کنترل خوردگی در سازه های دریایی
مقدمه
خوردگی، تجزیه سطحی فلزات و آلیاژها در محیط های خاص است. برخی از فلزات اساساً مقاومت به خوردگی بالایی نسبت به سایرین از خود نشان می دهند و این را می توان به عوامل متعددی مانند ترکیبات شیمیایی آنها، ماهیت خود واکنش های الکتروشیمیایی و موارد دیگر نسبت داد. مقاومت به خوردگی فلزات را می توان بر حسب توانایی آن ها در تحمل شرایط تهاجمی تعریف کرد. که این موضوع تا حد زیادی طول عمر عملیاتی قطعات را تعیین می کند. با این حال، تعاریف متعددی از خوردگی وجود دارد و طبق اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) خوردگی، واکنش سطحی غیرقابل برگشت یک ماده (فلز، سرامیک و پلیمر) با محیط آن است که منجر به مصرف مواد یا انحلال مواد می شود. غالبا ، اما نه لزوما، خوردگی به عنوان اثری مضر برای استفاده از مواد در نظر گرفته می شود. منحصراً فرآیندهای فیزیکی یا مکانیکی مانند ذوب یا تبخیر، سایش یا شکست مکانیکی در اصطلاح خوردگی گنجانده نشده اند. مشخص شده است که این تعریف عملاً شامل همه مواد مهندسی می شود و به عنوان یک تعریف گسترده در نظر گرفته می شود. از این رو، تعریف دیگری توسط ISO 8044-1986 ارائه شده است که بیان می کند: برهم کنش فیزیکی و شیمیایی بین یک فلز و محیط آن، که موجب تغییر در خواص فلز می شود و اغلب ممکن است منجر به اختلال در عملکرد فلز شود. مشخص شده است که پرکاربردترین تعریف خوردگی، تخریب مواد در اثر واکنش با محیط است. به طور کلی، خوردگی یک عامل مضر تصور می شود، یعنی تخریبی که با خوردگی رخ می دهد، با این حال، باید توجه داشت که کاربردهای سودمند متعددی در رابطه با خوردگی وجود دارد. تخریب به عنوان عامل مضر خوردگی بسیار بیشتر از عامل مفید آن است. مواد توسط انسان برای دستیابی به قدرت تکنولوژیکی خود مورد استفاده قرار می گیرند، اما از بین تمام مواد موجود، مشخص است که فلزات در بین آنها پرکاربردتر هستند. بر اساس این واقعیت است که این مواد دارای خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خوبی هستند. همچنین مشاهده شده است که اصطلاح واکنش نیز در طبقه بندی خوردگی بر اساس مکانیسم آنها استفاده می شود.
از این رو واکنش می تواند فیزیکی، شیمیایی یا الکتروشیمیایی باشد. محیط به عنوان عامل اصلی در خوردگی فلز در زمان واکنش توصیف می شود. محیط هایی که باعث خوردگی می شوند خورنده نامیده می شوند.
عواملی که بر محیط تأثیر می گذارند شامل طبیعت، ترمودینامیک و سنتز می باشند، اما به طور کلی مقاومت در برابر خوردگی یا مقاومت شیمیایی به عوامل زیادی بستگی دارد. مطالعه کامل و جامع آن مستلزم آگاهی از چندین زمینه دانش علمی است. برخی از این عوامل عبارتند از: اثرات اکسیژن و اکسید کننده ها، دما، سرعت، غلظت خورنده، عوامل متالورژیکی.
