شیمی

بررسی عوامل ایجاد خوردگی در خطوط انتقال نفت وگازوراهای گاهش آن

مقدمه

می دانیم که در صد و پنجاه سال اخیر اختراعات و ابداعات صنعتی پیشرفت چشمگیری داشته و با پیشرفت و گسترش آن زندگی بشر دستخوش دگرگونی شده است ، در کشور های صنعتی و همچنین در کشورهای در حال توسعه بحران های صنعتی خاصی نیز به وجود آمده است که جهت تقویت مدیریت و تسلط بر ظرایف فنی و نیل به هدف های متعالی راهی جز ابتکار و کوشش وجود ندارد  . لذا برای آگاهی بیشتر و از بین بردن معضلات مربوط به آن تحقیق ، ترجمه و ارتباط فرهنگی نیز لازم است که انسان را سریعتر به حقیقت و پویایی علم برساند .

یکی از مباحث علمی ، فنی و اقتصادی که کمتر از یکصد سال است توجه عده ای از دانشمندان را به خود جلب نموده و مطالعات زیادی روی آن انجام گرفته موضوع (( خوردگی )) به ویژه خوردگی فلزات است که زنگ زدن آهن و فولاد از مهمترین شکل های خوردگی هستند . هر چند خوردگی در مورد فلزات دیگر و مواد غیر فلزی نظیر پلاستیک ، بتون و سرامیک و غیره نیز دیده می شود اما با توجه به نقش آهن و فولاد در صنایع و تجهیزات کارخانجات و نیز نقش آن صنایع نفت و گاز پتروشیمی این مسئله در مورد آهن و فولاد از اهمیت بسیاری برخوردار است .

خوردگی همانطور که در بخش های بعدی بطور مفصل در باره آن بحث شده علاوه به صدمه به ساختار های فلزی باعث آلودگی محیط زیست نیز می شود .

خوردگی را می توان در راستای افزایش ((آنتروپی )) در طبیعت ارزیابی کرد . بسیاری از اوقات بشر می خواهد استعداد ها و نیروهای موجود در طبیعت را در جهت خواسته های خود مهار کند . انسان فلز را از ترکیبات موجود در طبیعت استحصال می کند و فلز خالص را تهیه
می کند . اما از اینجا مبارزه علمی بین طبیعت و بشر آغاز می شود . طبیعت میل دارد که آنرا به شکل همان ترکیبات اولیه برگرداند و بشر می خواهد فلز را در حالتی که برایش مفید است نگهدارد . این اصل اول طبیعت است که همه چیز تمایل به بازگشت به حالت اولیه طبیعی خود دارد . وفلزات نیز از این جمله اند . گویی این شعر مولوی مصداق پیدا می کند :

هر کسی کو دور ماند از اصل خویش       باز جوید روزگار وصل خویش 

این شعر عارفانه مولوی در حقیقت همان اصل طبیعت را بیان می کند . و در همه کس همه چیز صادق است . انسان به خاک و خدا که اصل اوست بر می گردد .  قطره های اب برای رسیدن به اقیانوس ها و دریا ها در تلاشند . فلزات نیز خواهان بازگشت به حالت ترکیبات اولیه خود هستند مثلا آهن و فولاد میل دارد بیشتر به شکل اکسید آهن [1]یا مخلوطی از هر دو ظاهر شود .

عناصر دیگر مانند مس ، آلومنیوم و یا مواد پلاستیکی [2]و غیره هرگز نتوانسته اند جایگزین صد در صد فولاد برای خطوط انتقال سیالات گردند . هنوز هم لوله های فولادین سلطان انتقال مواد ارزنده ای چون نفت ، گاز هستند و در عین حال در برابر زنگ زدگی و خوردگی دارای نقطه ضعف قابل توجهی می باشند . بنابراین باید به ستیز با این پدیده مخرب برخاسته و با تجهیز خود و با دانش به این مهم بعد تکامل یافته تری ببخشیم .

امید است این مجموعه مورد استفاده کلیه علاقه مندان و همکاران قرار گیرد .

 

 

 

 

فصل اول

تاریخچه خوردگی و جنبه اقتصادی آن

 


1-1 تاریخچه

با توجه به روند پیشرفت در صنایع کشتی سازی و ورود فولاد به آن رفته رفته پیشگامان این صنعت را واداشت تا کشتی ها را در برابر سوراخ شدن و خوردگی ناشی از آب شور دریا محفوظ دارند ، در این زمینه در سال 1824 شخصی انگلیسی به نام Sir Humphery Davey مس را برای حفاظت بدنه کشتی ها پیشنهاد نمود و چون تراکم یون های مس در سطوح حفاظت شده باعث مسمومیت موجودات زیر دریایی می گردید پیشنهاد وی در مورد حفاظت سطوح خارجی کشتی ها به وسیله مس با واکنش شدید نیروی دریایی انگلستان روبه رو شد .

در سال 1829  پس از مرگ Sir Humphery یکی از بستگان وی به نام ادموند  با اتصالات قطعات فلزی بر بدنه کشتی ها موفق به حفاظت آن ها بر علیه عوامل خوردگی گردید.

در سال 1903 W.R Whitney  مقاله ای در نشریه انجمن شیمیدانان آمریکا تحت عنوان خوردگی الکتروشیمیایی نگاشت . در سال 1906 انجمن ASTM عملیات آزمایشی خود را انجام داد ، و پس از مدتی انجمن ها و سازمان های دیگری نسبت به خوردگی توجهشان جلب شد در 1950 عملیات فروبری آهن در درون روی مذاب توسط کانادایی ها کشف و سپس انگلستان و فرانسه به تبعیت از آن پرداختند .

 در سال 1910  و بعد از آن حفاظت لوله های زیر زمینی و تاسیسات روی زمینی با به کار گیری شدت جریان طبق آنچه امروزه متداول است تحت حفاظت قرار گرفتند . در زمینه خوردگی و تاثیر جریان های سرگردان و مقدار صدماتی را به لوله ها و تاسیسات روی زمینی وارد می آمد نیاز به مشارکت ساز مان های ذینفع از جمله برق ، مخابرات ، خط آهن و ... بود . هر یک به نوبه خود در این زمینه به بررسی و تحقیقاتی دست زدند که تاثیر کابل های مخابرات ، برق و قطارهای زیر زمینی در جریان های سرگردان از اهمیت خاصی برخوردارد بودند .

قبل از جنگ جهانی دوم در آلمان نشریه ای در رابطه با خوردگی به چاپ می رسید که از سال های جنگ متوقف گردید . ولی انجمن ملی مهندسین خوردگی در آمریکا NACE  اولن نشریه خود را در رابطه با خوردگی در سال 1945 منتشر و در کشور های دیگر شروع و در استرالیا نیز به چاپ رسید .

کشور های بلژیک ، انگلستان ، فرانسه ، هلند ، ژاپن ، روسیه و غیره نیز نشریه هایی به چاپ رسانیدند و رهبر این گروه در آمریکا سازمان های ASTM و ASME  و دیگر انجمن های شیمیدان های آمریکا و انجمن الکتروشیمی آمریکا بودند .

لز 105  عنصر شناخته شده بالغ بر 80  نوع آن فلز می باشد که هر یک دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به خود است ، گرچه همگی خورده میشوند ولی مقدار خوردگی با یکدیگر و بر حسب قرار گیری در محیط های مختلف متفاوت است ، حدود نیمی از این فلزات به صورت ترکیب در آمده که بالغ بر 40000 نوع آلیاژ حاصل گشته و بدون اغراق می توان گفت که نیاز بشر در سال های آتی به بیش از این خواهد رسید .

