loader image

خوردگی در صنایع نفت و گاز

خوردگی در صنعت نفت هر ساله باعث از بین رفتن میلیارد ها دلار می شود. موارد زیادی از خوردگی گسترده در لوله های تولید، شیرها و در خطوط جریان از چاه به  تجهیزات پردازش، رخ داده است. دلیل این امر این است که نفت و گاز حاصل از چاه حاوی مقادیر مختلفی از آب است که می تواند به عنوان یک مرحله جداگانه در تماس با سطح ماده، رسوب شود و اینکه این آب حاوی گازهایی مانند CO2 و احتمالاً H2S و همچنین نمک است. در بیشتر موارد خوردگی شدید ، CO2 نقش عمده ای دارد. خوردگی یکنواخت ۳۰٪ و ۷۰٪ دیگر در اثر خوردگی موضعی ایجاد می شود. روش های مختلف کنترل خوردگی باعث حفاظت از تاسیسات و کاهش هزینه ها می گردد.


هر صنعت، هر سیستم پالایشگاهی ، مشکلات خاص خود را از پدیده های خوردگی با فرکانس های مختلف دارد. حدود ۷۵۵٪ از کل خوردگی به دلیل عدم اطلاع و  دانش کافی و همچنین تعامل ناکافی بین گروه های مختلف مسئولیت پذیر و تصویب تصمیمات ضد خوردگی اتفاق می افتد. عامل انسانی یکی از دلایل اصلی خوردگی هاست. مشکلات خوردگی در صنعت نفت در سه حوزه اصلی رخ می دهد: (۱) تولید ، (۲) حمل و نقل و ذخیره سازی و (۳) عملیات پالایشگاه. بسیاری از پالایشگاه ها حاوی بیش از پانزده واحد فرآیند مختلف هستند که هر یک ترکیبی خاص از جریان های فرآیند خورنده و دمای و فشار دارند. خوردگی معمولاً بسیار آهسته اتفاق می افتد، مگر اینکه در ابتدا مواد نادرست یا ناقصی نصب شده باشند. خوردگی پالایشگاه را نیز می توان دسته بندی کرد: (۱) خوردگی در دمای پایین که در دمای کمتر از ۲۶۰ درجه سانتیگراد و در حضور آب رخ می دهد. (۲) خوردگی در دمای بالا: در دماهای بالاتر از ۲۶۰ درجه سانتیگراد رخ می دهد ، بدون اینکه آب موجود باشد.
صنعت نفت شامل فرآیندهای جهانی اکتشاف ، استخراج ، پالایش ، حمل و نقل (اغلب توسط تانکرهای نفتی و خطوط لوله) و بازاریابی فرآورده های نفتی است. بیشترین حجم تولیدات این صنعت، بنزین و گازوئیل است. نفت همچنین ماده اولیه بسیاری از محصولات شیمیایی از جمله داروهای دارویی ، حلالها ، کودها ، سموم دفع آفات ، رایحه های مصنوعی و پلاستیک ها است. این صنعت معمولاً به سه مؤلفه اصلی تقسیم می شود: بالادست ، میان رده و پایین دست. عملیات میانی معمولاً در رده پایین دست قرار می گیرد.
نفت برای بسیاری از صنایع بسیار حیاتی است و از نظر حفظ تمدن صنعتی در پیکربندی فعلی آن از اهمیت زیادی برخوردار است و بنابراین نگرانی اساسی بسیاری از ملل محسوب می شود. نفت درصد زیادی از مصرف انرژی جهان را شامل می شود، ۳۲٪ برای اروپا و آسیا، بالاتر از ۵۳٪ برای خاورمیانه ، که کشورهای توسعه یافته بزرگترین مصرف کننده آن هستند. تولید ، توزیع ، پالایش و خرده فروشی فرآورده های نفتی به عنوان یک کل، بزرگترین صنعت جهان را از نظر ارزش دلار نشان می دهد.

خوردگی در تولید

میادین نفت و گاز مقدار زیادی لوله آهن ، فولاد ، لوله ، پمپ ، شیر و میله مکنده مصرف می کنند. نشت باعث از بین رفتن روغن و گاز و همچنین نفوذ آب و لجن می شود و در نتیجه باعث افزایش خسارت خوردگی می شود. آب شور و سولفیدهای غالباً در چاه های نفت و گاز وجود دارند. خوردگی در چاه ها در داخل و خارج از پوشش رخ می دهد. تجهیزات سطح در معرض خوردگی جو هستند. در عملیات ریکاوری ثانویه، آب را به داخل چاه پمپ می کنند.

چاه های نفت شیرین

به نظر می رسد که خوردگی در چاه های پر فشار در خط لوله تولید نفت، در بسیاری از مناطق تقریباً به یک مشکل معمول تبدیل شده است. سه روش برای مقابله با خوردگی لوله ها استفاده می شود – پوشش لوله ها، بازدارنده ها یا ضد خوردگی ها و آلیاژها استفاده می شود. لوله های روکش شده بیشترین کارایی را پیدا کرده اند و تا همین اواخر تقریباً در تمام تاسیسات روکش از فنل های محافظت کننده استفاده شده است. رزین های اپوکسی خشک شده اکنون در مقادیر فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

چاه نفت ترش

این چاه ها نفت را با مقدار بیشتری گوگرد نسبت به چاه های شیرین کنترل می کنند و محیطی خورنده تر را نشان می دهند. در چاه های حاوی H2S بالا ممکن است در قسمت بالای چاه که در آن فضای با گاز پر شده است، حمله ای شدید به پوشش داده شود. بخار آب در این منطقه متراکم می شود و H2S و CO2 را جذب می کند.

