خوردگی فلزات

[azarafrooz 14,221]

ا

 

همه ي ما تاكنون زنگ زدگي آهن كه آن را به رنگ زردي در مي آورد، سبز شدن ظرف مسي و سياه شدن نقره را ديده ايم .

همه ي اين ها نمونه هايي از خوردگي هستند. پس بنابر اين خوردگي فلزات عبارت است از: واكنش فلزات با محيط و مواد درون محيط براي تبديل آن فلز به شكل پايدارترش يعني اكسيد يا سولفور يا كربنات.

خوردگي معمولا از سطح فلز آغاز شده و تا درون آن نفوذ مي كند كه اين كار تدريجي و پيوسته صورت مي پذيرد.

فلزات يا آلياژها به يكي از چهار شكل زير خورده مي شوند:

1- خوردگي شيميايي: كه بين يك جامد (فلز) و يك مايع يا گاز رخ مي دهد. اگر با گاز خورده شود در اين صورت خوردگي خشك و اگر با مايع خورده شود نوعي از خوردگي اتفاق افتاده است كه جريان الكتريكي نقشي در آن نمي تواند داشته باشد.

براي اين نوع خوردگي مثال خيلي كم وجود دارد به گونه اي كه تنها مي توان به خورده شدن فلز توسط جيوه اشاره كرد.

2- خوردگي الكتروشيميايي: اين نوع خوردگي هنگامي ايجاد مي شود كه در فلز يا در جسم، ناهمگني وجود داشته باشد. وجود ناهمگني در فلز سبب ايجاد پيل شده و بين كاتد و آند جريان الكتريكي به وجود آمده و فلز خورده مي شود.چون تمام فلزات همگن نيستند بنابر اين اگر در يك الكاروليت قرار گيرند خورده مي شوند آن هم به شكل الكتروشيميايي .

3- خوردگي بيوشيميايي: كه توسط عوامل زيستي مانند باكتري ها اين نوع خوردگي ايجاد مي شود. مانند خورده شدن لوله هاي نفت در دل زمين به وسيله ي باكتري ها.

4- خوردگي فرسايشي: كه با سايش بين يك ماده ي جامد يا مايع يا حتي گاز با فلز موجب خوردگي فرسايشي مي شود مانند خوردگي لوله هاي آب به وسيله ي عبور آب از درون آن.

 

 

عوامل موثر در خوردگي فلزات:

1- درجه ي خلوص فلز : هرچه فلز خالص تر باشد و ناهمگني كم تري داشته باشد ديرتر خورده مي شود.

2- تغييرات فيزيكي و مكانيكي فلز

3- غلظت ماده ي موثر و جنس آن(عامل خورنده)

4- مقدار اكسيژن

محيطPH5-

6- درجه ي حرارت

 

 

حفاظت در برابر خوردگي:

براي اين كار ما سه روش پيش رو داريم:

1- ايجاد پوشش و قراردادن ماده اي بين محيط و فلز

2- سلسله اعمالي را كه به آن ها نام اعمال الكتروشيميايي مي دهند روي فلز انجام دهيم تا خوردگي كم يا هيچ گردد.

3- موادي را درون فلز افزايش دهيم تا سرعت خوردگي كم شود كه از اين مواد با عنوان كندكننده هاي خوردگي ياد مي شود.

 

حفاظت يا ايجاد پوشش: كه در اين روش فلز يا پلاستيك يا رنگي را روي فلز مي كشند تا مانع از خوردگي آن شوند.

حفاظت با رنگ: براي حفاظت از فلز با رنگ به دو نوع رنگ نياز داريم:

1- رنگ آستري

2- رنگ نهايي

رنگ آستري معمولا روغن كتان يا گليسروفتاليك است كه داراي كرومات روي است.

رنگ نهايي كه معمولا براي زيبايي روي رنگ آستري مي كشند، بايد اين نوع رنگ براي اكسيژن هوا غير قابل نفوذ باشد.

 

حفاظت الكتروشيميايي: در اين روش فلز را به پتانسيلي مي بريم كه در آن پتانسيل شدت واكنش آندي هيچ يا بسيار ناچيز مي شود و عمر قطعه ي مورد نظر طولاني تر مي گردد. براي حفاظت الكتروشيميايي دو نوع حفاظت آندي و كاتدي وجود دارد.

 

حفاظت با كندكننده هاي خوردگي: گندكننده هاي خوردگي به موادي گفته مي شود كه با ايجاد يك لايه بين ماده و فلز مانع از خوردگي مي شوند يا در حد امكان از سرعت خوردگي مي كاهند.

به طور كلي دو نوع كند كننده وجود دارد:

1- آلي

2- غير آلي

كندكننده هاي آلي مانند: آمين ها چرب و مشتقات آن ها، آميدها، الكل ها، تيواوره و تركيبات آلي كه داراي يك يا چند اتصال سه گانه اند.

تيغ خود تراش يا برخي از قطعات يدكي خودروها را براي خورده نشدن در هنگام نقل و انتقال درون پوششي از كاغذ آغشته به روغن قرار مي دهند.

 

در پايان بايد گفت كه مواظب فلزات دور و بر خود باشيد كه اكسيژن هر لحظه در كمين شما و وسايل شماست.