انتخاب مواد ابزار قدرتمندی برای مقابله با خوردگی شدید است. خرابی هایی که در نتیجه حمله خوردگی رخ می دهد می تواند بسیار گران باشد، بنابراین جلوگیری یا کاهش این حملات برای صنعت بسیار مهم است. راه حل مهندسی، برای شکست ناشی از خوردگی صرفاً ساخت پوشش های ضد خوردگی با خواص شیمیایی و مکانیکی برتر نسبت به ماده اصلی است. بهبود طول عمر و عملکرد آلیاژها و اجزای فلزی از طریق استفاده از پوشش‌های ضد خوردگی متعدد بسیار سودمند است. این پوشش فلزات می تواند اجزای کارآمدتر، عملیات صنعتی کارآمد، کاهش هزینه، صرفه جویی در منابع مواد کمیاب و کاهش انتشار آلاینده ها را امکان پذیر سازد. پوشش‌های ضد خوردگی اغلب شامل بهبود سطح می‌شوند که می‌توانند خواص عملکردی متعددی را به سطوح فلزات القا کنند. مواد جدید شامل کامپوزیت ها، نانو کامپوزیت ها، نانو ذرات است. صنایع متعددی از پوشش‌های ضد خوردگی استفاده می‌کنند، که از جمله آن ها می توان به سازه های دریایی در آب های عمیق اشاره نمود. کنترل خوردگی در سازه های فراساحلی برای حفظ تولید نفت و گاز، ایجاد مناطق ایمن کار و زندگی و جلوگیری از آسیب احتمالی به محیط زیست ضروری است.
در استاندارد NASE SP0108، "سازه های دریایی" شامل سازه های دریایی فلزی مانند سکوهای پایه ثابت، سکوهای کششی (TLPs)، نیمه شناورها، سکوهای یدک و کشتی های ذخیره سازی و تخلیه تولید شناور (FPSOs) است. این استاندارد مواد پوشش، پروتکل تست پوشش و معیارهای پذیرش، آماده سازی سطح، کاربرد پوشش، تضمین کیفیت و کنترل و روش های تعمیر را پوشش می دهد. همچنین سیستم های پوشش محافظ عمومی، پوشش های بست و کنترل خوردگی فلنج ها، تکیه گاه های لوله و لوله های فولادی ضد زنگ را شامل می گردد.
پیشگیری و کنترل خوردگی
این واقعیت که خوردگی نیاز به کنترل دارد را نمی توان با توجه به مقدار هنگفتی که سالانه برای آن هزینه می شود بیش از حد مورد تاکید قرار داد. مواد از طریق روش های مختلف در برابر خوردگی محافظت می شوند. در برخی اقدامات، با انتخاب دقیق مواد و طراحی سیستم از خوردگی جلوگیری می شود تا فرصت خوردگی خاصی ایجاد نشود. در بیشتر موارد، با اصلاح محیط، اصلاح خواص مواد، اعمال پوشش های محافظ و حفاظت کاتدی و آندی از وقوع خوردگی جلوگیری و سرکوب می شود. باید درک کرد که انتخاب اینکه آیا باید از خوردگی اجتناب شود، سرکوب شود یا صرفاً کنترل شود، بستگی به اقتصادی بودن فرآیندهای درگیر دارد. اهمیت و برجستگی اقدامات در پیشگیری و کنترل خوردگی به این ترتیب می باشند : انتخاب مواد، حفاظت کاتدی و آندی و پوشش. با این حال، باید توجه داشت که اصول پیشگیری از خوردگی مبتنی بر اصلاح محیط‌ها، رویکردهای الکتروشیمیایی و مواد مقاوم در برابر خوردگی است. اهمیت پوشش را نمی توان نادیده گرفت زیرا شامل کلیه تکنیک های کنترل و پیشگیری از خوردگی مانند حفاظت کاتدی، اصلاح محیط و انتخاب مواد (توسعه مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند پلیمرهای) می شود.
پوشش ها
به گفته محققین، سیستم های چند لایه ای در پوشش ها وجود دارد که از پرایمر و پوشش بالایی تشکیل شده است. عملکرد هر لایه خاص است اما هر لایه تعاملی است. مواد پوشش می توانند فلزی، معدنی یا آلی باشند. پوشش‌های نسبتاً نازک مواد فلزی و معدنی می‌توانند مانعی بین فلز و محیط آن ایجاد کنند.