خوردگی در حمل و نقل و ذخیره سازی

فرآورده های نفتی توسط تانکرها ، خطوط لوله ، مخازن راه آهن و کامیون های تانکر دار حمل می شوند. شدیدترین مشکل خوردگی داخلی در مخازن رخ می دهد. تانکرهای حاوی گازوئیل مشکل خوردگی داخلی شدیدتری نسبت به مخازن نفت دارند زیرا بنزین فلز را بیش از حد تمیز نگه می دارد. نفت لایه یا فیلمی را ایجاد می کند که در برخی موارد باعث حفاظت می شود. تانک های اتومبیل و کامیون های تانکردار برای خوردگی جوی در قسمت بیرونی پوشیده شده اند. دلیل اصلی خوردگی داخلی مخازن ذخیره آب ، وجود آب است.
تشکیل زنگ در دیواره های داخلی خطوط لوله ناشی از حضور آب است که باعث کاهش جریان در خطوط لوله شود و همچنین می تواند باعث آلودگی محصول شود. با تزریق بازدارنده های خوردگی (چند قسمت در میلیون) مانند آمین ها و نیتریت ها در جریان محصول از تشکیل زنگ در لوله ها جلوگیری می شود. خوردگی دیواره های خارجی خطوط لوله با توجه به ماهیت خاک یا آب ، دما ، دسترسی اکسیژن و عوامل دیگر بسیار متفاوت است. برای جلوگیری از خوردگی خاک از پوشش و محافظت کاتدی استفاده می شود. امروزه به طور کلی مشخص شده است که ترکیبات پوشش خوب و محافظت کاتدی بهترین روش برای اطمینان از عمر طولانی و بدون نشت در لوله های مدفون است.

خوردگی در واحدهای پالایشگاه

نفت خام همیشه حاوی ناخالصی هایی است که اغلب منجر به مشکلات شدید خوردگی در پردازش می شوند. محصولات چگال شده از فرآیندهای تقطیر غالباً با موادی مانند اسید سولفوریک ، اسید نفتنیک ، سولفید هیدروژن و کلرید هیدروژن آلوده می شوند. از این رو خوردگی قابل توجهی وجود دارد ، بنابراین می تواند بعنوان محصول جانبی لوله های تقطیر و خنک کننده رخ دهد. خوردگی به طور کلی به صورت ضایعات عمومی ناهموار صورت می گیرد و محصولات خوردگی نامحلول مانند سولفید مس اغلب تولید می شود. شکاف ممکن است به سرعت در زیر این رسوبات غیر محافظ انجام شود. پرکاربردترین مواد لوله ای ، برنج هایی با مقدار بالای روی هستند. هنگامی که از آب دریا یا آب شفاف برای خنک کننده استفاده می شود، در تجهیزات تبادل گرما احتمال خوردگی در کنار آب وجود دارد. در لوله تبادل گرما ، با تزریق قلیایی یا آمونیاک می توان خوردگی را به حداقل رساند تا pH در یک شکل کنترل شده با همراهی یک یا سایر مهارکننده های آمین تشکیل دهنده فیلم حفظ شود. از طرف آب خنک کننده ، با استفاده از سیستم های مناسب محافظت کاتدی در کاناله ای بخاری و خنک کننده ، می توان مزایای آن را بدست آورد. از Zn یا Mg می توان به عنوان آند قربانی استفاده کرد.
خنک کردن آب دریا با پمپ های گردشی در پالایشگاه ها یک مشکل اساسی در کنترل خوردگی است. هنگام خنک کردن آب از طریق لوله های فولادی ، ترکیبی از پوشش های ضخیم بر اساس قیر زغال سنگ به علاوه محافظ کاتدی موثر است. پمپ های گردشی آب خنک کننده از برنز و چدن ساخته شده اند که دارای حفاظت کاتدی از منبع خارجی جریان تحت تأثیر هستند.
برای لوله در استوانه ها و لوله های ترک گاز از فولادهای ضد زنگ استفاده می شود. در بعضی موارد ، یک برج واحد با دو یا سه ماده مختلف روکش شده است تا از تغییر خوردگی در بالا و پایین برج مراقبت کند. خوردگی توسط خوردگی ترش با درجه حرارت و با افزایش مقدار گوگرد افزایش می یابد. کروم مفیدترین عنصر آلیاژی در فولاد برای مقاومت در برابر ترکیبات گوگرد است. بنابراین ، با افزایش گوگرد و دمای شروع به میزان کم ۱ درصد از کروم ، محتوای کروم فولاد افزایش می یابد.
مواد غیر فلزی در برابر خوردگی شیمیایی مقاوم بوده و از آلودگی محصول عاری هستند. این ویژگی آنها را برای صنایع پالایشگاه و صنایع پتروشیمی بسیار جذاب می کند. از لاستیک طبیعی به عنوان یک ماده سازه ای و به عنوان روکش کشتی برای جلوگیری از آلودگی و خوردگی استفاده شده است. لوله های انعطاف پذیر به طور گسترده ای به عنوان اتصالات موقتی در ذخیره سازی و حمل و نقل مواد مورد استفاده قرار می گیرند. گرافیت از رسانایی حرارتی بسیار خوبی برخوردار است و این خاصیت در ترکیب با مقاومت در برابر بخار و مایعات بسیار خورنده علاوه بر استفاده در کشتی ها، دریچه ها، پمپ ها و لوله کشی ، زمینه کاربردهای تبادل گرما را نیز باز می کند.