[azarafrooz 14,221]

خوردگی در زبان فارسی ترجمه واژه ای انگلیسی (Corrosion) است که معنای آن جویده شده و گاز گرفته شده است. به نظر می‌رسد ظاهر قطعه خورده شده، این تداعی معنایی را سبب شده باشد. برای بیشتر مردم، خوردگی با مصادیقش شناخته می‌شود، از قبیل زنگ زدگی و سیاه شدن قاشقهای نقره‌ای. در واقع خوردگی همه اینها هست، اما به‌تنهایی هیچ یک نیست. بطور مثال، زنگ زدگی فقط به خوردگی آلیاژهای آهن اطلاق می‌شود.

استاندارد ایزو 8044، خوردگی را بدین شکل تعریف می‌کند:

«« واکنش فیزیکی – شیمیایی متقابل بین فلز و محیط اطرافش که معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی است و نتیجه‌اش تغییر در خواص فلز می‌باشد. این تغییرات خواص ممکن است منجر به از دست رفتن عملکرد فلز، محیط یا دستگاهی شود که این دو، قسمتی از آن را تشکیل می‌دهند. »»

خوردگی، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها میباشد. خوردگی، پدیدهای خودبهخودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات، عبارت از اکسیداسیون فلز است.

فلزات در اثر اصطکاک، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب میشوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

همان طور که گفته شد خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش میرود که به حالت پایدار برسد. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ میزند که یک نوع خوردگی و پدیدهای خودبهخودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز میتوانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند.

ترمودینامیک و خوردگی

ترمودینامیک یکی از رشته های فیزیکی – شیمی، است. یکی از ویژگی‌های علم ترمودینامیک این است که می‌تواند پیش‌بینی کند که آیا واکنشهای خاصی رخ خواهند داد یا نه. تعیین زمانی واکنشی که ترمودینامیک، انجام آن را پیش بینی می‌کند، موضوع علم سینتیک است. خوردگی را می‌توان میل ترمودینامیکی برای بازگشت به اصل خود فلز دانست و آن را چنین توضیح داد:

فلزات اکثرا به شکل ترکیبات شیمیایی در سنگهای معدنی موجود هستند. فلز در این حالت به خاطر وضعیت ترمودینامیکی خود، حالت پایدار دارد، یعنی از نظر ترمودینامیکی اگر نیرویی از خارج بر سنگ معدن وارد نشود، فلز میل دارد که در سنگ بماند و حالت ترکیبی خود را حفظ نماید. وقتی سنگ معدن از معدن جدا می‌شود، طی فرآیندهای خاصی، فلز از سنگ استخراج می‌شود و به حالت فلز خالص در می آید.

عمل استخراج فلز، از نظر شیمیایی یک فرآیند الکترون گیری یا احیا به حساب می‌آید. به این ترتیب فلز موجود در سنگ معدن، الکترون می‌گیرد و به حالت فلز خالص در می‌آید. اما در اینجا وضعیتی ناگوار وجود دارد: الکترونهایی که طی فرآیند استخراج گرفته شده‌اند، برای فلز به شکل مهمان ناخوانده در می‌آیند. فلز علاوه بر الکترونهایی که خود دارد، الکترونهای زیادتری را نیز طی استخراج به سوی خود فرا خوانده، با مهمان کردن الکترونهای اضافی از چنگ سنگ گریخته است. اما این مهمانان تبدیل به ناخواستگانی شده‌اند که فلز دائما در جستجوی راهی برای بیرون راندن آنهاست. به زبان ترمودینامیکی، بی‌قراری فلز را ناپایداری ترمودینامیکی می‌نامند.

هنگامی که فلز موفق به از دست دادن الکترون می‌شود، واکنش اکسیداسیون رخ می‌دهد و می‌گویند خوردگی اتفاق افتاده است. وقتی فلز خورده شد، آنچه از واکنش باقی می‌ماند (اصطلاحا محصولات خوردگی) به لحاظ ترمودینامیکی پایدار خواهد بود و از این نظر مانند فلز در حالت معدنی (در حالتی که به شکل ترکیب در سنگ معدن وجود داشت) رفتار می‌کند.

جالب آنکه از نظر شیمیایی نیز محصولات خوردگی مثل سولفات آهن، اکسید روی و غیره، همان ترکیباتی هستند که در سنگ معدن فلز یافت می‌شود.

خوردگی، یک واکنش طبیعی

از آنچه گفته شد، می‌توان نتیجه گرفت که خوردگی یک واکنش طبیعی است و انجام می‌شود. اما چنانکه خواهیم دید، خوردگی دارای زیانهای بسیاری است که ما را وادار می‌کند تا ترجیح دهیم این واکنش انجام نشود. انجام نشدن خوردگی مثل آن است که بخواهیم آبشاری به جای آنکه از بالای صخره به پایین بریزد، از پایین به بالا بریزد. اگر چه امکان ندارد که ریزش آبشار را وارونه کنیم، اما خواهیم دید که روشهایی وجود دارند که با استفاده از آنها می‌توان نه تنها خوردگی را مهار کرد، بلکه آن را برعکس نمود

 

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر، با استفاده ‌از روشهای مختلف، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال، برای بازیابی مس از ترکیبات آن، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

خوردگی از ۸ روش می تواند به سطوح فلزی حمله کند . عمده ترین این روشها عبارتند از :

 

1-حمله یکنواخت Uniform Attack : در این نوع خوردگی که متداول ترین نوع خوردگی محسوب می شود، خوردگی به صورتی یکنواخت به سطح فلز حمله می کند و به این ترتیب نرخ آن از طریق آزمایش قابل پیشبینی است .