1-2 خوردگی و جنبه های اقتصادی آن

امروزه مسائل خوردگی در فلزات در ابعاد وسیعی مورد توجه قرار گرفته است چرا که اصولا اغلب فلزات در طبیعت به صورت سنگ معدن لیمونیت و گوتیت و به حالت ترکیب یافت می شوند . لذا کاربرد آن ها مشمول فراگیری های متعدد و در عین حال دشوار و پر هزینه و زمان و سرمایه کلانی را در این خصوص می طلبد . به عبارت دیگر فرآیند خوردگی بازگشت فلز به حالت طبیعی است که از معضلات تکنولوژی بوده و سالیانه ضرر و زیان بسیاری را متوجه صاحبان صنایع می نماید  .

بر طبق تحقیقات به عمل آمده هر ساله حدود یک سوم فولاد تولیدی در جهان در اثر خوردگی غیر قابل استفاده می گردد . در آمریکا 40 درصد تولید صرف ترمیم تاسیسات خورده شده می شود .

خسارات ناشی از خوردگی یک واقعیت اجتناب ناپذیر در زندگی ماشینی امروزی است و در همه جا از فضا گرفته تا روی خاک ، زیر خاک ، در دریاها و تاسیسات و ابزار آلات ساخته دست بشر را مورد تهدید قرار می دهد .

خسارات ناشی از فساد از رنگ و حفاظت از آن در آمریکا بالغ بر 10  الی 15  میلیون دلار برآورد شده است .

بر اساس مطالعاتی که در سال 1990 به عمل آمده خسارات ناشی از خوردگی در ژاپن بالغ بر 10 بیلیون دلار تخمین زده شده است .

بد نیست بدانیم که فقط نیروی دریایی ایران بین سال های 65 -66 میزان خوردگی بالغ بر 810 میلیون تومان بوده است . در سومین کنگره خوردگی در سال 1372 وزیر صنایع اعلام داشت که خسارات ناشی از خوردگی بیش از ازسرمایه گذاری های است که در کشور انجام می شود .

شایان ذکر است که خوردگی در صنایع نفت ، گاز و پتروشیمی به خاطر هم جواری با سواحل خلیج فارس بسیار زیاد است .

با توجه به شواهد یاد شده اگر خوردگی وجود نداشت شاید وضع اقتصادی دگرگونی خاصی می یافت ، مثلا احتیاج به رنگ آمیزی لوله های زیر زمینی ، اثاثیه منزل ، اتومبیل ، کشتی و هواپیما نبود . شاید نیازی به تاسیس صنایع فولاد ضد زنگ نیز احساس نمی شد .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل دوم

خوردگی و انواع آن

 

 

 

 

 

 

 

 



 2-1خوردگی [3]

با توجه به تخصص ها و دیدگاه های مختلف تعاریف مختلفی برای خوردگی ارائه شده است که به طور خلاصه بیان می گردد :

·        خوردگی به فساد مواد ( معمولا آهن ) و تغییر خواص آن گفته می شود که در نتیجه واکنش با محیط حاصل می گردد .

·                   خوردگی اکسیداسیون است .

·                   خوردگی یک حمله شیمیایی به فلز است .

·                   خوردگی پدیده ایست الکتریکی ، بعبارت دیگر الکترولیز است .

·                   خوردگی پدیده ایست الکتروشیمیایی .

·                   خوردگی عبارت است از تخریب اجسامی که از طریقی ، غیر از عمل مکانیکی حاصل می شود .

و تعاریفی دیگر ...

و اما بهترین تعریفی که امروزه مورد قبول همگان است :

خوردگی عملی است شیمیایی یا الکتروشیمیایی که بین فلزات و محیط اطرافشان واقع گشته و موجب فساد و دگرگونی در خواص آنها می شود .

طبق استاندارد ISO – 8044  تعریف بعضی از نظریه های اولیه خوردگی عبارت است از :

برهم کنش فیزیکی و شیمیایی بین فلز و محیط اطراف که نتیجه آن تغییر در خواص فلز است و این اغلب منجر به لطمه به وظیفه فلز ، محیط زیست و یا سیستم های فنی که این ها در آن شرکت دارند می شود .

تبصره : این بر همکنش معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی است .

خوردگی معمولا در هر محیطی صورت می گیرد و بستگی به آن دارد که با چه مصالحی سرو کار داریم . بیش از 57 نوع خوردگی وجود دارد حتی اجسام غیر فلزی مانند چوب ، پلاستیک ، سرامیک ، لاستیک ، شیشه ، بتن و غیره نیز خورنده می باشند -  اما خوردگی و فساد غیر فلزات به شکل های دیگری ظاهر می شود .

 

 2-2 خوردگی الکتروشیمیایی و شیمیایی

هر چند اغلب فرآیند های خوردگی ماهیت الکتروشیمیایی دارند زیرا شامل یک واکنش اکسایش می باشند .

ولی با وجود این بین موارد زیر تفاوت قائل می شویم .

2-2-1خوردگی الکتروشیمیایی :

که از طریق یک واکنش الکترودی و معمولا در محیط مرطوب انجام می گیرد  ( خوردگی در محلول های آبی ، خوردگی اتمسفری در اثر فیلم مرطوب روی سطح فلز و نیز خوردگی در خاک که به کمک رطوبت انجام می گیرد از این نوع اند )

2-2-2خوردگی شیمیایی :

که تحت تاثیر گاز های خشک ( مانند اکسایش در دمای بالا ) و مایعات آلی بدون آب انجام می گیرد .

2-3زنگ زدگی [4]

به اکسید شدن آهن و آلیاژهایی که با آهن وجود دارد اطلاق می گردد که معمولا در اثر رطوبت یا حتی در هوای خشک نیز حاصل می شود . اصطلاحاتی در این زمینه به کار می روند که از آن جمله اند :

·                   فیلم : در خوردگی به لایه نازک پوشده شده بر سطح فلز را که در آنگسترم باشد .

·                   قشر : به لایه نازک در حد میلیمتری گفته می شود .

·        لایه پوشش ضخیمی که بر روی فلز به وجود می آید و در واقع ضخیمترین پوشش اکسید بر روی فلز محسوب می گردد .

2-4مقیاس اندازه گیری های خوردگی

هنگامی که خوردگی به وقوع می پیوندد وزنی حاصل یا از دست می رود . این وزن در یک واحد سطح و در یک واحد زمانی و اندازه معمولی میلی گرم بر دسی متر مربع در روز است که آنرا با MDD  مشخص می کنند . از دست دادن ضخامت فلز را در سال MPY در یک میل در سال نشان می دهند که مناسب ترین واحد جهت میزان خوردگی در طراحی به شمار می آید ( یک میل برابر یک هزارم اینچ می باشد ) که از فرمول زیر به دست می آید .

W  = کمبود وزن نمونه بر حسب میلی گرم

D =  وزن مخصوص فلز

A  = سطح کل نمونه بر حسب اینچ مربع

T  = زمان آزمایش بر حسب ساعت

واحد های دیگری نیز به کار برده می شوند که به سهولت قابل محاسبه با واحد های دیگر هستند . از جمله :

گرم بر دسی متر مربع در روز گرم بر سانتی متر مربع در روز گرم بر اینچ مربع در ساعت گرم بر متر مربع در ساعت اینچ در سال (IPY) و میلی متر درسال

چنانچه خوردگی فلز کمتر از IPY  005/0 باشد آنرا جز فلزات مقاوم می شناسند و اگر مقدار خوردگی بین IPY 05/0 تا  IPY 005/0 باشد جز فلزات معمولی و چنانچه مقدار خوردگی از IPY  005/0 بیشتر باشد جز دسته فلزات ضعیف در برابر خوردگی محسوب می شود .

 2-5عوامل موثر در واکنش های خوردگی

جهت نمایش خوردگی در سیستمی مانند آهن ، آب و اکسیژن از رابطه زیر استفاده می گردد :

این رابطه نشان می دهد که واکنش اولیه آهن با اکسیژن در آب خالص منجر به تشکیل هیدروکسید می شود و اگر یکی از عوامل مزبور حضور نداشته باشد خوردگی صورت نخواهد گرفت .