عملکرد اصلی چنین پوششی ایجاد یک مانع موثر به جز پوشش های فداشونده مانند روی است. پوشش‌های فلزی با رسوب الکتریکی، پاشش شعله، روکش‌دهی، و غوطه‌ور شدن داغ و رسوب بخار اعمال می‌شوند، اما مواد معدنی با پاشش، انتشار یا تبدیل شیمیایی اعمال یا تشکیل می‌شوند که معمولاً با پخت یا پختن در دمای بالا انجام می شود. پوشش‌های فلزی معمولاً مقداری شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند در حالی که مواد معدنی شکننده هستند و در هر دو مورد باید یک مانع کامل ایجاد شود. تخلخل یا سایر عیوب به دلیل اثرات گالوانیکی می تواند منجر به حمله موضعی سریع به فلز اصلی شود. پوشش های ارگانیک شامل یک مانع نسبتا نازک بین مواد بستر و محیط است. رنگ ها، لاک هاو پوشش های مشابه بدون شک بیشتر از هر روش دیگری خوردگی فلز را بر اساس تناژ محافظت می کنند. جدای از کاربرد مناسب، سه فاکتور اصلی که برای پوشش‌های ارگانیک باید در نظر گرفته شود به ترتیب اهمیت به‌عنوان آماده‌سازی سطح، نوع آستر یا پوشش پرایمر و انتخاب پوشش یا پوشش‌ها ذکر شده‌اند.
آماده سازی سطح به عنوان یکی از مهمترین عوامل در صنعت پوشش تلقی می شود. مشخص است که اگر سطح فلز به درستی آماده نشود، ممکن است رنگ به دلیل ضعیف بودن پوست کنده شود.
باندینگ، اگر پرایمر چسبندگی خوبی نداشته باشد یا با پوشش بالایی سازگار نباشد، شکست زودرس رخ می دهد. اگر دو عامل اول اشتباه باشد، سیستم بدون توجه به پوشش استفاده شده از کار می افتد. عملکرد ضعیف رنگ در بیشتر موارد به دلیل کاربرد ضعیف و آماده سازی سطح است. تنوع بسیار زیادی از رنگ ها موجود است. رنگ های قیری آسفالت اغلب در خطوط لوله استفاده می شود. گاهی اوقات از یک بسته بندی پارچه ای به همراه پوشش برای تقویت استفاده می شود. آلکیدها، گلیپتول ها، بتن، سرب، اکسید آهن، فنولیک ها، لیتوپون ها، رنگ های اکسید تیتانیوم و لاستیک کلردار تنها چند نمونه هستند. رنگ های وینیلی و اپوکسی به طور گسترده ای برای کاربرد خوردگی پذیرفته شده اند .
تکنیک های سنتی زیادی برای پوشش وجود دارد. این تکنیک ها عبارتند از: پاشش حرارتی، پرتو یونی، غوطه وری، جوشکاری، چاپ روی صفحه، پوشش غوطه وری، فرآیند گالوانیزه کردن، پوشش تحت خلاء و هنوز معمولاً در پوشش لایه های فلزی استفاده می شوند. عملکرد اصلی آنها ایجاد حفاظت طولانی مدت در برابر خوردگی از عناصر زیرزمینی و همچنین حفاظت مکانیکی است. کل اجزای سیستم شامل یک پرایمر است که مستقیماً روی سطح لوله اعمال می شود، یک لایه داخلی که یک مانع خوردگی ایجاد می کند و یک لایه بیرونی که محافظت مکانیکی را فراهم می کند. فرآیند پوشش لوله بر اساس استانداردهای صنعت انجام می شود و برخی از آنها شامل DIN 30672، EN 12068 ، AWWA C-209 ، C-214 و C-225 می باشد.
پوشش ضد خوردگی: مواد پلیمری
برخی از محققان اختراعاتی را که در زمینه مواد پلیمری به عنوان پوشش های ضد خوردگی به دست آمده را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که برخی از پلیمرها به دلیل ماهیت غیرقابل نفوذ در این ماده به عنوان مواد مقاوم در برابر خوردگی عمل می کنند.