 

2-خوردگی گالوانیک Galvanic Corrosion : این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو ماده متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذره خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند . در منطقه تماس، فرایندی الکترو شیمیایی به وقوع می پیوندد که در آن ماده ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده دیگر آند می شود . در این فرآیند کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید می شود .

 

3-خوردگی شکافی Crevice Corrosion : این ساز و کار وقتی رخ می دهد که یک ذره خورنده در فاصله ای باریک، بین دو جزء گیر کند . با پیشرفت واکنش، غلظت عامل خورنده افزایش می یابد . بنابراین واکنش با نرخ فزاینده ای پیشروی می کند.

 

4-آبشویی ترجیحی Selective Leaching : این نوع خوردگی انتخابی وقتی رخ می دهد که عنصری از یک آلیاژ جامد از طریق یک فرآیند خوردگی ترجیحی و عموما با قرار گرفتن آلیاژ در معرض اسیدهای آبی خورده می شود . متداول ترین مثال جدا شدن روی از آلیاژ برنج است . ولی آلومینیوم، آهن، کبالت و زیرکونیم نیز این قابلیت را دارند .

 

5- خوردگی درون دانه ای Intergranular Corrosion : این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که مرز دانه ها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار می گیرد . چندین عامل می تواند آلیاژی مثل فولاد زنگ نزن آستنیتی را مستعد این نوع خوردگی سازد؛ از جمله حضور ناخالصی ها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی .

 

6-خوردگی حفره ای Pitting Corrosion : این نوع خوردگی تقریبا همیشه به وسیله یون های کلر و کلرید ایجاد می شود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ بسیار مخرب است.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

وبلاگ اسماعیل محمدی - mohandesi-sakhteman.blogfa.com

[azarafrooz 14,221]

مکانیسم خوردگی فلزات دید کلی یکی از مهمترین راههای قطع وابستگی غیر ضروری ، شناخت مشکلات و موانع و راههای تقلیل اثرات سوء آنها می‌باشد. به همین قیاس ، در صنعت و بخصوص صنایع کشور ما ، برای جلوگیری از هدر رفتن منابع مالی و انسانی که یکی از پیامدهای آن ، تقویت هر چه بیشتر بندهای وابستگی می‌باشد، لازم است تا نقاط ضعف صنعت را بخوبی بشناسیم و در آن راستا ، به تقویت هر چه بیشتر توان علمی خود بپردازیم. خوردگی یکی از موارد معدودی است که اثر خود را نه تنها در مراحل طراحی ، ساخت و تولید و بهره برداری نمایان می‌سازد، بلکه مبالغ عظیمی را نیز در مرحله حفاظت و نگهداری به خود اختصاص می‌دهد. آسیب‌شناسی صنعت برای شناخت صحیح‌تر خوردگی و اهمیت آن باید به آسیب‌شناسی صنعت پرداخت، زیرا یکی از مهمترین عواملی که گریبانگیر رشد صنایع و به خصوص صنایع ایرانی می‌باشد، عدم درک عمیق مساله خوردگی است. شاید بتوان دو دلیل عمده برای این بی‌عنایتی برشمرد:

 

• در رابطه با ضرر و زیانهای وارد آمده توسط خوردگی به صنایع ، نه تنها آمار مستند بلکه حتی تخمین‌های رسمی مستند و قابل انکار وجود ندارد، لذا مشخص نیست که خوردگی چگونه به آرامی اما بطور مداوم ثروتهای ملی را هدر می‌دهد.

 

• ابعاد فاجعه انگیز خوردگی از نظر اتلاف ماده و انرژی و ضرر و زیانهای زیست محیطی روشن نیست. لذا اکثرا با تصور اینکه مسائل مالی مربوط به خوردگی در بررسیهای مالی- اقتصادی در سر فصل استهلاک دیده می‌شوند، از ابعاد واقعی قضیه بی‌خبر می‌مانند و در نتیجه اهمیت مساله همواره در هاله ای از ابهام باقی می‌ماند. مکانیسم خوردگی فلزات ‌(آهن) مهندسی خوردگی در این سلسله مقالات ، خواهیم کوشید جنبه ای از مهندسی را که به آن ««مهندسی خوردگی»» اطلاق می‌شود، به خوانندگان معرفی نماییم. هدف این نوشته‌ها ، ایجاد معلومان نیست، چه ، بسیاری از آنچه را که در اینجا می‌آید، می‌توان در کتب و مقالات تخصصی یافت، بلکه منظور اصلی ، ایجاد شناخت و آگاهی (هر چند جزئی) درباره یکی از مشکلات صنعتی است تا دانش پژوهان در انتخاب رشته‌های تحصیلی با آگاهی و توجه بیشتری اقدام کنند. خوردگی چیست؟ خوردگی در زبان فارسی ترجمه واژه ای انگلیسی است که معنای آن جویده شده و گاز گرفته شده است. به نظر می‌رسد ظاهر قطعه خورده شده ، این تداعی معنایی را سبب شده باشد. برای بیشتر مردم، خوردگی با مصادیقش شناخته می‌شود، از قبیل زنگ زدگی و سیاه شدن قاشقهای نقره‌ای. در واقع خوردگی همه اینها هست، اما به‌تنهایی هیچ یک نیست. بطور مثال ، زنگ زدگی فقط به خوردگی آلیاژهای آهن اطلاق می‌شود. استاندارد ایزو 8044 ، خوردگی را بدین شکل تعریف می‌کند: ««واکنش فیزیکی – شیمیایی متقابل بین فلز و محیط اطرافش که معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی است و نتیجه‌اش تغییر در خواص فلز می‌باشد. این تغییرات خواص ممکن است منجر به از دست رفتن عملکرد فلز ، محیط یا دستگاهی شود که این دو ، قسمتی از آن را تشکیل می‌دهند. »» ترمودینامیک و خوردگی ترمودینامیک یکی از رشته های فیزیکی – شیمی، است. یکی از ویژگی‌های علم ترمودینامیک این است که می‌تواند پیش‌بینی کند که آیا واکنشهای خاصی رخ خواهند داد یا نه. تعیین زمانی واکنشی که ترمودینامیک ، انجام آن را پیش بینی می‌کند، موضوع علم سینتیک است. خوردگی را می‌توان میل ترمودینامیکی برای بازگشت به اصل خود فلز دانست و آن را چنین توضیح داد: فلزات اکثرا به شکل ترکیبات شیمیایی در سنگهای معدنی موجود هستند. فلز در این حالت به خاطر وضعیت ترمودینامیکی خود ، حالت پایدار دارد، یعنی از نظر ترمودینامیکی اگر نیرویی از خارج بر سنگ معدن وارد نشود، فلز میل دارد که در سنگ بماند و حالت ترکیبی خود را حفظ نماید. وقتی سنگ معدن از معدن جدا می‌شود، طی فرآیندهای خاصی ، فلز از سنگ استخراج می‌شود و به حالت فلز خالص در می آید. عمل استخراج فلز ، از نظر شیمیایی یک فرآیند الکترون گیری یا احیا به حساب می‌آید. به این ترتیب فلز موجود در سنگ معدن ، الکترون می‌گیرد و به حالت فلز خالص در می‌آید.