یادآور می شود که در صورت وجود ناخالصی ها یا آلودگی ها مثلا در آب محصولات دیگری ( غیر از هیدروکسید فرو ) نیز پدید خواهند آمد . پدیده زنگ زدن آهن در محیط مرطوب ، پیچیده و با تغییر شرایط اندکی متفاوت است اما می توان معادله زیر را به عنوان خلاصه واکنش های انجام یافته در نظر گرفت :

زنگ آهن ماده ای متخلل و قهوه ای رنگ است که می توان آنرا اکسید آهن (III) آب دار به شمار آورد که فرمول کلی ( )  می باشد .

مهمترین عواملی که در واکنش های خوردگی دخالت موثر دارند عبارتند از :

 2-5-1درجه حرارت : افزایش درجه حرارت موجب ازدیاد میزان و سرعت خوردگی می شود . حتی زمانیکه درجه حرارت قسمت های مختلف از قطعه معینی متفاوت باشد . عموما آن قسمت که درجه حرارتش بیشتر باشد نسبت به سایر نقاط آندتر می شود .

 2-5-2اختلاف پتانسیل[5] : در حالیکه فلزات غیر همجنس و متصل به هم در محیط مشترکی قرار گرفته باشند به علت اختلاف پتانسیل موجود بین الکترود ها ( مثلا دو فلز روی و آهن در آب نمک ) فلزی که در جدول سری گالوانیکی بالاتر است آند بوده خورده خواهد شد . و در نتیجه این عمل فلز دیگر را محافظت خواهد نمود .

2-5-3عملیات حرارتی : در نتیجه اعمال عملیات حرارتی رفتار خوردگی اغلب فلزات و آلیاژها شدیدا متاثر خواهد شد .

 2-5-4شرایط سطحی : شروع و سرعت خوردگی در مورد سطوح صیقلی و تمیز فلزات نسبت به سطوح زبر و خشن و یا سطوحی که دارای فیلم های سطحی بوده و یا دیگر موارد خارجی در آن حضور داشته باشند به شدت تغییر می کند .

 2-5-5سرعت : چون فیلم های اولیه خوردگی به دلیل وجود سائیدگی از بین می رود و سطح فلز لخت و فعال مجددا در معرض خوردگی های بعدی قرار می گیرد از این رو مورد بررسی و توجه می باشد .

 2-5-6تشعشع : در این زمینه تحقیقات کمتری صورت گرفته است اما آزمایشاتی که انجام گرفته روشن نموده که در محیط های حاوی تشعشعات اتمی بر روی فلزات میزان و شدت خوردگی تا حدودی افزایش می یابد .

 2-5-7ناخالصی های محیطی : وجود ناخالصی های مختلف در محیط عامل بسیار مهمی بوده و اثرات گوناگونی بر روی خوردگی می گذارند .

 2-5-8زمان : معمولا پیشرفت خوردگی با زمان افزایش می یابد اما شرایطی وجود دارند که میزان خوردگی نسبت به زمان کاهش می یابد .

 2-5-9تنش : مواد و قطعات در شرایطی که تحت تنش های کششی در معرض محیط های خورنده قرار می گیرند شدیدتر و سریعتر از بین می روند .

 2-5-10فشار : بررسی ها و مطالعات نشان داده که فشار عامل موثری روی واکنش های شیمیایی و اکسیداسیون مواد می باشد .

 2-5-11خواص فلزی : توجه به خواص و مشخصات متالوژی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است . ساختمان بلوری ،مرزدانه ها ، خواص مکانیکی اختصاصی فلزات و آلیاژها روش های ریخته گری ،عملیات حرارتی  و ترکیب آلیاژها از عوامل مهم و موثری هستند که مد نظر  قرار می گیرند .

 2-5-12سایر عوامل : وجود عوامل مختلف باعث پیچیدگی های زیادی در مطالعات خوردگی می گردند از جمله :

الف ) وجود اختلاف دمیدگی (هوادهی ) در سطوح مجاور با الکترولیت ها که سبب ایجاد مناطق آندی و کاتدی می گردد .

ب ) وجود اختلاف غلظت ( یا اختلاف در PH) در نقاط مختلف از سطح فلزی که در محیط الکترولیت یا خورنده قرار گرفته باشد سبب ایجاد مناطق آندی و کاتدی می شود .

ج ) اثرات بیولوژیکی وجود ماکروارگانیسم ها یا میکرواورگانیسم ها در خوردگی مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته و صدمات و خطرات آنها آشکار شده است .

 

 

 2-6نیروی محرک خوردگی و تاثیر عوامل محیطی

فلزات در طبیعت بصورت سنگ معدن اکسیدی و سولفیدی دارند و درجه اکسیداسیون آنها نسبت به فلز آزاد بیشتر است . استخراج و احیای فلز از سنگ معدن باعث افزایش انرژی آزاد داخلی فلز می شود . لذا فلز سعی می کند که با اکسید شدن مجدد انرژی اضافی خود را از طریق دادن الکترون از دست بدهد . و این اصل اول طبیعت است که همه چیز تمایل به بازگشت به حالت اولیه طبیعی خود را دارند . تمام فلزات نیز از آن جمله اند مگر فلزات نجیبی چون طلا و پلاتین .

خوردگی پدیده ای است طبیعی لذا با استفاده از فلزاتی چون مس ، برنج و آلومنیوم و یا فولاد های زنگ نزن دیگر فقط می توان رنگ زدگی را به تاخیر انداخت .

محیط ها نیز از نظر خوردگی با یکدیگر متفاوتند برای مثال  : هوای مرطوب خورنده تر از هوای خشک است .هوای گرم از هوای سرد خورنده تر است . آب گرم از آب سرد خورنده تر است اسیدها از باز ها خورنده ترند . آب شور از آب شیرین و تازه خورنده تر است .آب با املاح زیاد خورنده تر از آب با املاح کم است و بالاخره خوردگی در خلا حاصل نخواهد شد حتی اگر درجه حرارت نیز بالا باشد .

خوردگی همانطور که بیان شد بیشتر ناشی از اکسیژن و رطوبت و یا مواد دیگری مانند ترکیبات گوگردی ، کلرید سدیم و غیره می باشد . نمک باعث خوردگی زیاد در اتومبیل هایی می شود که در سواحل در ترددند . هوا و اجزا متشکله آن میزان خوردگی را افزایش می دهند خوردگی فولاد در سواحل 400 تا 500 بار بیشتر از صحرا است .

  2-7گردش آب در طبیعت و اثرات آن در خوردگی فلزات

سه چهارم از سطح زمین را آب تشکیل داده و به صورت یک چرخه هیدرولوژیکی عمل می کند . آب کاملا خالص بدون ،   ،   بر روی فلزات تا نقطه جوش ایجاد خوردگی نخواهد کرد . ولی آب به علت قدرت حلالیت بالایی که دارد اغلب مواد موجود در مسیر را کم و بیش در خود حل می کند . آبها دارای ترکیبات و مزه های مختلفی هستند که از نظر خوردگی به چند دسته تقسیم می شوند .

 2-7-1آب تازه : خوردگی در آب تازه و شیرین بستگی به اکسیژن محلول و سختی کلرید ها ، سولفورها و فاکتور های بی شمار دارد . نسبت مقدار محلول در آب سبک و سنگینی آنرا سبب می شود . خوردگی فلز غوطه ور در آب سبک بسیار شدیدتر از آب های سنگین است چرا که آب های سنگین با وجود املاح نمکی (کربنات کلسیم و هیدروکسید سدیم ) قادرند سطح تازه را بپوشانند و آنرا تحت حفاظت قرار دهند .

2-7-2آب مقطر : آب مقطر و خالص دارای 7 = PH است و در اثر حل شدن اکسیژن PH آن تغییر می کند و قلیلیی می گردد و خوردگی را آسانتر می سازد .