خوردگی در زیر عایق

تشخیص این نوع خوردگی دشوار است زیرا باید عایق را برای بازرسی از سطح برداشته و از این رو یکی از بزرگترین و گران ترین و خطرناک ترین مشکلات برای صنایع مختلف به حساب می آید. این خوردگی در ناحیه تماس بین فلز و عایق رخ می دهد. به طور کلی در لوله ها، مخازن و تجهیزات مشاهده می شود و به دلیل نوع عایق مورد استفاده است. خوردگی در زیر عایق با وجود اکسیژن و آب رخ می دهد. هنگامی که آب و اکسیژن در سطح فلز وجود دارد، خوردگی به دلیل انحلال فلز (اثر آندی) رخ می دهد.
این فرایند شیمیایی با کاهش اکسیژن متعادل می شود. میزان خوردگی در زیر عایق بستگی به نوع عایق، در دسترس بودن اکسیژن، ناخالصی آب، دما و گرما، خاصیت انتقال سطح فلز و وضعیت سطح فلز از نظر خشک یا مرطوب، دارد. در صورت عدم وجود اکسیژن، خوردگی ناچیز است، اگرچه فولادهای کربنی و آلیاژ کم، کمترین میزان خوردگی را در محیط قلیایی دارند، اما یون های کلرید موجود در زیر پوشش باعث ایجاد شکاف موضعی و چاله های موضعی می شوند. اگر اکسیدهای گوگرد و نیتروژن که اسیدی هستند از درون ناخالصی های داخل آب یا هوای داخل عایق نفوذ کنند، یا اگر آب اسیدی باشد خوردگی رخ می دهد. بعضی اوقات ناخالصی های آب یا هوا، به ویژه یون های نیترات باعث می شوند که پوسته پوسته شدن بیرونی SCC در زیر پوشش در فولادهای کربنی یا آلیاژ کم باشد.
مشکل از این واقعیت ناشی می شود که به دلیل شرایط عایق، لوله ها، مخازن و سایر تجهیزات از خوردگی در زیر عایق رنج می برند. صرف نظر از اینکه چقدر عایق پیچیده شده در اطراف لوله ها قرار گرفته یا به آن تحمیل شده است، در فضای بین این دو، اختلاف درجه حرارت زیادی وجود دارد، زیرا در این قسمت درجه حرارت بالا به طور ناگهانی با سطح پایین قرار می گیرد. بنابراین تراکم حاصل می شود. هوای گرم رطوبت بیشتری نسبت به هوای سرد دارد. هنگامی که هوای گرم به سرعت در تماس با عایق خنک شود ، سرعت انتقال حرارت کاهش می یابد و رطوبت آزاد می شود یا به عبارتی، تراکم ایجاد می شود و بنابراین با ظهور رطوبت و اکسیژن موجود در هوا ، زنگ زدگی و خوردگی رخ می دهد. عایق کاری روی سطح فلز از تبخیر رطوبت جلوگیری می کند و در این حالت عایق به عنوان حامل عمل می کند و بیشتر رطوبت انباشته شده در یک منطقه به مناطق دیگر را موجب می شود و باعث می شود که خوردگی ایجاد شده در یک منطقه به جای دیگر منتقل شود. سطح پوشانده شده از عایق های سنتی مانند فایبرگلاس و پشم سنگ رطوبت را به دام می اندازد و از تبخیر جلوگیری می کند.
عایق سنتی حاوی کلرید است و اگر این در معرض رطوبت باشد ، ممکن است کلرید با رطوبت روی سطح فلزاتی مانند نفت و خط لوله گاز ظاهر شود و به دلیل خوردگی، می تواند سوراخ و یا ترک هایی روی سطح ایجاد کند. خوردگی CO2 و H2S در خطوط لوله نفت
خوردگی فولاد توسط CO2 و CO2 / H2S یکی از مهمترین مشکلات صنعت نفت است. وجود دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن و آب آزاد می تواند باعث مشکلات شدید خوردگی در خطوط لوله نفت و گاز شود. خوردگی داخلی در چاه ها و خطوط لوله تحت تأثیر دما، محتوای CO2 و H2S ، شیمی آب، سرعت جریان، مرطوب سازی نفت یا آب و ترکیب و شرایط سطح فولاد است. تغییر کوچکی در یکی از این پارامترها می تواند سرعت خوردگی را به میزان قابل توجهی تغییر دهد. در حضور CO2، می توان میزان خوردگی را تحت شرایطی کاهش داد که محصول خورندگی، کربنات آهن (FeCO3) بر روی سطح فولاد رسوب کند و یک فیلم محصول خوردگی متراکم و محافظ تشکیل دهد. این براحتی در دمای بالا یا pH زیاد در فاز آب رخ می دهد. هنگامی که محصولات خوردگی روی سطح فولاد قرار نمی گیرند، میزان خوردگی بسیار بالایی از چندین میلی متر در سال می تواند رخ دهد. وقتی H2S علاوه بر CO2 موجود باشد، فیلم های سولفید آهن (FeS) به جای FeCO3 تشکیل می شوند. این فیلم محافظ می تواند در دمای پایین تر تشکیل شود، زیرا Fes خیلی راحت تر از FeCO3 تشکیل می شود. خوردگی موضعی با میزان خوردگی بسیار بالا می تواند زمانی رخ دهد که فیلم محصول خوردگی از حفاظت کافی برخوردار نباشد و این بدترین نوع حمله خوردگی در خطوط لوله نفت و گاز است.

خوردگی CO2

خوردگی دی اکسید کربن یکی از مهمترین و حساس ترین شکل خوردگی در صنعت نفت و گاز است. به طور کلی به این دلیل است که نفت خام و گاز طبیعی از مخزن نفت و چاه گاز معمولاً حاوی مقداری CO2 است. نگرانی اصلی در مورد خوردگی CO2 در صنعت نفت و گاز این است که خوردگی CO2 می تواند باعث خرابی تجهیزات به ویژه خط لوله اصلی لوله انتقال شود و در نتیجه می تواند تولید نفت و گاز را مختل کند. مکانیسم های اصلی واکنش خوردگی CO2 طی چندین دهه گذشته توسط بسیاری از محققان به خوبی درک و پذیرفته شده است.