استفاده از پلیمرها به عنوان مواد پوشش ضد خوردگی روی سطوح فلزی در زمان های اخیر به طور قابل توجهی افزایش یافته است. مزیت دیگر این است که می توان از آن به عنوان یک پوشش استفاده کرد بر خلاف سایر مواد سنتی که نیاز به پوشش چند لایه قبل از ایجاد حفاظت کافی از سطوح فلزی در برابر خوردگی دارند.
پوشش های آلی به عنوان یکی از روش های حفاظت در برابر خوردگی و کنترل فلزات به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. کاربردهای گسترده ای در حفاظت از سطوح نسوز متخلخل مانند ملات سیمان یا سازه های بتنی دارد. عوامل متعددی وجود دارد که بر انتخاب پوشش مناسب تأثیر می گذارد، مانند عوامل محیطی و ماهیت محیط جریان برای سیستم های خط لوله. مواد پلیمری آلی با گروه های عملکردی متفاوتی مشخص می شوند. برخی از نمونه‌های مواد پلیمری آلی عبارتند از: ماستیک قیری و لعاب قیری، اپوکسی قطران زغال‌سنگ، پلی اتیلن اکسترود شده، اپوکسی ها ، سیستم‌های پوشش چندلایه پلی الفین شامل پلی اتیلن یا پلی پروپیلن و پلی یورتان. به عنوان مثال، اپوکسی دارای مزایای زیر است که عبارتند از: صرفه جویی در ضخامت لوله (یا مواد)، بی اثر بودن شیمیایی در محدوده وسیعی از pH، وجود سطح صاف و از نظر شیمیایی خنثی، سطح مقاومت در برابر اصطکاک بالا، سهولت در پوشش اشکال پیچیده، سهولت در جوشکاری میدانی، و سهولت در حمل و نقل لوله های اندازه بزرگ و در نتیجه صرفه جویی در هزینه.
صنایع شیمی ساختمان آباد گران توانسته در این راستا با طراحی و تولید رنگ های اپوکسی محصولاتی همچون رنگ اپوکسی بدون حلال و بر پایه پلی آمین ABADUR HP-350 که به طور گسترده ای برای کاربرد خوردگی در آب و محیط های مرطوب پذیرفته شده اند را ارائه دهد. این پوشش با بهره گیری از ویژگی های خاص این امکان را فراهم نموده که بدون نیاز به پرایمر و با ضخامت بین 200 تا 300 میکرون، مقاومت چسبندگی بالا بر روی سطوح فلزی و بتنی حاصل نماید و همچنین از مقاومت ضربه بالایی برخوردار می باشد.
نتیجه گیری
- مبارزه با خوردگی در صنعت ضروری است، زیرا خسارت های جبران ناپذیر ایجاد می کنند. خوردگی می تواند بسیار پرهزینه باشد از جمله خطرات ایمنی.
- روش های اصلاح انتخابی مانند غوطه وری، پاشش، سل-ژل، رسوب بخار در میان سایر فلزات و اجزاء از طریق اعمال پوشش های ضد خوردگی امکان پذیر است، بنابراین تنها بخشی که در معرض تخریب است نیاز به پوشش دهی دارد، که منجر به کاهش هزینه می شود.
- با انتخاب مناسب پوشش ها/ مواد در اکثر صنایع تولیدی می توان از اتلاف مواد و خرابی قطعات جلوگیری کرد. بنابراین آگاهی کافی از این فرآیندها اجتناب ناپذیر است.
- پوشش های ضد خوردگی سطوح، مواد جدیدی را با خواص کاربردی متعدد و ویژگی های منحصر به فرد تولید می کنند.
برای کسب اطلاعات بیشتر به مقاله زیر مراجعه کنید:
اجزای پوشش های محافظ برای جلوگیری از خوردگی سطوح