 2-7-3آب کاملا خالص : هر چه آب خالص تر باشد خوردگی نیز کمتر است علت آن افزایش مقاومت الکتریکی است . به عنوان مثال مقاومت آب مقطر معادل 200000 اهم سانتی متر است لذا در کارخانه ها تولید انرژی از آب کاملا خالص استفاده می شود .

 2-7-4آب تصفیه شده : خورندگی نسبتا کمی دارد زیرا مقاومت الکتریکی زیاد و غلظت یون ئیدروژن کمتری دارد اما در مجاورت هوا در اثر جذب  و تشکیل اسید کربنیک مقاومت آن کاهش یافته و سبب خوردگی فولاد می شود . وجود در آب های خنثی موجب افزایش خوردگی می شود . ولی می توان با به کار بردن مواد جاذب اکسیژن نظیر (سولفیت سدیم ) و روش های دیگر مقدار آن را کاهش داد . چنانچه در دیگ های بخار از این شیوه ها استفاده می شود .

 2-7-5آب شور : هدایت الکتریکی آب دریا 400 برابر بیشتر از آب شیرین است . خوردگی چنین آبی به علت وجود NaCl زیاد آن است . آب با8  = PH یک الکترولیت عالی است می تواند عامل خوردگی گالوانیکی یا درزی و شکافی به شمار آید .

بیشترین مقدار خوردگی در سطح متلاطم و مواج آب دریا اتفاق می افتد که گاهی فلز در تماس با آب و گاهی در تماس با اتمسفر است . زیرا فلز بالای سطح آب است که اکسیژن زیادی هم دارد . غلظت زیاد اکسیژن حل شده توام با هدایت بالای الکترولیت خوردگی شدیدی در آن را به وجود می آورد .

آب دریا از نظر اکسیژن و املاح و قدرت خورندگی تا 200 برابر آب رودخانه ها است .

  2-8خاک

خوردگی خاک بر حسب مواد متشکله آن متفاوت است . خاک ها می تواند اسیدی یا بازی باشد ولی عموما خاک ها خنثی هستند . چنانچه خاک اطراف لوله بازی باشد مشکلی پیش خواهد آمد و چنانچه لوله حفاظت کاتدیک شود محیط بازی کمکی است در حفاظت کاتدیک لوله . خاک های اسیدی پلاریزاسیون لوله را مشکل می سازند و شدت جریان افزایش می یابد . لوله های آلومنیومی که در شرایط بازی قرار می گیرند مقاومت چندانی نخواهند یافت حتی با حفاظت کاتدی نیز در مورد آنها با عدم موفقیت توام خواهد بود .

یکی فاکتور های مهم مقاومت الکتریکی خاک است خاک خشک دارای مقاومت زیادی است و چندان خورنده نیست ولی اکثر خاک ها مرطوبند و وجود باکتری ها و فسیل های آلی ، خاک را خورنده تر می کند . به ویژه اسید های آلی که سرب را به شدت می خورند .

مقاومت خاک نشان دهنده وجود رطوبت و نمک محلول در آن است و خورندگی خاک بستگی به این دارد که چه مقدار مقاومت آن کاهش یابد .

خاک ها دارای مقاومت های متفاوت اند مثلا خاکی که دارای مقاومتی معادل 10000 اهم سانتی متر باشد خورنده نخواهد بود . مقاومت خاکی بین 1000 تا 2000 تا حدودی خورنده محسوب می شود .و مقاومت خاکی بین 1000 تا 500 اهم سانتی متر در رده خاک ها خورنده جا می گیرد . و چنانچه مقاومت خاک از 500 اهم سانتیمتر کمتر باشد بسیار خورنده خواهد بود چرا که در چنین خاکی لوله پس از گذشت یکسال سوراخ خواهد شد .

 2-9انواع خوردگی

همانگونه که مطرح است یکی از مسائل عمده ای که منجر به ناتوانی و ضعف در خطوط لوله می گردد خوردگی است و اگرچه همگی در اثر پدیده ها و مکانیسم های الکتروشیمیایی حاصل می شود ولی می توان آنها را به دو دسته بیرونی و درونی تقسیم بندی نمود . که روش های متفاوتی جهت جلوگیری از آن وجود دارد .

 2-9-1خوردگی بیرونی [6]

راه جلوگیری از چنین خوردگی هایی ممکن است پوشش عایق الکتریکی بر روی لوله و قطع ارتباط لوله با خاک باشد .یا استفاده از روش حفاظت کاتدی و با حصول اطمینان از اینکه جریان از خاک به لوله وارد گردد نه بر عکس . لذا ممکن است که دو روش جداگانه اعمال گردند هر چند که یکی  مکمل دیگری است . حفاظت کاتدی یکی از روش های موثر در مصون ساختن لوله ها در برابر خوردگی است . به خصوص وقتی که جریان تداخلی مانند کابل های فشار قوی با انتقال برق با انشعابات هوایی وجود داشته باشد .

به طور کلی خوردگی بیرونی را می توان به خوردگی درزی ، حفره ای ، عمومی ، یکنواخت ، میکروبی ، جدایشی ، تنشی ، سایشی ، خستگی ، تاول هیدروژنی ، حلقوی ، تعل اسبی و خراشیدگی تقسیم نمود .

 2-9-1-1خوردگی درزی[7]

این نوع خوردگی اصولا در درون درزها و نوک های تیز فلزات و نقاطی که قدرت الکترولیت زیادتر باشد با اکسیژن موجود در محل شروع به پیشروی می کند .در این نوع خوردگی محلول درون درزها رخنه کرده و به حالت ساکن در می آید که نمونه آن را در واشر ها و زیر پرچم ها می توان دید .و اگر رسوباتی نیز وجود داشته باشد محلول در محل حبس گردیده و خوردگی آغاز می گردد . این نوع خوردگی در محیط های اسیدی فعال تر خواهد بود به نحوی که فلزات ضد زنگ و آلومنیوم از آن مصون نخواهد بود .

یکی از روش های ممکن برای جلوگیری از خوردگی به کار بردن اتصالات جوشی به جای پیچ و مهره است .

2-9-1-2 خوردگی حفره ای [8]

این خوردگی که گاهی به آن خوردگی نقطه ای نیز گفته می شود در سطح داخلی لوله ها به وجود می آید که در محلول کلرئیدها نیز وجود دارد . که در آن حفره های ریز به اندازه های مختلف ایجاد شده و مقدار اندازه گیری در این نوع خوردگی توسط گودی ایجاد شده سنجیده می شود .

معمولا سطوح صاف کمتر از سطح ناهموار در معرض این خوردگی قرار می گیرند . البته فولاد های ضد زنگ که دارای سطوح صیقلی باشند از این نوع خوردگی مصون نبوده و آبله گون می گردند . نشتی در مخازن و تانکر ها ناشی از این نوع خوردگی است . این نوع بیشتری در روی سطوح افقی فلز به وجود می آید .گاهی با افزودن 2% مولبیدن به فولاد مقاومت آن را در برابر حفره دار شدن زیاد می کنند .

روش پیشگیری : به کار بردم ممانعت کننده ها و تعویض فلز با جنس مقاوم تر

 

 2-9-1-3خوردگی عمومی یا یکنواخت [9]

این نوع خوردگی هنگامی که حاصل می گردد به طور یکنواخت در تمام سطح فلز مشاهده می شود و مقادیر قابل ملاحظه ای به خصوص در آهن ( اکسید آهن ) بر جای می ماند که مسائل گرفتگی و آلودگی را به همراه خواهد داشت . سیاه شدن نقره از جمله این نوع خوردگی محسوب می گردد که برای پاک کردن ظروف نقره ای از سیاهی می توان آن را در ظرف آلومنیومی حاوی آب و مقداری جوش شیرین قرار داد .