خوردگی H2S

در حضور H2S ، مواد فلزی دچار خوردگی می شوند که منجر به تولید هیدروژن و متعاقبا انواع مختلفی از مشکلات ناشی از ترک خوردگی و ترک خوردگی ناشی از هیدروژن می شود که به طور بالقوه می تواند باعث بروز اختلال شود. خوردگی شکافی فولادهای آلیاژی کم نیز می تواند در شرایط خاصی از دما، سرعت جریان و نسبت CO2 به H2S رخ دهد. مقاومت فولادهای کربن و آلیاژ کم در برابر ترک خوردگی استرس سولفید (SSC) نشان داده شده است که نه تنها به فشار جزئی H2S بلکه به pH محیط بستگی دارد.
خوردگی داخلی فولاد کربن در حضور H2S یک مشکل قابل توجه برای پالایشگاه های نفتی و تأسیسات تصفیه گاز طبیعی است. تشکیل مقیاس سطح یکی از مهمترین عوامل حاکم بر میزان خوردگی است. رشد مقیاس در درجه اول به سینتیک تشکیل مقیاس بستگی دارد. برخلاف بارندگی نسبتاً مستقیم کربنات آهن رو به جلو ، در خوردگی CO2 خالص، در محیط H2S انواع سولفید آهن ممکن است مانند سولفید آهن آمورف، سولفید آهنی مکعب ، اسمیتیت ، گریگت ، پیروتیت ، تریلیت و پیریت تشکیل شود.
غلظت H2S تأثیر بسیار زیادی در توانایی محافظتی فیلم سولفید تشکیل یافته دارد. با افزایش غلظ H2S ، فیلم تشکیل شده حتی در pH 3-5 سست است و به اثر بازدارنده خوردگی کمک نمی کند.
وابستگی دما از خوردگی H2S برای قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت بسیار ضعیف است و به نظر نمی رسد که در زمان مواجهه طولانی تر تأثیر داشته باشد. این نشان می دهد که میزان خوردگی غالباً با حضور مقیاس سولفید آهن کنترل می شود. خوردگی خفیف داخلی فولاد با حضور CO2 و H2S یک مشکل مهم برای صنایع نفت و گاز است. اگرچه تعامل H2S با فولادهای کربن مشخص شده است ، اما درک تأثیر H2S بر خوردگی CO2 هنوز محدود است زیرا ماهیت تعامل با فولاد کربن پیچیده است.
مهار کننده خوردگی یک ماده شیمیایی است که وظیفه آن جلوگیری از روند آسیب رساندن به مواد است. بازدارنده خوردگی یک فیلم محافظ محکم بر روی سطح مواد (فلز) ایجاد می کند یا باعث می شود که غیرفعال بودن فلز انجام شود. مهارکننده ها باعث جلوگیری از خوردگی می شوند، اما تغییرات ایجاد شده در زنگ زدگی، خوردگی و غیره را حذف نمی کنند. به طور کلی ، ترکیبات آلی و معدنی به عنوان بازدارنده های خوردگی استفاده می شوند. با توجه به مکانیسم عمل، بازدارنده ها را می توان به: آندی، کاتدی و مخلوط کاتدی-آندی تقسیم کرد. اثر این بازدارنده ها تا حد زیادی به pH محیط بستگی دارد. برخی از آنها خاصیت محافظتی خوبی را به طور انحصاری در محلول های خنثی نشان می دهند، در حالی که در الکترولیت اسید بر دامنه خوردگی تأثیر نمی گذارند و بعضی اوقات حتی باعث تقویت آن می شوند. ترکیباتی نیز وجود دارند که فقط در محیط اسید فعال هستند. بیشتر بازدارنده ها به طور خاص بر روی یک فلز یا گروه فلزات تأثیر می گذارند، اما از تعداد بیشتری فلز یا آلیاژ محافظت نمی کنند. استثنائات کرومات ها هستند که اکثر فلزات را منفعل می کنند. با در نظر گرفتن مکانیسم عمل بازدارنده های خوردگی می توان آن ها را به چند دسته تقسیم کرد.


• بازدارنده های خوردگی تشکیل دهنده فیلم
• بازدارنده های خوردگی کاتدی
• بازدارنده های خوردگی آندی
• بازدارنده های خوردگی کاتدی- آندی

صنعت نفت بسیار مستعد حملات تخریبی سیستم است. برای طیف گسترده ای از محیط های خورنده مساعد است. میادین نفتي در مناطق گرمسيري واقع شده اند كه رطوبت زياد، وزش بادي نمك و ماسه هاي حاصل از هوا باعث آسيب به سازه ها و تجهيزات مي شوند. خطوط لوله نفت خام به پالایشگاه ها و تاسیسات ساحلی منتقل می شود که نسبت به فولاد و آهن خورندگی دارد. در پالایشگاه ها برای کارآیی آنها مقادیر بسیار زیادی آب خنک کننده مورد نیاز است که برای این کار از آب دریا نیز استفاده می شود که بسیار خورنده است، به طوریکه خطوط ورودی، کندانسورها و کولرها همگی نیاز به محافظت ویژه در برابر خوردگی دارند.

سیستم گردش آب مدار بسته

در یک سیستم کارخانه مرکزی، دو نوع سیستم لوله کشی آب وجود دارد: بسته و باز. یک مدار آب باز از چیلر تا برج خنک کننده است. با عبور آب از برج ، درتماس با اتمسفر است. به دلیل تبخیر در برج خنک کننده ، آب شهر برای جایگزینی آب تبخیر شده جایگزین می شود.

سیستم آب مدار بسته از چیلر تا واحدهای انتقال هوا خواهد بود. این مدار نیازی به جایگزینی مداوم آب شهری ندارد ، زیرا تمام آب های گردش یافته به چیلر باز می گردند.

سیستم های آبی مدار بسته یا مدارهای آب هیدرونیکی بسته، از یک محلول مبتنی بر آب برای انتقال گرما استفاده می کنند. رایج ترین تعریف یک سیستم بسته ، این واقعیت است که روش خنک کننده غیر تبخیری است. کمترین مصرف آب / نیاز به آب ورودی و حداقل تماس با هوا دو ویژگی است که به طور معمول در مدار آبی بسته وجود دارد. سیستم های آب مدار بسته در کاربرد آنقدر متنوع هستند که پیشنهاد یک مجموعه استاندارد از شرایط عملیاتی و طراحی دشوار است.

انتقال حرارت به طور معمول با استفاده از نوعی مبدل حرارتی غیرمستقیم خواهد بود. یک یا چند مبدل گرما حرارت را وارد و یک یا چند مبدل حرارتی گرما را خارج می کنند ، بنابراین با این روش تعادل گرما را حفظ می کنند. سطوح انتقال حرارت باید در شرایط تمیز حفظ شود تا از عملکرد کارآمد و مطمئن اطمینان حاصل شود.

مواد بکار رفته می توانند متنوع باشند ، اما به طور معمول این مواد از لوله های فولادی و مخازن ، و از جنس استیل ضد زنگ یا مبدل های آلیاژهای مس / مس هستند آلومینیوم ، فولاد گالوانیزه و سایر آلیاژها نیز می توانند استفاده شوند.

