی هستند تشکیل شده است، شکل 11-1 فیلامنتها دارای ضخامت 5/2 میلیمتر یا کمتر هستند و خوردگی فقط در سر فیلامنت واقع می شود رنگ آبی متمایل به سبز در سر فعال نشان دهنده یونهای فرو، و رنگ قرمز متمایل به قهوه ای دنباله غیر فعال به واسطه اکسید فریک یا اکسیدفریک هیدراته است.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل 11-1 شکل شما تیکی یک فیلامنت خوردگی که در حال پیشروی سطح فولاداست

جالب ترین قسمت قضیه نحوه حرکت و پیشروی این فیلامنتها و تاثیر شان بر یک دیگر است به شکل 12-1 رجوع شود. فیلامنتهای خوردگی در لبه ها شروع و به صورت خط راست پیشروی می کنند. موقع پیشروی فیلامنتها دنباله های غیر فعال یک دیگر را قطع نمی کنند. هم آن طور که شکل (a) 12-1 نشان داده شده است. فیالمنت خوردگی پس از برخورد با دنباله غیر فعال یک فیلامنت دیگر "منعکس" می گردد زاویه برخورد معمولا با زاویه انعکاس برابر است . اگر یک فلامت فعال با زاویه 90 درجه به یک فلامت دیگر برخورد نماید، ممکن است غیر فعال گردد یا همانطور که غالباً اتفاق می افتد به دو فلامت دیگر تجزیه گردد که هر کدام زاویه تقریباً 45 درجه می سازند، شکل (b) 12-1، در صورتی که دو فلامنت جدید بدهند،، شکل (C) 12-1 شاید جالب ترین حالت تلیه مرگ باشد.

(شکل در فایل اصلی موجود اسنت)

شکل 12-1 شکل شماتیکی تأثیر فیلامنتها روی یکدیگر. (a) انعکاس یک فیلامنت خوردگی (b) تجزیه یک فیلامنت خوردگی، (c) به یکدیگر پیوستن یک فیلامنت خوردگی، (d) "تله مرگ"

که در شکل (d) 12-1 نشان داد شده است. چون فلامنت ها نمی توانند یکدیگر را قطع کنند، غالباً با کم شدن فای موجود می میرند. روی در قوطی هایی که درمعرض اتمسفر مرطوب قرار گرفته اند به سادگی می توان تله های مرگ را پیدا نمود.

فاکتورهای محیطی

مهمترین فاکتور محیطی در خوردگی فلامنتی، رطوبت نسبی اتمسفر است جدول 6-1 نشان می دهد که خوردگی فلامنتی عمدتاً بین رطوبت 65 تا 90 درصد اتفاق می افتد. اگر رطوبت نسبی کمتر از 65 درصد باشد، این نوع خوردگی واقع نخواهد شد، و چنانچه رطوبت نسبی بیش از 90 درصد باشد، خوردگی به صورت تاول زدن ظاهر خواهد شد. بدیهی است که تاول های خوردگی نیز مانند خوردگی فلامنتی نامطلوب است. تجربه نشان داده است که این خوردگی در زیر پوشش های مختلف مثل لعاب، لاک، و پوشش های فلزی واقع می گردد و نوع پوشش نسبتاً بر آن بی تأثیر است. لیکن خوردگی فیلامنتی در پوشش هایی که قابلیت نفوذ رطوبت در ان ها کمتر است، شدت کمتری دارد.

مطالعات میکوسکوپی نشان می دهد که بین فیلامنت های خوردگی و ساختمان متالورژیکی یا رابطه کمی وجود دارد و یا اصلاً رابطه ای وجود ندارد. فیلامنت ها تمایل به دنبال کردن خراش های سطح وجهات صیقل کاری دارند.