روش جلوگیری : انتخاب پوشش مناسب و ممانعت کننده

 2-9-1-4خوردگی جدایشی [10]

در بسیاری از آلیاژها ، ذرات تشکیل دهنده یک جسم ممکن است در اثر خوردگی از جسم دیگر جدا شوند که موارد بسیاری از آن در آلیاژ روی و قلع (برنج زرد ) مشاهده گردیده است .

این پدیده حتی در آلیاژهای روی و مس بیشتر آشکار می گردد . به طوریکه روی از مس جدا شده و مس به حالت تخلخل باقی می ماند . محل خوردگی قرمز رنگ و قسمت های سالم رنگ زرد خود را محفوظ می دارند .

 2-9-1-5 خوردگی تنشی [11]

خوردگی تنشی پدیده ای است که از نیروی مکانیکی و شیمیایی منتج گشته و فلز دست خوش خوردگی می شود . در یک محیط خورنده ای که نیروی کششی وجود دارد این خوردگی نیز وجود خواهد داشت . عامل حرارت با تنش باعث سرعت بخشیدن به خوردگی می شود که اغلب همراه با ترک خواهد بود و امکان دارد که ترک از کنار دانه های فلز یا از وسط دانه های فلز باشد که به نام خوردگی تنشی مرزدانه ای یا بین دانه ای نامیده می شود . هر چند فولاد های ضد زنگ مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند اما در برابر خوردگی تنشی فولاد های معمولی مقاوم ترند . لذا مبدل های حرارتی که از آب دریا استفاده می کنند از فولاد های معمولی ساخته می شوند . خوردگی تنشی را می توان با استفاده از کند کننده هایی مانند فسفات ها و دیگر مواد موثر تقلیل داد که باید با دقت و به مقدار کافی و با آگاهی از اینکه محیط چندان خورنده نیز نباشد انجام شود .

 2-9-1-6خوردگی سایشی [12]

این خوردگی به صورت حفره و با فرورفتگی هایی در سطح فلز ظاهر می شود که عامل اصلی آن گاز یا مواد معلق در محلول می باشد . کلیه دستگاه هایی که در معرض حرکات سیالات قرار دارند زانوها ، خم ها ، پروانه تلمبه ها ، شیرها و غیره که حرکت سیال را متلاطم می سازند در معرض این خوردگی قرار دارند .

در پالایشگا هها در قسمت ورودی [13]  تلمبه ها و پروانه های توربین ها دیده می شود . در قسمت های خنک کننده های هوایی  [14] برای جلوگیری از برخورد سیال با Tube از لوله هایی قیفی شکل به نام Ferrule  استفاده می شود که معمولا جنس آن با Tube  یکی است در ضمن صفحاتی از روی نیز در مبدل ها به کار گرفته می شود که عامل موثری در کاهش خوردگی است .

 

 

 2-9-1-7خوردگی در اثر خستگی [15]

چنانچه فلز یا آلیاژی در اثر تنش یا فشار نیروی متناوب تکراری ترک بردارد در اصطلاح به آن خستگی گویند . که به وضوح در سیستم و کابل های برق که تحت تنش های متناوب از عوامل جوی قرار دارند مشاهده می شود . در کابل های زیرزمینی تنش های الکتریکی نیز وجو دارند که سبب خستگی می گردند . لوله های آب یا بخار که درجه حرارت آنها مرتبا تغییر می یابد و متناوبا انبساط و انقباض یافته ( تناوب حرارتی ) و در معرض این نوع خوردگی قرار می گیرند حتی در شبکه گاز رسانی با باز و بسته نمودن شیرها چنین خستگی در سیستم پدید می آید . این نوع خوردگی را می توان با روکش کردن فولاد توسط فلزاتی چون نیکل ، کروم ، روی ، کارمیم و غیره برطرف نمود که با این عمل فلز یا به طور کاتدی نیز حفاظت می شود . ترکیبات کروم و حساس نمودن فلز پایه با آن در پیشگیری از خوردگی نسبت به خستگی موثر است . ازت حساسیت فولاد را نسبت به ترک زیاد و کربن بالعکس این حساسیت را کم
می کند.

 2-9-1-8تاول هیدروژنی[16]

در اینگونه موارد آب نقش اساسی دارا می باشد . گاهی نفوذ هیدروژن در درون فلز تولید تاول می کند . اگر محیط آبی باشد ممکن است واکنش های خوردگی هیدروژنی در سطح فلز به وجود آید . در اثر ترکیب هیدروژن در سطح فلز گاز هیدروژن تولید می شود که قسمتی از آن ممکن است جذب فلز گردد و چنانچه فلز تحت تنش های کششی و در چنین محیطی قرار گرفته باشد شکستگی هیدروژنی اتفاق خواهد افتاد .

 2-9-1-9خوردگی حلقوی [17]

          چنین خوردگی اکثرا به صورت حلقه به دور لوله ظاهر می گردد که در اثر قرار گیری قسمتی از لوله در محلول های نمکی خاک می باشد و به محض نفوذ آب در آن نقطه به علت سستی خاک خوردگی به طور حلقوی و دور لوله را در بر می گیرد که پوشش صحیح و مناسب در این قسمت از لوله از ضروریات است . چنین پدیده ای در اسکله ها نیز قابل رویت است و در اثر ترشح آب دریا و در نقطه ترشح آب و هوا دیده می شود که حاصل جذر و مد دریاست و یون پس از خشک شدن غلظت و PH  آن کم می گردد به صورت دایره ای در محل نمایان می شود .

 2-9-1-10خوردگی نعل اسبی [18]

این خوردگی در اثر برخورد یا تماس آب دریا در فلزاتی چون مس و یا آلیاژهای آن ظاهر می شود که فاکتور اصلی آن آب دریا است و از نظر دینامیکی خوردگی نعل اسبی حاصل می شود ولی از نقطه نظر دینامیکی چون فلزات در اثر اکسیژن آب دریا بی دوام می شوند تنها راهی که می توان از این پدیده به دور ماند انتخاب فلز مقاوم است .

 

 

 2-9-1-11خوردگی فرسایشی [19]

این خوردگی بیشتر در فصل مشترک دو فلز که در معرض لغزش قرار دارند پدید می آید که منجر به لطمه زدن به قطعات متحرک گشته و آن را از کار باز می دارد و باعث ارتعاش و ناموزونی در سیستم می شود و از آنجمله می توان یاطاقان تلمبه ها را نام برد و برای جلوگیری از چنین حوادثی بهترین روش روغنکاری مداوم است .

2-9-1-12خوردگی میکروبی یا باکتری[20]

این خوردگی اولین بار در سال 1937 توسط ون ولزکوهر شناخته شد . در بعضی خاک ها که هوای کمتری دارند خوردگی بیش از حد انتظار است . خوردگی میکروبی به دو نوع بی هوازی و هوازی تقسیم می شود .

الف ) خوردگی میکروبی بی هوازی : با توجه به شرایط بی هوازی مربوط به فعالیت باکتری خاصی که به احیا کننده معروف است که در شرایط بی هوازی و در PH بین 5/8 5/5 و در صورت موجود بودن سولفات به حالت فعال در می آید .

فعالیت این باکتری در طبیعت و در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی زیاد بوده و اثرات قابل توجهی را بر جای می گذارند این باکتری ها در غیاب اکسیژن هیدروژن مولکولی روی سطح فلز را توسط آنزیم برداشته و به مصرف احیا سولفات و تولید می نماید  ( دی پلاریزاسیون کاتدی ) . نتیجه آن اکسید شدن فلز و تولید   است با از بین رفتن لایه هیدروژن در سطح فلز در مقابل حمله آب و سولفید آسیب پذیر می شود و واکنش آندی نیز ادامه می یابد ، خوردگی آن به صورت حفره ای بوده که باعث انهدام خطوط لوله و غیره می شود . بیشترین میزان خوردگی بر روی فولاد کربنی مشاهده می گردد . وجود ترکیبات فسفاته خوردگی بیولوژیکی را تشدید می کنند و محل های جوش در فلزات ( خلل و فرج های آن ) مکان مناسبی برای لانه گزینی و تکثیر باکتری های مولد خوردگی بیولوژیکی است .

