لولههای فولادی قلب تپنده صنایع آبرسانی، انتقال نفت، گاز و سایر میعانات و سیالات خورنده هستند و استفاده از آنها در زیرساختهای کشور امری حیاتی است. اما دشمنی خاموش و پنهان همیشه در کمین آنهاست: خوردگی! خوردگی لوله فولادی شایعترین علت تخریب خطوط انتقال است و سالانه هزینههای هنگفتی را برای صنایع و محیطزیست در راستای نگهداری، تعمیرات و مقابله با این پدیده به دنبال دارد. برای اینکه با انواع خوردگی در لولهها، عوامل مؤثر بر آن و نحوه مقابله با این پدیده مخرب بیشتر آشنا شوید، با ما همراه باشید.
خوردگی لوله فولادی چگونه اتفاق میافتد؟
خوردگی در لولههای فولادی زمانی اتفاق میافتد که سطح داخلی یا خارجی آنها توسط واکنشهای اکسایش و کاهش آسیب ببیند. این واکنشها میتوانند در حضور عواملی همچون دمای بالا، نمکها و انواع اسیدها با شتاب بیشتری انجام شوند. بهطورکلی، برای اینکه خوردگی در لوله فولادی اتفاق افتد، باید چهار عنصر زیر همزمان حضور داشته باشند:
- آند: محلی در فلز که با از دست دادن الکترون، واکنش اکسایش در آن اتفاق میافتد و فلز دچار خرابی میشود.
- کاتد: محلی در فلز که با گرفتن الکترون، واکنش کاهش در آن به وقوع میپیوندد.
- مسیر انتقال: وقتی محل آندی الکترون از دست میدهد، این الکترونها از طریق مسیر انتقال به سمت کاتد حرکت میکنند. جایی که اکسیژن کاهش مییابد و با فلز اکسیدشده واکنش میدهد و زنگ یا rust تولید میکند.
- الکترولیت: وقوع خوردگی نیازمند حضور همزمان آند و کاتد در محیط الکترولیتی (معمولاً آب) است. محیط الکترولیت منجر به تسهیل جریان الکترون از آند به سمت کاتد میشود.
انواع خوردگی در لولهها و روشهای مقابله با آنها
خوردگی در لولههای آهنی میتواند در هر دو بخش داخلی و خارجی لوله اتفاق افتد. بر همین اساس نیز آنها را به دو گروه کلی تقسیمبندی میکنند:
- خوردگی داخلی: ناشی از حمله شیمیایی به سطح داخلی لوله است و عامل آن موادی است که از طریق لوله حمل میشوند و حاوی آب، سولفید هیدروژن و دیاکسید کربن هستند. این نوع خوردگی حدود 12% از تخریب لولهها را شامل میشود.
- خوردگی خارجی: به دلیل شرایط محیطی روی سطح خارجی لوله فولادی رخ میدهد و برهمکنش الکتروشیمیایی بین سطح خارجی لوله و خاک، هوا یا آب اطراف آن را به دنبال دارد. حدود 8% از تخریب ناشی از خوردگی لولهها به خاطر این نوع از خوردگی است.
همچنین، خوردگی لولههای فولادی را میتوان بر اساس ماهیت این پدیده، اثرات حاصل و عوامل موجود به انواع مختلف زیر تقسیم کرد:
- خوردگی گالوانیک (Galvanic Corrosion)
- خوردگی حفرهای (Pitting Corrosion)
- خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion)
- انحلال انتخابی (Selective Leaching)
- ترک ناشی از خوردگی تنشی (Stress Corrosion Cracking)
- خوردگی شیاری (Crevice Corrosion)
- خوردگی جریان سرگردان (Stray Current Corrosion)
- خوردگی بیندانهای (Intergranular Deterioration Corrosion)
- خوردگی فرسایشی (Cavitation and Erosion Corrosion)
- خوردگی دمابالا (High-Temperature Corrosion)
خوردگی گالوانیک خطوط لوله
خوردگی گالوانیک شامل تماس الکتریکی فلزات با مقاومت به خوردگی متفاوت است که باعث تخریب ناحیه آندی در فلز میشود. بهمنظور جلوگیری از وقوع خوردگی گالوانیک لازم است تا یک عایق بین دو فلز قرار داده شود و از فلزات نزدیک به هم در سری گالوانیک استفاده شود. همچنین، اعمال یک پوشش فدا شونده روی سطح کاتدی فلز نیز میتواند به توقف خوردگی گالوانیک لوله کمک کند.