 

اما در اینجا وضعیتی ناگوار وجود دارد: الکترونهایی که طی فرآیند استخراج گرفته شده‌اند، برای فلز به شکل مهمان ناخوانده در می‌آیند. فلز علاوه بر الکترونهایی که خود دارد، الکترونهای زیادتری را نیز طی استخراج به سوی خود فرا خوانده ، با مهمان کردن الکترونهای اضافی از چنگ سنگ گریخته است. اما این مهمانان تبدیل به ناخواستگانی شده‌اند که فلز دائما در جستجوی راهی برای بیرون راندن آنهاست. به زبان ترمودینامیکی ، بی‌قراری فلز را ناپایداری ترمودینامیکی می‌نامند. هنگامی که فلز موفق به از دست دادن الکترون می‌شود، واکنش اکسیداسیون رخ می‌دهد و می‌گویند خوردگی اتفاق افتاده است. وقتی فلز خورده شد، آنچه از واکنش باقی می‌ماند (اصطلاحا محصولات خوردگی) به لحاظ ترمودینامیکی پایدار خواهد بود و از این نظر مانند فلز در حالت معدنی (در حالتی که به شکل ترکیب در سنگ معدن وجود داشت) رفتار می‌کند. جالب آنکه از نظر شیمیایی نیز محصولات خوردگی مثل سولفات آهن ، اکسید روی و غیره ، همان ترکیباتی هستند که در سنگ معدن فلز یافت می‌شود. خوردگی ، یک واکنش طبیعی از آنچه گفته شد، می‌توان نتیجه گرفت که خوردگی یک واکنش طبیعی است و انجام می‌شود. اما چنانکه خواهیم دید، خوردگی دارای زیانهای بسیاری است که ما را وادار می‌کند تا ترجیح دهیم این واکنش انجام نشود.

انجام نشدن خوردگی مثل آن است که بخواهیم آبشاری به جای آنکه از بالای صخره به پایین بریزد، از پایین به بالا بریزد. اگر چه امکان ندارد که خوردگی، زیان‌ها و روش‌های کنترل آن یکی از مهمترین عوامل تخریب تجهیزات صنعتی، پدیدهٔ خوردگی است که به عنوان یکی از زیانبارترین آفت‌های صنایع مطرح می‌گردد. این زیان‌ها به حدی اهمیت دارد که تحقیق در حوزه‌های مربوط به فناوری‌های کنترل خوردگی، بخش عظیمی از پژوهش‌ها و تحقیقات کشورهای پیشرفته را به خود اختصاص داده است.