روش جلوگیری : باید از ماندن آب در محیط جلوگیری به عمل آورد . آب هایی که به نحوی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند ضد عفونی باید بشوند . ضد عفونی با کلر معادل 2/0 PPM در PH = 6-8  و برایPH =8-9   PPM 0/4 می تواند موثر واقع شود . رسوب زدایی سستم های خنک کننده سالی دو بار و تزریق کلر به مدت 3 ساعت (PPM 5) و یک ساعت مجددا و سپس به طریق عادی .

ب ) خوردگی میکروبی هوازی : مربوط فعالیت بیولوژیکی باکتری های هوازی و قارچ ها می شود باکتری های هوازی شامل باکتری های اکسید کننده گوگرد و ترکیبات آن می باشد که می توانند شرایط بسیار نامطلوبی ایجاد نمایند .

این باکتری ها اغلب در میادین نفتی ،سیستم های فاضلاب حاوی ترکیبات گوگردی وجو دارند که باعث خوردگی سریع لوله های سیمانی فاضلاب می شوند .

باکتری های اکسید کننده آهن ، آهن دو ظرفیتی را از محصول جذب کرده و به صورت هیدروکسید فریک در دیواره سلولی خود حبس می کنند . رشد آنها غالبا موجب ایجاد تاول هایی بر روی سطح فولاد شده که منجر به خوردگی فلز می شوند .

باکتری های شوره گذار با اکسید نمودن آمونیاک و تولید اسید نیتریک باعث خوردگی آهن و اکثر فلزات می شوند . خوردگی در لوله هایی که از زیر زمین های کشاورزی که در آنها کود های آمونیاک مصرف می شود می گذرند بسیار شدید بوده است .

باکتری های مصرف کننده مواد نفتی با تجزیه و تخریب پوشش های قیری لوله ها ، حفاظت لوله را در برابر خوردگی کاهش می دهند .

قارچ ها با تولید اسید های آلی مانند اسید سیتریک و غیره و رشد بر روی سطوح اجسام و ایجاد محیطی مناسب برای سایر میکروارگانیزم ها می توانند موجب خوردگی در سطوح فلزات شوند .

  2-9-2خوردگی درونی [21]

این نوع خوردگی مسئله اساسی خطوط انتقال نفت و یا محصولات نفتی نمی باشد . هر چند اگر لوله جهت انتقال محصولات خورنده ای منظور شده باشد . روش هایی وجود دارند که خوردگی را محدود نمی سازند از آن جمله استفاده از مواد کند کننده ، آلیاژها ، همچنین از جاروبک های پاک کننده [22] به منظور جابه جایی هر گونه مواد زائد و خورنده و راندن این مواد به آخر خط و خارج ساختن آن از لوله استفاده می شود .

شایان ذکر است که انواع خوردگی های بیرونی می توانند در خوردگی درونی وجود داشته باشند .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل سوم

الکتروشیمی

و

خوردگی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


تمام واکنش های شیمیایی اساسا ماهیت الکتریکی دارند . زیرا الکترون ها در تمام انواع پیوند های شیمیایی ( به راه های گوناگون ) دخالت داند اما الکتروشیمی بیش از هر چیز بررسی پدیده های اکسایش و کاهش فرایند های اکسایش و کاهش طیف وسیعی از واکنش ها را در بر می گیرد که طی آن ها الکترون ها بین مواد شرکت کننده در واکنش جابه جا می شود .

  3-1تعریف اکسایش :

1 جذب اکسیژن

2 از دست دادن هیدروژن

3 از دست دادن الکترون

4 بالا رفتن عدد اکسایش

 3-2تعریف کاهش ( احیا شدن ) :

1 از دست دادن اکسیژن

2 گرفتن هیدروژن

3 گرفتن الکترون

4 کاهش عدد اکسایش

الکتروشیمی تبدیل شیمیایی و الکتریکی به یکدیگر را در واکنش های اکسایش و کاهش مورد مطالعه قرار می دهد . از واکنش های شیمیایی می توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد ( در سلول های ولتایی یا گالوانی ) و انرژی الکتریکی را می توان برای تبادلات شیمیایی به کار ( در سلول های الکترولیتی ) . علاوه بر این مطالعه فرایند های الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آن گونه از پدیده های اکسایش و کاهش که خارج از اینگونه سلول ها روی می دهد نیز می شود .

 3-3رسانش فلزی :

 جریان الکتریکی جاری شدن بار الکتریکی است . در فلزات ، این بار به وسیله الکترون ها حمل می شود این نوع رسانایی را رسانش فلزی می گویند . منبع جریان الکتریکی ( باطری یا هر منبع دیگر از انرژی الکتریکی ) را می توان به منزله پمپی دانست که الکترون ها را به یک سر مدار می راند و از سر دیگر خارج می کند .

 3-4رسانش الکترولیتی :

رسانایی الکترولیتی هنگامی صورت می گیرد که یون های الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند چون در این مورد یون ها هستند که بار الکتریکی را حمل می کنند . رسانایی الکترولیتی عموما توسط نمک های مذاب و محلول های آبی الکترولیت ها صورت می گیرد .

علاوه بر این برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یون ها با تغییر شیمیایی همراه باشد .

این اصول رسانش الکترولیتی با ملاحظه یک سلول الکترولیتی برای برقکافت NaCl مذاب بین الکترود های بی اثر مشاهده می شود .

 

 

 

 3-5تغییر انرژی آزاد گیبس و نیروی محرکه الکتریکی

به منظور انجام مطالعات عمیق و علمی در پدیده خوردگی از ترمودینامیک یا علم تغییرات انرژی استفاده به عمل می آید . در این بخش اثرات متقابل فلزات با محیط الکترولیتی اطراف آن از نقطه نظر ترمودینامیک و سینیتیک الکترود ها مورد بحث قرار می گیرد .

تغییرات انرژی آزاد : میل انجام هر واکنش شیمیایی از جمله یک فلز با محیط اطرافش توسط اندازه گیری تغییر در انرژی آزاد گیبس  تعیین می گردد . هر چه مقدار  منفی تر باشد میل به انجام آن واکنش بیشتر است مثلا در فعل و انفعال زیر که در  25 صورت می گیرد :

مقدار بزرگ و منفی  ( در شرایط استاندارد ) نشان می دهد که تمایل زیادی جهت انجام واکنش فوق وجود دارد . از طرف دیگر در مورد واکنش :

تمایل با انجام آن کمتر است یا می توان گفت تمایل به خورده شدن مس در آب ( محتوی هوا ) به اندازه منیزیم نمی باشد . و در مورد واکنش زیر :

مقدار انرژی آزاد مثبت بوده و نشان دهنده آن است که واکنش تمایل به انجام ندارد و در محیط آبی طلا خورده نمی شود . البته تمایل به خورده شدن معیاری برای سرعت و میزان واکنش نمی باشد . اگر  مثبت باشد واکنش مطلقا انجام پذیر نیست ولی اگر  منفی باشد واکنش ممکن است سریع یا کند انجام شود .

اگر  باشد سیستم در حال تعادل است .

  منفی نشانه کاهش انرژی آزاد گیبس است و انجام خودبه خودی واکنش است در این حالت میزان و سرعت آن به عوامل مختلفی بستگی دارد که می توان با در نظر گرفتن مکانیسم الکتروشیمیایی خوردگی ، تمایل فلز به خورده شدن را بر اساس نیروی الکتروموتوری یا نیروی محرکه الکتریکی پیل های خوردگی که عوامل اصلی خوردگی می باشد بیان نمود :

که در آن n تعداد مول های الکترون منتقل شده در واکنش ، F  مقدار فارادی (96485) کولن ، و E نیروی محرکه الکتریکی بر حسب ولت است .  بر حسب ژول به دست می آید .