خوردگی حفرهای
در این نوع خوردگی، سوراخهایی در سطح لولهها بهصورت موضعی ایجاد میشود که ناشی از آسیب به پوشش محافظ لوله، وجود عیوب سطحی در لولهها و حضور کلریدها است. انتخاب گرید مناسب از لوله با توجه به شرایط سرویس و دمای کاری و همچنین پوشش دهی لولهها میتواند در کاهش اثرات خوردگی حفرهای در لولههای فولادی مؤثر باشد.
خوردگی یکنواخت
رایجترین نوع خوردگی در لولههای کربن استیل، خوردگی یکنواخت است که باعث تخریب گسترده و یکنواخت سطح لوله و نازک شدن مداوم ساختار آن میشود. استفاده از حفاظت کاتدی، گرید مناسب لوله و پوششهای محافظ برای مقابله یا این نوع خوردگی توصیه میشود.
انحلال انتخابی
انحلال انتخابی فلز که به آن خوردگی گرافیتی نیز گفته میشود زمانی اتفاق میافتد که یک فلز نجیب و یک عنصر واکنشپذیرتر، آلیاژی ایجاد میکنند که باعث از بین رفتن جزء واکنشپذیر از سطح لوله شده و استحکام لوله را کاهش میدهد. افزودن آلومینیوم یا قلع به فولاد میتواند به محافظت در برابر خوردگی انحلال انتخابی کمک کند.
خوردگی تنشی (SCC)
علت وقوع ترک خوردن ناشی از خوردگی تنشی ناشی از رشد ترکهایی است که از قبل در ساختار لوله وجود دارند و باعث شکست لولههای فلزی میشود. این ترکها تحت تنش کششی، بهویژه در دماهای بالا، از سطح آستانه (threshold stress levels) فراتر میروند و شکست را در پس دارند. نگهداشتن فشار اعمالی به لوله تا زیر سطوح تنش آستانه میتواند به توقف ترکخوردگی ناشی از خوردگی تنشی کمک کند.
خوردگی شیاری لولهها
خوردگی شکافی زمانی اتفاق میافتد که سطوح فاقد اکسیژن در لولهها مانند شکافها یا اتصالات لوله، در یک واکنش الکتروشیمیایی به آند تبدیل شوند. استفاده از اتصالات جوشی بهجای اتصالات پرچشده میتواند به جلوگیری از خوردگی شکافی کمک کند.
خوردگی ناشی از جریان سرگردان در لوله
جریانهای سرگردان که از طریق خطوط لوله عبور میکنند، میتوانند باعث ایجاد سوراخهای کوچک و حفرههای موضعی روی سطح لولههای فولادی شوند. جریانهای سرگردان میتوانند از حفاظت کاتدی، خطوط ریلی، دستگاههای جوشکاری، خطوط دفن شده یا ولتاژ بالا ناشی شوند. برای مقابله با خوردگی جریان سرگردان میتوان از یک ایستگاه ارتینگ استفاده کرد یا نشت برق از طریق اتصالات به سازههای دیگر را کنترل کرد.
خوردگی بیندانهای
خوردگی بیندانهای در امتداد مرزدانهها یا در مجاورت آنها رخ میدهد. ناخالصیها (مواد شیمیایی) که در مرزدانهها رسوب میکنند، اغلب مقاومت خوردگی آن ناحیه را کاهش میدهند. استفاده از لوله استنلس استیل با کربن بسیار کم میتواند به جلوگیری از خوردگی بیندانهای کمک کند. برای مشاهده قیمت لوله استیل به این صفحه مراجعه نمایید.
خوردگی فرسایشی در لولهها
وقتی فشار کاری سیال در لوله کمتر از فشار بخار آن باشد، حبابها و حفرههای بخار ایجاد میشوند که منجر به شکستن سطح داخلی لوله وقوع خوردگی فرسایشی میشوند. مناطقی از لولهها که بهطور خاص در معرض خوردگی فرسایشی قرار دارند شامل لولههای تخلیه، پمپهای مکش، سهراهیها، زانوییها، اکسپنشنها، اتصالات مبدلهای حرارتی و نشیمنگاه شیرها میشوند. افزایش فشار سیال در لوله، کاهش دمای سیال به زیر دمای جوش آن، کاهش ارتعاشات و استفاده از آلیاژهای مناسب میتواند در جلوگیری از خوردگی فرسایشی در لولهها مؤثر باشد.
خوردگی دمابالا
خوردگی دمابالا در دماهای بالاتر از ۴۰۰ درجه سانتیگراد رخ میدهد. حملات شیمیایی ناشی از گازها یا فلزات مذاب که حاوی آلایندههای خاصی هستند، باعث این نوع خوردگی میشوند. صنایع نفت و گاز اغلب برای جلوگیری از خوردگی دمابالا در لولهها، استفاده از لولههای آلیاژی یا لوله آتشخوار را ترجیح میدهند.