این مطالعات به تدوین استراتژی‌ها, قوانین، آیین¬نامهها و روشهای مؤثری در زمینهٔ پیشگیری و رفع اثرات خوردگی منجر شده که تحت عنوان "مدیریت خوردگی" مورد مطالعه قرار می‌گیرند. در کشور ما نیز به دلیل جایگیری صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، در مناطق مستعد پدیدهٔ خوردگی, بررسی این پدیده و مدیریت آن، از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار می‌باشد: خوردگی، فرآیندی طبیعی است که فلزات را مورد حمله قرار می‌دهد. از آنجایی‌ که فلزات، مصرف گسترده‌ای در جهان امروزی دارند، خوردگی تبدیل به پدیده‌ای شده که اطراف ما را احاطه کرده است. وسایل خانه، اتومبیل، تجهیزات صنعتی و لوله‌های نفت و گاز مورد حمله خوردگی قرار می‌گیرند و این پدیده ضررهای مالی فراوانی را موجب می‌گردد. به عنوان مثال, مسالهٔ خوردگی در کشور کانادا در فاصله زمانی ۱۹۷۷ تا ۱۹۹۶، ۱۰ بار باعث نشتی خطوط لوله و ۱۲ بار باعث انفجار گردیده که از جهاتی اهمیت این موضوع را تا حدی آشکار می‌سازد. گزارشات خرابی‌های حاصل از خوردگی نشان می‌دهد که علل وقوع این پدیده عمدتاً بر اثر کوتاهی‌های مصیبت‌‌بار در لوله‌کشی‌ها و ساخت و نصب تجهیزات می‌باشد که منجر به انفجار، آتش‌گرفتن و منتشرشدن مواد سمی در محیط زیست می‌گردد. علاوه بر آن مخارجی نظیر، جایگزین‌کردن تجهیزات خورده شده، تعطیلی و خاموشی واحدها به‌دلیل جایگزینی تجهیزات خورده شده، ایجاد اختلال در فرآیندها به‌دلیل خوردگی تجهیزات و عدم خلوص محصولات فرایندی به دلیل نشت ناشی از خوردگی در اتلاف محصولات مخزن‌هایی که مورد حمله خوردگی قرار می‌گیرند، از مهمترین هزینه‌ها و زیان‌های حاصل از خوردگی می‌باشد. ضرر سالانهٔ اثرات خوردگی در ایالات متحده و اروپا حدود ۳.۱ درصد تولید ناخالص داخلی برآورد می‌گردد که طبق آمار، خسارات خوردگی که طی ۲۲ سال گذشته در صنایع آمریکا رخ داده، چیزی حدود ۳۸۰ میلیارد دلار می‌باشد. میانگین سالانه این خسارت‌ها حدود ۱۷ میلیارد دلار است که از کل هزینهٔ سوانح طبیعی از قبیل زلزله، سیل و آتش‌سوزی در این کشور بیشتر می‌باشد. از هزینه‌های فوق‌الذکر (۳۸۰ میلیارد دلار)، ۷ میلیارد دلار سهم لوله‌های انتقال مایعات و گازها، ۹.۴۷ میلیارد دلار هزینهٔ خوردگی در واحدهای فراورش و ۶.۸ میلیارد دلار متعلق به صنایع پالایشگاهی و مجتمع‌های گاز و پتروشیمی می‌باشد. همچنین بنابر آمار ارائه شده ۱۵ تا ۲۰ درصد از نشتی‌ها در تاسیسات صنعت نفت به‌دلیل خوردگی می‌باشد. پژوهش‌ها نشان می‌دهد با رعایت ضوابط و اصول مربوطه می‌توان از ۷۰ درصد این خسارت‌ها جلوگیری کرد. طبق گزارش انستیتو باتل با اعمال سادهٔ دانش و تکنولوژی موجود، از یک سوم هزینه‌های خوردگی‌ صنایع جلوگیری به عمل می‌آید. نکتهٔ دیگری که غالباً مورد غفلت قرار می‌گیرد این است که خسارات غیرمستقیم خوردگی در برخی موارد به مراتب بیشتر از خسارات مستقیم آن می‌باشد. به‌عنوان نمونه، تعویض پروانهٔ پمپ سانتریفوژ نه تنها هزینه‌ای برای تعمیر خود قطعه ایجاد می‌کند، بلکه قطع جریان در فرآیند، باز و بسته‌شدن پمپ و هزینه دستمزد را نیز به‌دنبال دارد. در کنار این خسارات، هدررفتگی و تضییع مواد و آلودگی‌های ناشی از آن که در نتیجه خوردگی به‌وجود می‌آید، باعث بروز نتایج وخیمی در رابطه با ایمنی و محیط زیست می‌گردد. تحلیل داده‌های حاصل از ضایعات هیدروکربن‌ها نشان می‌دهد که خوردگی به لحاظ آماری دومین عامل ایجاد این هدررفتگی می‌باشد. اهمیت موارد ذکرشده به حدی است که در قوانین فدرال ایالات متحده، بر لزوم نصب و ارائه راهکارهای کنترل خوردگی به‌وسیله متصدیان خطوط لوله تاکید گردیده و عدم پیروی از این قوانین مشمول مجازات‌های مدنی و جنایی شده است. همچنین در سایر صنایع از جمله نفت، گاز و پتروشیمی نیز راهکارهای علمی، تکنولوژیکی و حقوقی جهت جلوگیری از خطرات و هزینه‌های خوردگی در دست مطالعه و تصویب می‌باشد. پیشگویی آهنگ خرابی تجهیزات در اثر خوردگی و تخمین هزینه‌های آن عنصری نامعین است که می‌توان با استفاده از سیسستم‌های مدیریت خوردگی تا حدودی آن را کنترل نمود. مدیریت خوردگی با هدف صیانت از سرمایه، مسئولیت کنترل خوردگی و روش‌های پایش و حفاظت تاسیسات در تمامی جنبه‌ها را جهت پایداری و پویایی به‌عهده دارد و همواره از ابزار و روش‌های پیشرفته در رسیدن به این مقصود بهره می‌گیرد. به‌وسیلهٔ مدیریت خوردگی، فرآیند‌ خوردگی از ابتدای مرحله طراحی تاسیسات تا هنگام سرویس‌دهی آنها به صورت فعال مدیریت می‌گردد.