برای اینکه  منفی به دست آید یعنی واکنش خودبه خود انجام شود با توجه به رابطه فقط وقتی که E مثبت باشد واکنش سلول خود به خود خواهد بود . و هر چه مقدار E  بزرگتر باشد تمایل به انجام آن بیشتر است . این موضوع درباره تمامی انواع پیل ها صدق می کند .

3-6 مفهوم پتانسیل الکترودی

از قرار دادن تیغه ای از فلز M در محلول دارای یون های  تعادل زیر برقرار می شود .

اگر یون فلز پایدارتر از فلز باشد تعادل به سمت تشکیل یون کشیده میشود و از آنجا تیغه دارای مقداری بار الکتریکی منفی و محلول دارای بار الکتریکی مثبت خواهد شد ( این وضع در مورد فلز ها ی فعال مانند منیزیم ، آلومنیم ، روی و ... پیش می آید ) از اینرو گفته می شود میان تیغه و محلول یک اختلاف پتانسیل الکتریکی برقرار است که آنرا پتانسیل الکترود می نامند .

البته در مورد فلزاتی که یون فلز ناپایدارتر از فلز باشد ممکن  است برخی از یون های یاد شده به داخل شبکه تیغه فلزی کشیده شوند و تیغه نسبت به محلول در تماس با آن دارای بار الکتریکی مثبت شود ( در مورد فلزات غیر فعالی مانند مس ، جیوه ، نقره و ...)

به تیغه فلزی که در محلولی از کاتیون های مربوط به آن قرار دارد یک الکترود گفته می شود از زوج کردن دو الکترود مناسب می توان یک سلول الکتروشیمیایی تهیه کرد . در این سلول الکترودی که بار منفی جمع شده در آن بیشتر باشد قطب منفی (آند ) واقع می شود و الکترود دیگر قطب مثبت (کاتد ) قرار می گیرد 

با اتصال این دو الکترود و انتقال الکترون از راه سیم رابط تعادل موجود در هر یک از الکترودها به هم می خورد در واقع واکنش تعادلی فوق طبق اصل لوشاتلیه سبب جابجایی تعادل به سمت راست ( در آند ) و به سمت چپ ( درکاتد ) خواهد شد . به بیان دیگر همواره جرم تیغه کاتد در حال افزایش و جرم تیغه آندی در حال کاهش و خورده شدن می باشد .

با قرار دادن ولت متر می توان ولتاژ سلول را تعیین کرد این ولتاژ در واقع تفاوت میان پتانسیل الکترودی الکترود منفی و الکترود مثبت است .

می توان نوشت :

E  سلول ولتاژ تولید شده در سلول است و اندازه گیری می شود اما  و ترتیب پتانسیل الکترودی کاتد و آند را نشان می دهد که راه مستقیمی برای اندازه گیری آن در دست نیست . تنها راه انتخاب الکترودی به عنوان شاهد یا استاندارد است تا با نسبت دادن عدد دلخواهی به پتانسیل الکترودی آن پتانسیل الکترودی دیگر الکترودها را نسبت به آن اندازه گیری کرد . ساده ترین مقدار صفر است که به الکترود استاندارد هیدروژن [23] نسبت داده می شود . که برای نیمه واکنش زیر تعریف می شود :

3-7 الکترود استانداد هیدروژن

الکترود استاندارد هیدروژن از یک الکترود پلاتینی که در داخل محلولی که فعالیت یون هیدروژن در آن دقیقا یک می باشد تشکیل شده است هیدروژن تحت فشار یک اتمسفر به داخل محلول وارد می شود تا مطمئن شویم محلول همیشه اشباع است پتانسیل استاندارد هیدروژن در درجه حرارت های مختلف برابر صفر است .

برای اندازه گیری پتانسیل الکترودی استاندارد ، الکترود مورد نظر را که غلظت الکترولیت آن یک مولار است را در کنار استاندارد هیدروژن قرار می دهیم با یک سلول گالوانیک به دست می آید . از آنجا که پتانسیل الکترود استاندارد هیدروژن صفر در نظر گرفته شده ولتاژ سلول ایجاد شده در حکم پتانسیل الکترودی استاندارد آن الکترود خواهد بود .

 

3-8 جدول پتانسیل کاهشی استاندارد

شیمیدان ها  پتانسیل الکترودی بسیاری از واکنش های نیم سلولی به روشی که ذکر شده برحسب ولت اندازه گیری و همانند پیوست به ترتیب افزایش مقدار عددی  ( افزایش تمایل به گرفتن الکترون و کاهیده شدن ) آنها را مرتب کردند . هر چه مقدار  بزگتر باشد به این معناست که تمایل برای گرفتن الکترون بیشتر و آن ماده اکسنده قوی تری است برعکس هر چه مقدار  کوچکتر باشد ، تمایل برای گرفتن الکترون کمتر ( اکسنده ضعیف ) و در واقع تمایل برای از دست دادن الکترون بیشتر و در نتیجه آن ماده کاهنده قوی تری خواهد بود .

 3-9بستگی EMF به فعالیت و غلظت (معادله نرنست )

پیلی الکتروشیمیایی را که واکنش شیمیایی نهایی برای آن در زیر داده شده است در نظر می گیریم :

فرض می شود که A و B  و  Cو D واکنشگرهایی هستند که غلظت آن ها تغییر پذیر است برای انرژی آزاد یک مول از گونه A  می توان نوشت :

و برای انرژی آزاد a مول از این واکنشگر خواهیم داشت :

   = فعالیت ماده A

تغییر انرژی آزاد برای واکنش نهایی در پیل می تواند با استفاده از معادلاتی مانند معادله بالا برای هر یک از مواد شرکت کننده در واکنش به دست و خواهیم داشت :

که در آن عبارت است از اختلاف انرژی بین محصولات و مواد اولیه در صورتیکه همه واکنشگرها در حالت استاندارد باشند و چون طبق رابطه زیر داریم :

رابطه زیر نتیجه می شود :

این رابطه که نحوه بستگی EMF به فعالیت یا تقریبا به غلظت را نشان می دهد به معادله نرنست مشهور است .

اگر دما 25 درجه سانتیگراد و به جای فعالیت غلظت مواد در نظر گرفته شود و در لگاریتم تبدیل شود خواهیم داشت :

 

 

 

3-10 سلول های غلظتی

چون پتانسیل الکترود بستگی به غلظت یون های به کار رفته در الکترود دارد می توان سلولی ساخت که ترکیب دو نیم سلول آن از مواد یکسان اما غلظت یون های متفاوت باشد مثلا در سلول زیر :

با توجه به معادله جزئی زیر

و اصل لوشاتلیه می توان پیشگویی کرد که الکترود سمت میل بیشتری به اکسایش و الکترود سمت راست میل بیشتری برای کاهش دارد . این سلول صفر است زیرا الکترود ها یکسان است پس :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل چهارم

مکانیسم خوردگی

و

روش های کنترل خوردگی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


4-1 شرایط تشکیل یک پیل

برای تشکیل یک پیل شرایط و اصولی باید استوار باشد تا فعل و انفعال شیمیایی صورت گیرد که عبارتند از :

1 وجود یک کاد و یک آند

2 اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد

3 رابطه بین آند و کاتد ( الکترولیت )

4 رابطه فلزی بین آند و کاتد که معمولا در خطوط لوله است .

آند : الکترودی است که در آن اکسایش صورت می گیرد و الکترون هایی که از واکنش آندی تولید می شود به وسیله هادی رابط به خارجی کاتد جریان می یابند . و خوردگی در آن به وقوع می پیوندد .

کاتد : الکترودی است که در آن کاهش صورت می گیرد یا اینکه جریان الکتریکی    ( الکترون ها ) را از مدار خارجی که به آن وصل است می گیرد .

