مبارزه با دشمن فلزات

خوردگی پدیده مخرب و هزینه آفرینی است که همه ساله موجب هدر رفتن مبالغ هنگفتی از سرمایه کشورها می شود.یکی از روشهای محافظت از لوله های انتقال نفت و گاز استفاده از پوششهای محافظتی است که مانعی را بین جسم و محیط اطراف ایجاد می کند.

کد خبر: ۱۴۱۲۷۳

کاربرد برخی از مواد و روشها با وجود این که سالیانی طولانی نتایج رضایتبخشی را به همراه داشته اند، بعدها منسوخ شده اند یا حتی در سالیان اخیر در حال منسوخ شدن هستند به طوری که استفاده از مواد جدیدتر و روشهای مناسب تر جایگزین آنها می شود.
محققان پژوهشگاه صنعت نفت موفق به ساخت و تولید پوششهای محافظتی جدیدی شده اند که بسیاری از مشکلات پیشین در این زمینه را از میان برمی دارد.

یکی از مباحث بسیار مهم علمی و فنی و اقتصادی که کمتر از یکصد سال است توجه عده ای از دانشمندان و محققان را به خود جلب کرده و مطالعات بسیار زیادی روی آن انجام می شود، موضوع خوردگی و بویژه خوردگی فلزات است. فناوری جدید با کاربرد مواد و مصالح صنعتی گوناگون از جمله فلزات و آلیاژها، پلاستیک ها، سرامیک ها، مواد مرکب و متراکم و چوب همراه بوده و بویژه مستلزم بررسی و تولید آلیاژها و موادی است که در برابر خوردگی مقاومت لازم را داشته باشد.
همه محیطها تا حدودی خورنده هستند، مثلا هوا و رطوبت ، آبها، محیطهای آلوده و صنعتی ، بخار آب ، گازها، حلالها و... برخی از محیطها و در شرایط خاصی خورنده تر از دیگری هستند. خوردگی عبارت است از انهدام و فساد یا تغییر و دگرگونی در خواص و مشخصات مواد به علت واکنش آنها با محیط اطراف.
به گفته مهندس علیرضا معینی دانش آموخته کارشناسی ارشد شیمی دانشگاه تهران و مجری این طرح تحقیقاتی خطوط لوله فولادی ، ایمن ترین و اقتصادی ترین روش انتقال گاز، نفت ، آب و دیگر مایعات و سیالات در مقادیر بالا هستند. از آنجا که فولاد در حضور اکسیژن هوا و رطوبت خورده می شود، به سمت حالت طبیعی خود یعنی زنگ آهن میل می کند. اگر خط لوله ای خورده شود ممکن است دچار نشت یا ترکیدگی و انفجار شود که نتایج مخاطره آمیز و هزینه سنگینی را به همراه خواهد داشت.
خوردگی را می توان با ایجاد یک سد یا مانع بین اکسیژن و رطوبت و قربانی آنها یعنی فولاد، کنترل نموده و از آن ممانعت کرد. پوششها یکی از موثرترین موانع در مقابل خوردگی است.

خوردگی را می توان با ایجاد یک سد یا مانع بین اکسیژن و رطوبت و قربانی آنها یعنی فولاد کنترل نموده و از آن ممانعت کرد

کشور ما از یک سو به دلیل پهناور بودن و وسعت بسیار زیاد و از سوی دیگر به دلیل منابع عظیم و سرشار نفت و گاز از شبکه وسیع خط لوله برخوردار است. حدود 14 هزار کیلومتر خطوط لوله انتقال نفت و 22 هزار کیلومتر خطوط انتقال گاز و طرحهای آتی در این زمینه ، ایران را به یکی از بزرگترین شبکه های خط لوله منطقه تبدیل کرده است.
با توجه به هزینه های هنگفت لوله گذاری ، حفاظت این لوله ها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است ، زیرا در صورت خوردگی لوله ، هزینه های تعمیرات و تعویض بسیار بالا بوده ، ضمن آن که دردسرها و هزینه های جانبی بسیار زیادی را نیز به دنبال خواهد داشت.