در بسیاری از موارد ، این سیستم ها با مخزن افزایشی یا مخزن انبساط طراحی می شوند. این مخزن می تواند در فشار اتمسفر یا فشار زیاد کار کند و از دستگاه کاهش فشار استفاده کند تا از فشار بیش از حد جلوگیری کند. دریچه های هوا برای کمک به از بین بردن اکسیژن و سایر گازهای غیر قابل تراکم از سیستم در هنگام راه اندازی و هر زمان که آب به سیستم اضافه می شود، استفاده می کنند. پمپ ها برای بازیافت محلول پایه آبی در کل سیستم توزیع استفاده می شوند.

دریچه های هوا برای کمک به از بین بردن اکسیژن و سایر گازهای ایجاد شده غیر قابل تراکم از سیستم در هنگام راه اندازی و هر زمان که آب به سیستم اضافه شود، استفاده می شود. پمپ ها برای بازیافت محلول پایه آب در کل سیستم توزیع استفاده می شوند.

چرا باید وضعیت آب را در مدار بسته بررسی کنید؟ از طرفی ، هیچ آلودگی نباید وارد آب شود ، مانند یک مدار باز برج خنک کننده، آب جایگزین نمی شود.

پاسخ این است که سیستم های آب مدار بسته مستعد خوردگی و pH پایین هستند. وجود گازهای محلول مانند اکسیژن یا دی اکسید کربن ، رشد میکروبیولوژیکی یا رسوبات ذرات باعث نگرانی می شود و باید با استفاده از مواد شیمیایی مشکلات برطرف شوند.

شرایط عملیاتی مرتبط با مدارهای آبی بسته ، مانند تبخیر اندک یا بدون تبخیر (یعنی عدم گردش شیمیایی مواد) ، کمترین نشت آب و حداقل تماس با هوا باید باعث شود خوردگی و میزان رسوب گذاری نزدیک به صفر حاصل شود. با این حال ، این شرایط عملیاتی همیشه وجود ندارد و در نتیجه این می تواند به طور قابل توجهی بر روند انتخاب برنامه استفاده از مواد شیمیایی تأثیر بگذارد. در زیر چند عنصر کلیدی عملیاتی و طراحی وجود دارد که می تواند تا حد زیادی بر انتخاب روش شیمیایی تأثیر بگذارد:

• درجه تماس با هوا یا Ingress (جوی در مقابل فشار)

• از دست دادن آب (<1٪ در ماه در مقابل> ۱٪ در ماه)

• دما (آب سرد در مقابل آب گرم)

• شیمی محلول انتقال حرارت (رسانایی، مدارهای حساس ، مدارهای آب نمکی ، مدار های گلیکول و غیره)

• شیمی آب تغیه (سختی ، مواد جامد معلق ، فعالیت میکروبیولوژیکی ، و غیره)

• مواد بکار رفته (فولاد ، مس ، آلومینیوم و …)

• پاکیزگی سیستم (جدید ، تمیز ، رسوبی)

• اندازه سیستم (حجم ، بزرگ ، کوچک و غیره)

درجه تماس با هوا یا INGRESS و از دست دادن آب

انتظار می رود که یک مدار آبی بسته تحت فشار با حداقل از دست دادن آب ، کمترین میزان اکسیژن را بعد از کارکرد در یک مدت زمانی داشته باشد. به طور کلی ، هرچه سیستم محکم تر باشد ، حفظ شرایط موثر نگهداری، آسان تر است. درک مقدار آب تغذیه و میزان ورود اکسیژن که ممکن است اتفاق بیفتد (در مقابل آنچه انتظار می رود) بسیار مهم است زیرا این پارامترها به طور بالقوه می توانند بر هزینه و عملکرد مدار تأثیر بگذارند. بدیهی است وقتی که از دست دادن آب و ورود اکسیژن کاسته شود ، حفظ شرایط باید انجام شود. برای ردیابی مؤثر هدررفت آب ، هر مدار بسته باید دارای توتالایزر جریان تغذیه باشد و تنظیم کننده باید به طور معمول چک شود. نشت آب به دلایل مختلفی از قبیل نشت مهر و موم پمپ ، کنترل سطح نامناسب یا کنترل فشار نامناسب تعمیر و نگهداری سیستم نامناسب ممکن است رخ دهد.

هوای موجود می تواند با ورود آب تغذیه همراه باشد یا در صورت عدم وجود نشت آب، دریچه های معیوب هوا ، می تواند باعث وجود هوا و اکسیژن در مدار بسته گردد. ورود هوا و آب می تواند بر انتخاب یک بازدارنده شیمیایی مدار آبی بسته تأثیر بگذارد. بهعنوان مثال ، سیلیکات ها می توانند یک انتخاب عالی برای سیستم های تغذیه بالا باشند زیرا آنها کم هزینه هستند (به ویژه در مقایسه با استفاده از مولیبدات) ، می توانند در حضور یا عدم وجود اکسیژن عملکرد داشته باشند ، از  متالورژی های چندگانه محافظت کنند و مانع از مواد مغذی که می تواند فعالیت میکروبیولوژیکی را تشدید کند، شوند.