به عنوان مثال یک مهندس طراح، از طریق این مدیریت از اطلاعات لازم در زمینهٔ خوردگی برخوردار می‌گردد تا سازه‌هایی را با عمر مفید و طولانی طراحی نماید یا با استفاده از اطلاعات به‌دست آمده از خوردگی‌های رخ‌داده در طراحی‌های پیشین، مراحل بعدی کار را اصلاح کند. مدیریت خوردگی به ارائه استراتژی‌های پیش‌گیرانه و برداشتن گام‌های راهبردی در دو حوزهٔ فنی و غیرفنی می‌پردازد. سر فصل¬هایی که در حوزه‌های غیر فنی به عنوان استراتژی‌های پیش‌گیرانه دنبال میشود به شرح زیر می‌باشد: ۱) افزایش آگاهی از هزینه‌های هنگفت‌ خوردگی و صرفه‌جویی در این هزینه‌ها موجب به‌کارگیری صحیح فناوری‌های موجود و کاهش هزینه‌ها می‌گردد. از اینرو, بسیاری از مشکلات خوردگی در نتیجه فقدان آگاهی از مدیریت خوردگی و مسئولیت‌پذیری اشخاص در تبادل عملیات، بازرسی، تعمیر و نگهداشت سیستم مهندسی می‌باشد. ۲) تغییر خط مشی‌ها، آیین‌نامه‌ها، استانداردها و شیوه‌های مدیریتی جهت کاهش هزینه‌های خوردگی به واسطه مدیریت صحیح خوردگی که به کنترل مؤثر آن می‌انجامد و باعث اجرای ایمن‌تر و قابل اعتما‌دتر عملیات و افزایش عمر مفید تاسیسات و تجهیزات می‌شود. ۳) اصلاح و تعمیم آموزش کارکنان جهت معرفی و بازشناسی کنترل خوردگی که مستلزم وارد نمودن واحدهای درسی پیشگیری و کنترل خوردگی در برنامه‌های تحصیلی و مدیریتی می‌باشد. ۴) تغییر و اصلاح کژاندیشی و باور غلط تسلیم‌پذیری در مقابل خوردگی و اتخاذ تصمیم‌های جدید در راستای جلوگیری از این پدیده. همچنین استراتژی‌های پیش‌گیرانه در حوزه‌های فنی نیز از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشند،

 

برخی از این استراتژی‌ها بدین ترتیب می‌باشد:

 

۱) ارتقای روش‌های طراحی و استفاده از روش‌های طراحی پیشرفته به منظور مدیریت بهتر خوردگی که مانع از بروز هزینه‌های خوردگی قابل اجتناب می‌گردد. برای تحقق این راهبرد لازم است روش‌های طراحی تغییر کند و بهترین فناوری‌های خوردگی در دسترس طراحان قرار گیرد. میزان عملکرد خوردگی نیز در معیار طراحی وارد شده و هزینه طول عمر تجهیزات تجزیه و تحلیل ‌گردد.

 

۲) ارتقای روش‌های پیش‌بینی عمر تجهیزات و ارزیابی عملکرد آنها از طریق آشنایی با فناوری‌های خوردگی جدید.

 

۳) بهبود فناوری‌های خوردگی‌ از طریق تحقیق و توسعه. می‌توان با استفاده از مدیریت خوردگی و بهکارگیری روش‌های علمی و دستاوردهای جدید تکنولوژی، خوردگی را در بسیاری از صنایع کشور کنترل نمود. این امر مستلزم ایجاد آگاهی و عزم جدی برای پیش‌گیری و کنترل خوردگی در میان مدیران و کارشناسان می‌باشد. نتیجه: با توجه به گستردگی و شرایط خاص جغرافیایی منطقه‌ای که بخش اعظم تاسیسات نفت و گاز کشور در آن قرار دارد، مسئله خوردگی در صنعت نفت ایران از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد. اعمال درست و دقیق مدیریت خوردگی و استفاده از تکنولوژی‌های جدید در این حوزه می‌تواند از بروز سالانه میلیون‌ها دلار خسارت به این مراکز جلوگیری کند. اهمیت مسئله خوردگی در صنعت نفت جنبه دیگری نیز دارد؛ تاسیسات نفتی، گازی و پتروشیمیایی کشور در حال توسعه است و لحاظ قواعد مدیریت خوردگی در طراحی و ساخت کارخانجات و تجهیزات مورد استفاده می‌تواند از بروز خسارات هنگفتی در آینده جلوگیری کند. با وجود اهمیت این مسئله، به نظر می‌رسد قواعد و قوانین مدیریت خوردگی و استفاده از تکنولوژی‌های روز جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی هنوز جای خود را در فعالیت‌های اجرایی به شایستگی باز نکرده است و مورد اهتمام جدی قرار نمی‌گیرد. بررسی ابعاد این موضوع و اهمیت آن یکی از اقدامات اساسی برای گشودن جایگاه شایسته این پدیده در برنامه‌ریزی فعالیت‌های اجرایی است. شناخت اهمیت این مسئله و استراتژی بنگاههای توسعهیافته در این زمینه، میتواند سرفصلی برای حرکت در مسیر رشد تکنولوژی و دانشمدیریت خوردگی باشد.