نسل جدید پوشش ها

به گفته معینی پوششهای محافظتی از نظر جنس در سه گروه پوششهای فلزی ، پوششهای آلی و پوششهای معدنی قرار می گیرند. پوششهای آلی لایه های محافظ نازکی هستند که با ایجاد آنها روی قطعات موردنظر می توان رابطه سطح را با محیط قطع کرد. این مواد اغلب شامل رنگها، لاکها، لعابها، پلاستیک ها و پوششهای قیری هستند. پوششهای قیری چه از مشتقات نفتی باشند و چه از تقطیر زغال سنگ ، به تنهایی و هم به صورت ترکیب آنها با سایر مواد مورد استفاده فراوانی دارند، مخصوصا در مورد تاسیسات و خطوط لوله زیرزمینی باید دقت شودکه این پوشش در تماس با مواد نفتی یا حلالهای دیگر قرار نگیرد.
انواع مختلفی از پوششها برای حفاظت سطوح خارجی لوله های فلزی در دنیا مورد استفاده قرار می گیرند. پوششهایی که عمدتا درکشور ما برای این منظوربه کار گرفته می شوند عبارتنداز پوششهای قیری ، قطرانی ، پلی اتیلن سه لایه و در سالهای اخیر پوششهای قیری اصلاح شده با پلیمر. در حال حاضر کاربرد پوشش پلی اتیلن سه لایه در کشور با مشکلاتی مواجه شده که پژوهش و بررسی ها جهت رفع نقاط ضعف آن در حال انجام است.
در مورد پوششهای قیری می توان گفت که خواص ذاتی قیرها سبب شده است از آنها به عنوان پوشش محافظ برای خطوط لوله استفاده می شود. توانایی قیرها در تشکیل پیوندهای چسبنده قوی ، با سطوح فلزی ، برجسته ترین خاصیت قیرها در این کاربرد است. خنثی بودن قیرها از لحاظ شیمیایی سبب طول عمر سرویس دهی آنها در محیطهای مختلف شده و مقاومت آنها به جذب رطوبت و نیز مقاومت الکتریکی بالای آنها موجب شده است تا پوشش های قیری به عنوان پوشش هایی که از عملکرد مناسبی برخوردار هستند، مورد توجه قرار گیرند.
در مورد پوشش های قطرانی نیز باید یادآور شد که در طول یکصد سال گذشته پوشش های قطرانی بیش از هر پوشش دیگری در جهان در خطوط لوله به کار گرفته شده اند و هزاران هزار کیلومتر خط لوله از خواص حفاظت در برابر خوردگی این پوشش بهره مند شده اند. با وجود آن که سیستم های پوششی جدیدتر و جذاب تری توسعه یافته و ابداع شده اند، اما انامل قطرانی همچنان به عنوان یکی از موثرترین سیستم های حفاظت از خوردگی باقی مانده و آزمایش های انجام شده درباره کاربرد آن نتایج موفقیت آمیزی را به همراه داشته است.
گفتنی است روش کاربرد هر دو نوع پوشش قیری و قطرانی عمدتا از نوع کاربرد گرم بوده و از اجزایی شامل پرایمر، انامل و نوار تشکیل شده است.
انواع پوشش های قیری و قطرانی از نوع گرم به همراه کلیه اجزای سیستم پوششی در پژوهشگاه صنعت نفت فرموله شده است. در این سیستم برای اطمینان از چسبندگی قوی بین پوشش و فلز از یک پرایمر و برای افزایش دوام و پایداری سیستم از نوارهای زیرین و رویی استفاده می شود. این نوارها باعث تقویت پوشش و افزایش مقاومت آن در مقابل نقش خاک و نفوذ اجسام تیز می شود. دانش فنی پوشش های قیری نیز به بخش خصوصی واگذار شده که برای نخستین بار در سطح کشور تولید شده و نیاز کشور به این ماده را تامین کرده و واردات آن قطع شده است.
به گفته معینی نظارت بر تعدادی از پروژه های پوشش لوله خطوط گاز و نفت ، همکاری در تدوین استانداردهای پوشش لوله های شرکت ملی گاز ایران و وزارت نیرو، انجام کنترل کیفیت و آزمایش های استاندارد پوشش های مصرفی بویژه در وزارت نفت و سازمان های آب و بررسی علل جدایش بعضی از پوشش های مصرفی در حین سرویس دهی از دیگر فعالیت های پژوهشکده در این حوزه است.