دما و شیمی

مدار های آبی بسته را می توان با عملکرد دمایی سیستم طبقه بندی کرد، به عنوان مثال ، سیستم های آب سرد معمولاً در دمای پایین یا پایین تر از اتاق کار می کنند (به عنوان مثال یالای ۷۲ درجه فارنهایت). مدارهای آب گرم را می توان بیشتر با درجه حرارت طبقه بندی کرد. به عنوان مثال ، سیستم های آب گرم که در دمای بالاتر از ۲۱۲ درجه فارنهایت کار می کنند ممکن است به عنوان سیستم های آب گرم با درجه حرارت بالا شناخته شوند ، در حالی که عملکرد مدارهای آب گرم با درجه حرارت متوسط در دمایی پائین تز از ۲۱۲ درجه فارنهایت است. دمای آب علاوه بر تأثیرگذاری بر پتانسیل خوردگی ، می تواند ترجیح و محدودیت برنامه های شیمیایی مختلف را نشان دهد. به عنوان مثال ، در شرایط آب داغ نیتریت ها بسیار جذاب هستند زیرا در صورت عدم وجود اکسیژن مؤثر هستند ، به بارگیری لجن کمک نمی کنند ، نسبتاً ارزان هستند و به دلیل دمای آب نگرانی کمی برای کنترل میکروبیولوژیکی وجود دارد. برای مدار هایی با دمای بالا از سولفیت به جای نیتریت استفاده می شود. به دلیل نگرانی از رسوب ، از سیلیکات ها در دمای بالاتر از ۱۸۰۰ درجه فارنهایت استفاده نمی شوند. در شرایط آب سرد ، نیتریت ها (گرچه هنوز مقرون به صرفه هستند) برخی از ویژگی های خود را از دست می دهند زیرا مواد مغذی را کمک می کنند که می تواند به رشد میکروبیولوژیکی کمک کند. هنگامی که مسائل میکروبیولوژیکی مزمن هستند ، سیلیکات ها و بخصوص مولیبدات ها گزینه های متداول بجای نیتریت ها هستند. مدارهای دمای دوگانه در بعضی مواقع در حالت خنک کننده آب (به طور معمول در ماه های خنک کننده) و در بعضی مواقع در حالت درجه حرارت گرم (به طور معمول در ماه های گرمایش) کار می کنند. بسته به پیکربندی لوله کشی (به عنوان مثال ، دو لوله در مقابل سیستم چهار لوله) ، بخشی یا تقریباً تمام این سیستم ممکن است از آب چرخشی یکسانی برای هر دو شرایط بهره برداری استفاده کند – این امر هنگام تصمیم گیری در مورد استفاده از مواد شیمیایی، حائز اهمیت است. شیمی آب چرخشی (به استثنای مواد شیمیایی تصفیه شده اضافه شده) باید مشابه شیمی منبع آب تغیه باشد و تبخیر ناچیز از آن انتظار می رود. شیمی آب دوباره گردش شده می تواند فرآیند انتخاب استفاده از مواد شیمیایی را هدایت کند. به عنوان مثال، مدارهای بسته حساس به هدایت به طور معمول نیاز به مواد شیمیایی آلی کاملاً ارگانیک دارند که می توانند ضمن تأثیر رسانایی اندک در آب ، عملکرد موثری را ارائه دهند.

برای مدارهای محلول آب (به طور خاص آب نمک با کلسیم) باید پتانسیل رسوب کلسیم و همچنین خوردگی را در نظر گرفت. در نتیجه ، این تیمارها باید در شرایط حاد و فقط با pH کمی قلیایی انجام شود (ترجیحاً کمتر از ۸٫۵۵).

متریال استفاده شده در ساخت سیستم آب مدار بسته

اطلاع از مواد و جنس بکار رفته در ساخت لوله های موجود در مدار آب بسته در هنگام استفاده از مواد شیمیایی بازدارنده، بسیار مهم است. اگر از کرومات ها برای ساخت لوله ها و تجهیزات استفاده شود، بازدارنده های شیمیایی چند عاملی برای سیستم نیاز نیست. در غیر اینصورت استفاده از چندین ماده بازدارنده شیمیایی بر اساس مواد بکار رفته حائز اهمیت است. امروزه استفاده از فرمول های چند جزئی برای بهینه سازی حفاظت از سیستم های چند فلزی بسیار رایج است. برخی از متالورژی ها مانند آلومینیوم نیاز به توجه ویژه ای در انتخاب یک ماده شیمیایی، دارند. استفاده از آزول معمول است و تقریباً در تمام فرمول های شیمیایی مورد استفاده در مدار آب بسته استفاده می شود بجز زمانیکه مس استفاده شده باشد یا اینکه مس بعنوان آلاینده سیستم در محیط وجود داشته باشد.

تمیزی سیستم

برای دستیابی به عملکرد شیمیایی مؤثر ، سطوح فلزی سیستم باید تمیز باشد. استفاده از محلول تمیز کردن مؤثر به همراه فیلتراسیون جریان جانبی برای سیستم های جدید و قدیمی که ممکن است نیاز به تمیز کردن داشته باشند، در نظر گرفته شود. باید توجه ویژه ای به کنترل میکروبیولوژیکی قبل از استفاده از فرمولاسیون های مبتنی بر نیتریت، شود. فرمولاسیون های شیمیایی ممکن است شامل مهار کننده های کنترل رسوب برای حفظ سطوح تمیز و جلوگیری از حمله زیر رسوب باشد. نصب فیلتراسیون یک افزونه نسبتاً کم هزینه است که می تواند باعث کارایی و صرفه جویی در سیستم شود. اگر طراحی تجهیزات تصفیه شامل شستشوی مجدد است ، مطمئن شوید که از آب تغذیه تازه استفاده می شود و آب چرخشی بسته نیست.

حجم سیستم

آگاهی از حجم سیستم برای اطمینان از دوز کافی مواد شیمیایی مورد استفاده، بسیار مهم است. علاوه بر این ، اندازه سیستم ممکن است در انتخاب ماده شیمیایی تأثیر بگذارد ، به ویژه اگر حجم سیستم قابل توجه باشد و یا نشت قابل توجه آب مواجه باشد. نشت آب و همچنین نشت های کنترل شده ، باید برای سیستم ها صفر باشد. اندازه گیری حجم سیستم و روند از دست دادن آب ، بخش های اساسی اطلاعات است. این داده ها با روش های نسبتاً ساده ای حاصل می شوند. هنگام ارزیابی حجم سیستم ، مطمئن شوید که کل حجم ، به عنوان مثال ، بخش هایی از سیستم که ممکن است در هنگام ارزیابی حجم در نظر گرفته نشده اند، به کار گرفته شده است و یا برای آنها حساب شده است.

چگونه آلودگی ها وارد سیستم مدار بسته آب می شوند؟

هنگامی که در ابتدا سیستم پر از آب می شود احتمالاً بیشتر از آب شهر استفاده می شود. با خنک شدن یا گرم شدن آب ، اکسیژن آزاد می شود. اگر یک واحد انتقال هوا جدید به سیستم متصل شود ، آب و هوا جدیدی را ایجاد می کند. در صورت تغییر بخشی از لوله کشی ، آب شیرین اکسیژن را ایجاد و آزاد می کند.