 

تحلیل موضوع عدم ارایه خسارات خوردگی در ایران : مطالعه هزينه‌هاي خوردگي در چند کشور كه با تلاش‌هاي گسترده و رسمي و يا تلاش‌هاي غيررسمي و کم¬دامنه انجام شده است، نشان مي‌دهد که هزينه‌هاي خوردگي در محدوده 2 تا 5 درصد درآمد ناخالص ملي (GNP) کشورها قرار گرفته است. متاسفانه هنوز در ايران آماري رسمي در مورد هزينه‌هاي خوردگي استخراج نشده است. از اين رو، سياستگذاران صنعتي کشور با ابعاد ضررهاي اقتصادي اين پديده آشنايي كافي ندارند و ممکن است در سياستگذاري¬ها به خطا بروند. در اين مقاله به لزوم استخراج اين آمار و تجربه کشورهاي ديگر در اين زمينه پرداخته¬ايم و در انتها اين سئوال را مطرح كرده¬ايم که متولي استخراج آمار هزينه‌هاي خوردگي در کشور چه سازمان يا ارگاني است؟ چرا استخراج آمار هزينه‌هاي خوردگي لازم است؟ خوردگي پديده‌اي بسيار ناخوشايند است؛ پديده‌اي که سرمايه‌هاي يک صنعت، انرژي يک کشور و اقتصاد يک ملت را خورده و از بين مي‌برد. خوردگي پديده‌اي است با ابعاد گسترده؛ چراکه هرجا هوا يا مايعي وجود داشته باشد، خوردگي نيز وجود خواهد داشت. پديده‌اي که بر اساس آمار رسمي کشورهاي پيشرفته معادل دو تا پنج درصد درآمد ناخالص ملي، به اقتصاد آنها زيان وارد مي‌کند. ميزان اين خسارت به حدي است که اگر استراتژي معقولي در برابر آن اتخاذ نشود، مي‌تواند يک کشور را با مشکل مواجه کند. استخراج آمار هزينه‌هاي خوردگي چه فوايدي دارد؟ سه دليل مهم کشورهاي پيشرفته را قانع کرده تا اين آمار استخراج كنند.

1) ايجاد پتانسيل‌هايي براي کاهش هزينه‌ها و کاهش مصرف منابع و انرژي بر اساس گزارشي در انگلستان، مي‌توان هزينه‌هاي خوردگي صنعت حمل و نقل اين کشور را حدود 29 درصد کاهش داد. اين رقم در صنايع دريايي به ميزان 20 درصد و در صنعت نفت و مواد شيميايي اين کشور 8 درصد است. با توجه به آمار ارايه‌شده در سال 1970، كل هزينه¬هاي خوردگي در اين کشور سالانه حدود 3/1 ميليارد پوند است كه مي‌توان حدود 310 ميليون پوند آن را کاهش داد.

 

2) به‌دست آوردن فاکتورهايي براي کاهش هزينه‌ها با استفاده از گزارش ارايه‌شده در مورد خوردگي در انگلستان، 16 فاکتور مختلف براي کاهش هزينه‌هاي خوردگي استخراج شده است. كه بعضي از آن فاكتورها عبارتند از: 1- بهبود طراحي با استفاده از روشهاي كنوني؛ 2- افزايش آگاهي صنايع از خطرات خوردگي؛ 3- استفاده از مواد جديد براي كاهش هزينه¬هاي خوردگي؛ 4- استانداردسازي تجهيزات.

 

3) اتخاذ استراتژي‌هايي براي کنترل خوردگي با تكيه بر اين آمار مي¬توان با تدوين استراتژي‌ براي مبارزه با خوردگي، هزينه‌هاي خوردگي را به مقدار زيادي کنترل کرد و کاهش داد. کشورهايي که آمار خوردگي را استخراج کرده‌اند کشورهاي مختلفي مطالعات هزينه‌هاي خوردگي را انجام داده‌اند. قديمي‌ترين مطالعه را پروفسور Uhlig در آمريكا در سال 1949 انجام داد. وي کل هزينه‌هاي خوردگي را با جمع کردن هزينه‌هاي مواد و روش‌هايي که براي کنترل خوردگي استفاده مي‌شود،‌ به‌دست آورد. گزارش سال 1949، با انجام مطالعات ملي در کشورهاي ژاپن، آمريکا و انگلستان در سال 1970 پيگيري شد. در سال 1977 در ژاپن بر اساس روش Uhlig و در سال 1978 در آمريکا توسط (Battelle Columbus laboratories and National Bureau of Standards) Battelle-NBS ، مطالعاتي براي برآورد هزينة مستقيم خوردگي با استفاده از مدل اقتصادي Input/Output انجام گرفت. اين مدل بعداً در دو کشور ديگر، استراليا در سال 1983 و کويت در سال 1995، مورد استفاده قرار گرفت. در جدول زير هزينه‌هاي خوردگي کشورهايي که اين آمار را استخراج کرده‌اند، آورده شده است. اين آمار نشان مي‌دهد که هزينه ملي خوردگي بين 1.5 تا 5.2 درصد درآمد ناخالص ملي تغيير مي‌کند. کشور سال هزينه خوردگي کل درصد GNP آمريکا 1949 5.5 ميليارد دلار 1/2 هند 1960 320 ميليون دلار ___ فنلاند 1965 54 ميليون دلار ___ آلمان غربي 1967 6 ميليارد دلار 3 انگلستان 1970 1.365 ميليارد پوند 5/3 ژاپن 1974 9.2 ميليارد دلار 8/1 آمريکا 1975 70 ميليارد دلار 2/4 استراليا 1982 2 ميليارد دلار 5/1 کويت 1995 1 ميليارد دلار 2/5 آمريکا 1998 279 ميليارد دلار 2/3 متولي استخراج آمار هزينه¬هاي خوردگي کيست؟ ايران کشوري با اتمسفر خورنده و نيمه¬صنعتي است و به احتمال زياد، درصد هزينه¬هاي خوردگي نسبت به GDP در کشور ما در مقايسه با ساير کشورها بالاست. متاسفانه در کشوري که داراي ذخاير نفتي زياد و صنايع مختلف مرتبط با آن است (با توجه به خورندگي بالاي نفت ايران)، هنوز آمار رسمي در مورد خوردگي نمي¬توان يافت. انجمن خوردگي که مي‌تواند يکي از متوليان اين امر (استخراج آمار هزينه¬هاي خوردگي) باشد، نتوانسته است به وظيفة خود به خوبي عمل کند و فقط در يک تحليل ساده، آماري ارايه کرده که آن آمار خود جاي تأمل و بحث دارد. استخراج آمار خوردگي در ايران کاري فراتر از اين است که فقط از عهده يک سازمان و حتي يک وزاتخانه برآيد. در اين ميان وظيفه وزارت نفت، که حدود 10تريليون تومان سهم در درآمد ناخالص ملي دارد، بسيار سنگين است. از طرف ديگر، وظيفة وزرات صنايع و معادن نيز که حدود 11تريليون تومان توليد ناخالص ملي را تحت پوشش دارد نيز بسيار سنگين است؛ ضمن آنکه اين وزارتخانه متولي کل صنعت کشور نيز هست. وظيفه وزرات کشاورزي که توليد ناخالص ملي معادل 8 تريليون تومان را تحت پوشش دارد نيز سنگين است. اما شايد هيچيک از اين دستگاهها را به تنهايي نتوان متولي اين مهم نمود و همکاري اين سه وزراتخانه و حتي ارگانهاي ديگر مورد نياز باشد. به نظر مي‌رسد که سازماني همچون سازمان بهينه‌سازي مصرف انرژي نيز بايد ايجاد شود که البته با اعمال مديريت کارآمد و با استفاده از روشهاي ترويجي، در جهت کاهش هزينه‌هاي خوردگي تلاش کنند؛ اين سازمان نيز مي‌تواند در تهيه آمارهاي خوردگي کشور نقش مهمي ايفا کند.