اثرات خوردگی بر لولههای فولادی
مهمترین اثرات مخرب خوردگی بر لولههای فولادی عبارت است از:
- کاهش ضخامت و استحکام لوله: با پیشرفت خوردگی، دیواره لوله نازکتر میشود و مقاومت مکانیکی آن کاهش مییابد. این مسئله باعث کم شدن عمر مفید لوله و افزایش احتمال شکست یا ترکیدگی آن میشود.
- ایجاد نشتی و خسارات مالی: حفرهها و ترکهای ناشی از خوردگی باعث نشت آب، نفت، گاز یا سایر سیالات میشوند. این موضوع نهتنها هزینههای تعمیر و تعویض لوله را بالا میبرد، بلکه میتواند منجر به اخلال در عملکرد خطوط انتقال شود.
- خطرات ایمنی و زیستمحیطی: نشت گاز یا مواد شیمیایی براثر خوردگی میتواند باعث آتشسوزی، انفجار یا آلودگی محیطزیست شود. این اثر بهخصوص در صنایع نفت و گاز اهمیت زیادی دارد. استفاده از لوله بدون درز میتواند در کاهش نشتی از لوله بسیار مؤثر باشد.
- کاهش راندمان سیستمهای انتقال: تشکیل زنگزدگی و رسوبات داخل لوله، قطر مؤثر لوله را کاهش میدهد. نتیجه آن افت فشار، کاهش دبی و پایین آمدن راندمان سیستم است.
- افزایش هزینههای نگهداری و تعمیرات: صنایع برای مقابله با خوردگی ناچارند هزینههای زیادی صرف بازرسی، تعمیرات دورهای، تعویض لولهها و اجرای روشهای ضد خوردگی کنند.
روشهای شناسایی و تست خوردگی لولهها
پسازاینکه لولهها تحت سرویس قرار گرفتند، باید بهصورت دورهای میزان تحمل فشار، مقاومت به خوردگی، عیوب ساختاری و سایر مشکلاتی که ممکن است برای آنها به وجود آید مورد ارزیابی قرار گیرد. این امر در تعیین طول عمر لولهها و تخمین هزینههای نگهداری آنها حیاتی است.
مهمترین روشهای تست خوردگی در لولههای فولادی عبارتاند از:
- بررسی بصری و ضخامت سنجی
- تست اولتراسونیک و رادیوگرافی
- آنالیز الکتروشیمیایی
بررسی بصری و ضخامت سنجی لوله
روشی ساده، سریع و کمهزینه که برای بازرسیهای دورهای بسیار مناسب است. در بازرسی چشمی، سطح لوله ا ز نظر وجود زنگزدگی، تغییر رنگ، ترک یا حفره بررسی میشود. همچنین، از ابزار ضخامت سنج اولتراسونیک دستی یا کولیسهای مخصوص برای اندازهگیری میزان کاهش ضخامت دیواره لوله استفاده میشود.
تست اولتراسونیک (UT) و رادیوگرافی (RT) لولهها
هر دو تست UT و RT جزو تستهای غیر مخرب هستند و بدون آسیب به لولهها میتوان خوردگی در آنها را بررسی کرد. در تست اولتراسونیک از امواج فراصوت و ارسال آنها به درون لوله استفاده میشود تا با بررسی بازتاب آنها ضخامت دقیق دیواره و وجود ترک یا حفرههای داخلی شناسایی شوند. در روش رادیوگرافی، با استفاده از پرتوهای ایکس یا گاما از ساختار لولهها تصویربرداری میشود. این روش برای یافتن حفرهها، ترکها و کاهش ضخامت بسیار دقیق است، اما هزینه گرانتری داشته و تجهیزات بیشتری نیاز دارد.
آنالیز الکتروشیمیایی لولهها
این تست برای مطالعه مکانیزم و سرعت خوردگی در لولهها کارایی دارد. از روشهایی مانند پلاریزاسیون پتانسیودینامیک یا الکتروشیمی امپدانس اسپکتروسکوپی استفاده میشود تا جریان و پتانسیل الکتروشیمیایی روی سطح لوله اندازهگیری شود و نرخ خوردگی و نوع واکنشهای سطحی تعیین شود. این آنالیز اغلب در مقیاس آزمایشگاهی کارایی دارد.
نظرات کاربران
پرسش خود را ثبت کنید یا تجربههایتان را با ما به اشتراک بگذارید.