رسوبات، تراشه ها و سایر مواد مانند سرباره جوش که در ساخت اولیه آن استفاده شده اند، می توانند با وجود لوله کشی در کویل ها، پمپ ها یا چیلرهای سیستم باقی بمانند.

رشد میکروبیولوژیکی بیوفیلم می تواند از آب تصفیه نشده ایجاد شده رشد کند.

همه این مشکلات ممکن است باعث ایجاد یا کمک به یک یا چند مشکل دیگر شود. رشد میکروبیولوژیکی باعث ایجاد خوردگی و کمک به رسوب گذاری می شود. خوردگی باعث ایجاد گرد و غبار می شود و محیط ایده آل برای رشد میکروارگانیسم ها فراهم می کند.

خوردگی ممکن است به تعمیر یا تعویض تجهیزات گران منجر شود و باعث نشت لوله ها شود. رسوب کویل ها و مبدل های حرارتی ممکن است راندمان انتقال حرارت آنها را کاهش دهد.

از آنجا که سیستم آب مدار بسته نیازی تخلیه آب مانند برج خنک کننده ندارد ، با استفاده از مواد شیمیایی مناسب و توجه روزانه، مدار آب بسته اغلب می تواند براحتی نگهداری و مراقبت شود. یک برنامه طراحی شده و اجرا شده باید جزئی از برنامه نگهداری شما باشد.

بسته به شرایط سیستم و تجزیه و تحلیل آب شما ، ممکن است تمیز کردن شیمیایی مورد نیاز باشد. این باعث می شود سیستم از هرگونه مواد دفع کننده ، رشد میکروبیولوژیکی و مقیاس آسیاب تمیز شود.

پس از تمیز کردن مدار ، یک ماده بازدارنده خوردگی توسط مهندس انتخاب می شود. این مهار کننده باید با دقت انتخاب شود تا اطمینان حاصل شود که به هیچ یک از اجزای سیستم شما آسیب نخواهد رساند – لوله های مسی و فولادی ، پروانه پمپ برنز ، مقره های لرزش لاستیکی ، واشر فلنج و حلقه های “OO” در دریچه ها. آب ورودی نیز باید مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد.

اگر سیستم شما مستعد رشد میکروبیولوژیکی باشد ، بایوساید ممکن است اضافه شود.

یک برنامه آزمایش و نظارت باید ایجاد شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم شما پاک و عاری از خوردگی و رشد میکروبی است.

نگهداری پیشگیرانه به کاهش هزینه های تعمیرات و تعویض تجهیزات و لوله کشی کمک می کند. و این به حفظ کارآیی سیستم شما کمک می کند.

مواد ضد خوردگی

 

فروش مواد ضد خوردگی (Anti-Corrosion)

موادی که مانع از واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی در اثر اختلاف پتانسیل بین دو قسمت یک فلز می شود را مواد ضد خوردگی فلزات می نامند. مانا انرژی البرز به عنوان یکی از تولید کنندگان مواد شیمیایی و فروشنده مواد ضد خوردگی، آمادگی خود را جهت تامین انواع مواد بازدارنده خوردگی به شما عزیزان اعلام می نماید.

از جمله مواد ضد خوردگی قابل ارائه در مانا انرژی البرز  می توان به ضد خوردگی فسفونیت، پلیمرها، فسفات و اتیلن دی آمین تترا استیک اسید، پلی فسفات، زینک فسفونیت و کوپلیمر، پلیمر و دیسپرسانت، آزول و پلی آکریلیک اسید، پلی آکریلیک اسید، پلی آمین، اسید فسفنیک، فسفونات، پلی مالئیک اسید، نیترین و مولیبدات و نیتریت اشاره نمود.

________________________________________

مشخصات فنی و ترکیبات مواد ضد خوردگی یا Anti Corrossion

مواد ضد خوردگی چیست؟

بر اساس استاندارد ISO 8044 خوردگی فرآیندی طبیعی است که از واکنش فیزیکی-شیمیایی میان فلز و محیط اطراف آن  ایجاد می گردد که معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی بوده و نتیجه آن تغییر در خواص فلز می باشد. تغییرات خواص فلز ممکن است منجر به از دست رفتن توانایی عملکرد فلز، محیط یا سیستمی شود که این دو، قسمتی از آن را تشکیل می دهند. در واقع طی این فرآیند، فلز تصفیه شده به شکل پایدار شیمیایی آن شبیه به اکسید، هیدروکسید یا سولفید تبدیل می شود. خوردگی در انواع فلزات امکان پذیر می باشد. بعضی، شبیه به آهن خالص، به سرعت خورده می شوند اما فولاد ضدزنگ (ترکیبی از آهن و دیگر آلیاژها) کمتر دچار خوردگی می شود بنابراین این دسته از مواد در صنایع بیشتر مورد توجه قرار می گیرند.

ضد خوردگی

تقسیم بندی خوردگی بر اساس محیط های خورنده

خوردگی را به روش های مختلف طبقه بندی می کنند. در یک طبقه بندی بر اساس محیط های خورنده، خوردگی به دو گروه خوردگی تر یا خوردگی در دمای پایین و خوردگی خشک یا خوردگی در دمای بالا تقسیم می گردد.

• خوردگی تر یا خوردگی در دمای پایین

اغلب حدود 90% خوردگی ها در محیط خورنده تر یا  اصطلاحاً در دماهای پایین رخ می دهند و مکانیسم خوردگی معمولاً الکترو شیمیایی است. محصولات عمده خوردگی به صورت اکسید، سولفات، و فسفات فلزات می باشند.

• خوردگی خشک یا خوردگی در دمای بالا

این دسته از خوردگی ها که معمولاً در محیط های خشک با درجه حرارت های بالاتر از C°200 رخ می دهند، رواج کمتری دارند که معمولاً همراه با واکنش شیمیایی ای می باشند و محصولات عمده خوردگی در آنها به صورت اکسید و یا سولفید فلزات می باشد. از جمله این خوردگی ها، می توان به خوردگی فولاد توسط گازهای کوره اشاره کرد.