پوشش های محافظتی

به گفته معینی ، بازده عملکرد پوشش برای ایجاد حفاظت در مقابل خوردگی یکی از مهمترین فاکتورها در ارزیابی سیستم های پوششی است ، زیرا اولین علت استفاده از پوشش قطع ارتباط بین فولاد با محیط اطراف آن است.
درصورتی که این ارتباط به طور کامل قطع شود دیگر هیچ گاه امکان وقوع پدیده خوردگی وجود ندارد. بنابراین موضوع پوشش های محافظتی لوله از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. به همین دلیل یکی از پروژه های مهم صنعت نفت به ساخت پوششهایی اختصاص یافته است که ازمقاومت مناسبی در برابر خوردگی برخوردار هستند.
استفاده از پوشش ، روکش یا لایه های محافظ برای ایجاد مانع و جدایی بین اجسام و محیط اطراف از زمانهای بسیار قدیم معمول و مرسوم بوده است.
به طور کلی موادی را که به عنوان پوشش حفاظتی به کار می برند می توان در سه گروه مواد بی اثر، موادکند کننده و مواد از بین رونده تقسیم بندی کرد. باتوجه به شرایط موجود و عوامل موثر دیگر از یک یا چند روش ادغام شده استفاده می شود. عملا عاملی به عنوان پوشش کامل وجود ندارد و هیچکدام از انواع پوششها نمی توانند محافظت به مفهوم کامل را تامین کنند چرا که خواص مواد مشخص بوده و هیچ کدام از آنها دارای چنان ثبات و پایداری ذاتی نخواهند بود که بتوانند به طور دائم حملات را رفع نموده یا در برابر آنها مقاومت کنند.
بنابراین پوششهایی که مورد استفاده قرار می گیرند درحقیقت عواملی هستند که حداکثر حفاظت و بازدهی مورد انتظار را داشته باشند و قابل دسترسی و کاربرد باشند. به طور کلی هر چه عمر موثر و بازدهی یک سیستم پوششی افزایش یابد، مخارج اجرا نیز افزایش خواهد یافت

با توجه به اهمیت موضوع انجام مجموعه ای از پروژه های تحقیقاتی نیز به شرکتهای مختلف تابعه وزارت نفت خصوصا شرکت ملی گاز ایران پیشنهاد شده که در صورت انجام می تواند به حفظ سرمایه های ملی و افزایش بهره وری شبکه های خطوط لوله کمک کند. ازجمله مهمترین این پروژه ها بررسی علل جدایش پوشش پلی اتیلن سه لایه است. این پوشش که در مقادیر بسیار بالا در خطوط لوله گاز و نفت مورد استفاده قرار گرفته و هنوز هم به کار برده می شود، دچار پدیده عدم چسبندگی و جدایش پوشش از سطح لوله شده است.
معینی در پایان برای خطوط لوله ای که پوشش آنها دچار پدیده جدایش شده است و همچنین ایجاد اصلاحات در نحوه به کارگیری پوشش جهت پروژه های آتی که با مشکل عدم چسبندگی مواجه نشوند، تدوین و انجام اصلاحات روی استانداردهای پوشش لوله مطابق با آخرین دستاوردهای علمی روز و معرفی پوشش های جدید که از کارایی بالاتری برخوردار هستند را از مهمترین اقداماتی دانست که می توان برای مبارزه با خوردگی یعنی دشمن فلزات از آن استفاده کرد.

خوردگی به روایت تاریخ

وقوع طبیعی واکنش های مربوط به پدیده خوردگی به زمانهای بسیار دور برمی گردد ولی برخورد علمی و اصولی با این پدیده به مطالعات و تحقیقات بسیار ارزشمند دانشمند معروف ایتالیایی مایکل فاراده نسبت داده می شود. این دانشمند در سالهای 1830 - 1840رابطه بین فعالیت های شیمیایی و جریانات الکتریکی را ارائه کرد. او همچنین گزارش می کند که رویین شدن آهن ناشی از تشکیل فیلم روی آن است.
او برای نخستین بار اعلام کرد که انحلال فلزات ماهیت الکتروشیمیایی دارد. البته پیش از او همفری راوی دانشمند انگلیسی به بررسی اصول خوردگی گالوانیکی پرداخت و نتایج آزمایش های خود درباره چگونگی حفاظت کاتدی بدنه کشتی ها با نصب آندهای از بین رونده را در سال 1824 منتشر کرد. اقدامات این دانشمند پایه های علمی و اجرایی حفاظت کاتدی را به وجود آورد و سبب توسعه و گسترش کاربرد آهن گالوانیزه شد.