مآخذ: ۱- مجموعه مقالات دومین همایش خوردگی در صنعت نفت 2- مجله اینترنتی و دانش نامه آزاد ویکی پدیا

[azarafrooz 14,221]

روش حفاظت کاتدی مهمترین و موثرترین روش جلوگیری از خوردگی ساختارهای فلزی می باشد. حفاظت کاتدی عبارت است از جلوگیری یا کاهش خوردگی فلزات توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی یکسو و یا تماس آن با یک آند از بین رونده که فلز مورد نظر به صورت کاتد در می آید . در اعمال سیستم حفاظتی فلزی خورده می شود که هم دارای مناطق کاتدی و هم آندی باشد.

در مناطق آندی خوردگی صورت می گیرد ولی با اعمال سیستم حفاظت کاتدی مناطق آندی هم تبدیل به کاتد شده و در نهایت ساختار فلزی تماما" کاتد می شود.

 

مکانیسم جریان حفاظت کاتدی

مکانیسم این حفاظت مربوط به جریان خارجی یکسو می باشد که پتانسیل کاتد و آند معادل هم می شوند، یعنی سطح تمام ساختار فلزی هم پتانسیل می شود و در نتیجه جریان خوردگی متوقف می شود، یا بعبارت دیگر شدت جریان خارجی شبکه ی جریان مثبت در کلیه مناطق سطح فلز وارد شده و از ورود یون های فلز به محیط اطراف جلوگیری می کند.

مثلا" در مورد فلزاتی مانند مس، سرب، برنج، فولاد، و غیره می توان از این روش استفاده کرد.

 

 

کاربرد حفاظت کاتدی

§ برای حفاظت فلزاتی مانند فولاد، مس، برنج، ســـرب که در زیر خاک قرار دارند ( در اثر لوله کشی و ...) و در داخل محلول های آبی این روش کاربرد دارد.

§ از خوردگی حفره ای فلزات به جهت تقلیل ترک خوردگی در اثر تنش ها در فلزات جلوگیری می کند.

 

حفاظت کاتدی همراه با پوشش

 

دستگاهی که تحت حفاظت کاتدی قرار گرفته باشد تمام نقاط آن محافظت نمی شود در نتیجه جریان زیادی به سطوح جانبی آن می رسد، مثلا" بخش بالای مخازنی که تحت حفاظت کاتدی هستند، محافظت نمی شود.

برای توزیع یکنواخت جریان از پوشش های مختلفی استفاده می گردد، مثلا" برای حرارت های معمولی از پوشش های آلی و برای حرارت های بالا از پوشش های معدنی استفاده می شود، در نتیجه عمر آند افزایش پیدا می کند.

 

 

مزایای اقتصادی حفاظت کاتدی

 

در حفاظت کاتدی لوله های زیر زمینی اغلب براده های آهنی یا لوله های غیر قابل استفاده به عنوان آن کمکی بکار برده می شود در اینصورت هزینه ها کمتر شده و فلز با مقاومت زیادتر عمر بیشتری را خواهد داشت. در لوله کشی خطوط بزرگ ( مثل نفت، گاز، ... ) برای اینکه عمر آندها زیاد باشد دور آنها زغال یا گرافیت می ریزند.

 

منبع: سایت علمی نخبگان جوان Njavan.com