انواع خوردگی ها

خوردگی یکنواخت یا سرتاسری

خوردگی شیمیایی یا موضعی

خوردگی شیاری

حفره دار شدن

خوردگی بین دانه ای

جدایش انتخابی

خوردگی سایشی

خوردگی توام با تنش

خوردگی بیولوژیکی

محیط های خورنده

کلیه محیط ها خورنده می باشد ولی شدت و ضعف آنها متفاوت است. انواع محیط های مهم در خورندگی عبارتند از: هوا، رطوبت، آب های تازه و طبعیی و مقطر، آب های حاوی املاح معدنی، آب های نمک دار و یا شور، اتمسفرهای روستایی، شهری و صنعتی، بخار و گازهایی مانند کلر، آمونیاک، سولفورنیتروژن، دی اکسید گوگرد، و دیگر گازهای سوختنی، اسیدهای آلی و معدنی، محیط های قلیایی، خاک ها، حلال ها، روغن ها، مواد نفتی، انواع محصولات غذایی، و غیره

انواع خوردگی در محیط های آبی

• آب دریا

آب دریا حاوی 3.5 درصد نمک و تا حدودی نیز قلیایی (pH=8) می باشد. آب دریا اکترولیت خوبی است و شرایط مساعدی را برای انواع خوردگی (گالوانیکی، حفره ای و شیاری) فراهم می کند. خوردگی در آب دریا بستگی به مقدار اکسیژن، سرعت حرکت آب، درجه حرارت و اجزای بیولوژیکی موجود در آن دارد. 

• آب های طبیعی و آشامیدنی

خوردگی فلزات در محیط های آبی به شدت تحت تاثیر شرایط آب (سختی آب، نمک های محلول، مواد آلی و میکرو ارگانیسم های موجود در آب) می باشد.

یکی از مهمترین پارامترهای تعیین کننده میزان خوردگی در محیط های آبی، pH یا میزان اسیدیته آب می باشد. الگوی خوردگی فلزات مختلف در محیط های آبی نسبت به تغییرات pH متفاوت است، به طوری که خوردگی فلزاتی مانند پلاتین و طلا  کاملا مسقل از تغییرات اسیدیته آب است در حالی که  فلزات بر پایه آهن، درpH  های مختلف رفتار خوردگی کاملامتفاوتی دارند، به طوری که در pH کمتر از 4 سریعاً دچار خوردگی می شوند، در pH بین 4 و 9 سرعت خوردگی آن کم و در اسیدیته ای معادل 12 به حداقل خوردگی و تقریبا پسیو می شود. ولی در pH های بیش از 12 با تشکیل یون هیپوفریت مجدداً دچار خوردگی شدید می شود.

تأثیر میزان سختی آب ها بر روی خوردگی یا ضد خوردگی فلزات

آب های سخت حاوی مقادیر بالای املاح کلسیم و منیزیم هستند، از این رو با تشکیل رسوب کربنات کلسیم یا منیزیم بر روی سطوح فلزی به صورت یک لایه محافظ، به شدت از میزان خوردگی در این محیط های آبی کاسته می شود. برای آنکه این لایه محافظ حداکثر کارایی را در محافظت از فلز ایفا نماید، باید لایه ای کاملا یکنواخت و پیوسته به صورت لایه ای نازک و کاملاً چسبنده روی سطح باشد، در غیر اینصورت می تواند به خودی خود سبب بروز خوردگی حفره ای شود.

تأثیر گازهای محلول در آب در خوردگی یا ضد خوردگی فلزات

در بررسی گازهای محلول در آب، اکسیژن و دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. به طوری که دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن با تشکیل اسید و به دنبال آن کاهش pH بر شدت خوردگی می افزایند. گاز نیتروژن موجود در آب  به طور مستقیم در واکنش های شیمیایی ای که منجر به خوردگی فلز می شوند شرکت نمی کند، اما با آزاد شدن حباب های این گاز، امکان خوردگی کاویتاسیون فراهم می شود.

روش های جلوگیری از خوردگی یا انواع بازدارنده های خوردگی

به دلیل اهمیت جلوگیری از بروز خوردگی در صنایع مختلف، تاکنون روش های متعددی از جمله استفاده از پوشش های لعابی و پلیمری و…، به کار گیری روش های حفاظت کاتدی، و استفاده از آلیاژهای مقاوم تر در برابر خوردگی، و غیره توسعه یافته اند. از میان روش های مذکور، استفاده از بازدارنده های شیمیایی به دلیل سهولت استفاده و بازده فوق العاده شان از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. این دسته از مواد خود با مکانیسم های مختلفی مانع از بروز خوردگی می شوند:

با تشکیل لایه محافظ مانع از دسترسی سیّال خورنده به سطح فلز می شوند.

مهارکننده های که با ماده خورنده وارد واکنش شده و سرعت خوردگی را کاهش و یا فرآیند خوردگی را به طور کامل متوقف می سازند. 

مهارکننده ها در واقع مواد شیمیایی هستند که با سطح فلز واکنش داده و باعث ایجاد سطحی محافظ بر سطح فلز می گردد.

انواع بازدارنده خوردگی

بازدارنده های خوردگی به صورت زیر دسته بندی می شوند:

بازدارنده های کاتیونی و آنیونی

بازدارنده های خوردگی آلی و معدنی

بازدارنده های فیلمی و غیر فیلمی

بازدارنده های خوردگی با وزن مولکولی پایین تنش سطحی آب را تغییر می دهند. در واقع این گروه نقش عامل فعال سطح را به عهده دارند، از این جهت که آنها لایه ای محافظ بر سطح فلز تشکیل می دهند. بازدارنده های خوردگی پلیمری، مشابه بازدارنده های خوردگی با وزن مولکولی پایین عمل می کنند. بازدارنده های خوردگی پلیمری فیلمی با پوشش های پلیمری (که اثر متقابلی با سطح قبل از تشکیل فیلم خشک دارند) متفاوت می باشند. بازدارنده های خوردگی پلیمری ممکن است که لایه ای مانع در برابر اکسیژن و آب تشکیل ندهد، اما در مقابل، پتانسیل خوردگی فلز را تغییر می دهند. مهارکننده خوردگی، ماده شیمیایی است که زمانی که با غلظت های اندک به محیط افزوده می گردد، به طور موثری نرخ خوردگی را کاهش می دهد.