با توجه به شرایط یاد شده چون بین دو الکترود اختلاف پتانسیل وجود دارد جریان الکترون از آند به سمت کاتد شروع خواهد شد . مثلا در آهن چون الکترون از دست می دهد تولید  می کند که با  تولید هیدروکسید دو ظرفیتی آهن می کند که با یک مرحله اکسید شدن به صورت اکسید فریک یا رنگ آهن ( )را می نماید و به صورت یک پوشش ، کاتد را در بر می گیرد یا به عبارتی پلاریزه می شود . همچنین هیدروژن با اکسیژن ترکیب شده و   تولید می کند که به محیط اطراف خط لوله یا هر سازه فلزی تحت حفاظت خاصیت بازی می بخشد

در هر محیطی که آند و الکترولیت وجود داشته باشد خوردگی به وقوع خواهد پیوست . چرا که یون های فلز در الکترولیت (آب ) در قسمت آند حل می شوند و الکترون ها را روی فلز می گذارند . این الکترون ها به سمت دیگر فلز ( کاتد ) می روند نتیجه این عمل از بین رفتن فلز و ته نشین شدن ذرات خواهد بود .

4-2 چگونگی بروز خوردگی

همانطور که بیان شد خوردگی پدیده الکتروشیمیایی است که از برآیند دو فعل و انفعال اکسایش و کاهش حاصل می شود .

نیم واکنش اکسایش در سطح آند :

نیم واکنش کاهش (احیا ) در کاتد :(در محیط اسیدی )

نیم واکنش کاهش (احیا ) در کاتد :(در محیط بازی  )

اتم های آهن با از دست دادن الکترون وارد الکترولیت خاک گردیده و یون هیدروژن به سمت کاتد جریان پیدا می کند . یون های مثبت هیدروژن موجود در الکترولیت در اطراف کاتد جمع می گردد و الکترون ها را که در داخل فلز جریان یافته جذب می نمایند و به صورت هیدروژن مولکولی درآمده و در حالت گاز دور الکترود را می گیرند .

در سطح آند یون های مثبت آهنی با یون های منفی یا OH آب ترکیب شده و تولید هیدروکسید آهن (II) می کنند و سپس با جذب اکسیژن به صورت هیدروکسید آهن (III) که ترکیبی از زنگ آهن می باشد در می آیند .

ادامه این فعل و انفعال سبب ضایع شدن کامل آهن می گردد که به شرح زیر است :

آزاد شدن الکترون در سطح آند ( اکسایش )

یونش آب

حرکت الکترون و احیا در کاتد

ترکیب در سطح آند ( ناپایدار)

همانگونه که در فصل 2 ذکر شد (  ) فرمول کلی زنگ آهن می باشد .

عدد اکسایش آهن از صفر به 3 مثبت می رسد بنابراین آهن الکترون از دست می دهد و اکسید می شود .

 4-3چگونگی تشکیل پیل های خوردگی

اگر دو الکترود متفاوت ( مس و روی ) در الکترولیت های یون همان فلزات قرار گیرند و ولتمتری در مسیر جریان قرار داده شود اختلاف پتانسیلی که حاکی از دو فلز همجنس می باشد نشان خواهد داد .

چنانچه الکترودها هم از یک جنس باشند باز هم اختلاف پتانسیلی وجود خواهد داشت نمونه تشکیل پیل های خوردگی در الکترولیتی مانند خاک عبارتند از :

4-3-1 پیل های ناشی از تفاوت در خاک ها

اگر لوله ای در مسیری کشیده شده است از زمینی ( شنی یا رسی ) و یا با خواص مختلف بگذرد در نتیجه اختلاف پتانسیلی بین لوله در نقاط مختلف خاک حاصل می شود و تشکیل پیلی می دهد که منجر به خوردگی لوله در قسمت رستی خاک خواهد شد .

  4-3-2پیل حاصل از خراشیدگی در سطح فلز

گاهی در هنگام کار ممکن است خراش هایی در لوله به وجود آید که آن قسمت نسبت به سایر قسمت های لوله نقش آند را بازی می کند و خوردگی در آن تسریع می گردد .

  4-3-3پیل ناشی از قشر سطحی

گاهی اعمال شیمیایی یا الکتروشیمیایی قشری را بر روی سطح فلز به وجود می آورند که آن را نسبت به یک فلز جدید کاملا مجزا می سازد . این قشر ممکن است قابل رویت نباشد ولی همواره اختلاف پتانسیلی بیش از 3/0 ولت در مقایسه با یک فلز تمیز داراست . چنین اختلاف پتانسیلی کافی است تا یک پیل خوردگی به وجود آید به فرض اینکه لوله آب منزل را در قسمتی تعویض کرده باشیم و قطعه جدیدی جایگزین آن قسمت کنیم چنین پیلی تشکیل خواهد شد . لوله قدیمی نسبت به لوله جدید کاتد می گردد و لوله تمیز خورده می شود .

4-3-4 پیل ناشی از تفاوت سطح آند و کاتد

به کارگیری فلزات نامتجانس گاهی پیل خوردگی تشکیل می دهند . اگر خط لوله ای توسط درپوشی گالوانیزه (سطح کم ) مسدود گردد . با توجه به کوچکی در پوش نسبت به لوله و اختلاف در جنس ، نسبت به فلز بزرگتر ( خط لوله ) درپوش آند گشته و خورده می شود .

حال چنانچه شیر برنجی که داری سطح بزرگی است در قسمتی از خط لوله نصب گردد عمل عکس خواهد شد .

به علت بزرگی سطح آند جریان خروجی آن در واحد سطح کم بوده و از سرعت خوردگی نسبتا کاسته می شود و به علت کوچکی سطح کاتد ، جریان دریافتی آن زیاد خواهد بود و سرعت پلاریزه شدن زیاد گشته و موجب کندی در شدت جریان خوردگی می گردد .

نتیجه اینکه در یک سیستم با کاتد بزرگ و آند کوچک خوردگی بسیار شدید در آند اتفاق خواهد افتاد اما اگر آند خیلی بزرگتر باشد حمله بر آند بسیار ضعیف خواهد بود .

  4-3-5پیل ناشی از تنش [24]

گاهی عملیاتی منجر به وجود آمدن پیل های خوردگی می گردد و آن را تشدید می کند که یکی از این پیل ها پیل های خورنده تنشی می باشد . گاهی در نصب و انشعابات شبکه به منظور همترازی و امکان عمل جوشکاری لوله تحت تنش قرار می گیرد . برای مثال اگر میله ای فولادی را خم کرده و در الکترولیتی چون آب قرار دهیم خواهیم دید که یک پیل تشکیل خواهد شد که محل تنش نقطه آندی و بقیه قسمت ها کاتد خواهد بود . لذا باید از وارد نمودن تنش های موضعی بر روی خطوط لوله جلوگیری کرد .

4-4 تقسیم بندی پیل های خوردگی

به طور کلی پیل هایی که در واکنش خوردگی شرکت می کنند به سه دسته تقسیم می شوند :

الف ) پیل های با الکترود غیر متجانس 

ب ) پیل های غلظتی

ج ) پیل های با اختلاف دما

4-4-1  پیل های با الکترود غیر متجانس( خوردگی گالوانیکی )

چنانچه دو فلز متفاوت در درون الکترودی قرار گیرند بین آن دو اختلاف پتانسیلی بر قرار خواهد شد .

چنین مثالی را می توان عینا در اتصال لوله های مسی با آهنی و غیره مشاهده نمود که در اینجا آهن آند و لوله مسی کاتد خواهد شد . جریان و عملیات خوردگی حاصل از پتانسیلی است که بین دو فلز به وجود می آید .

4-4-2 پیل غلظتی

چنانچه دو الکترود در درون محلولی با ترکیبات مختلف شیمیایی قرار گیرند پیلی را به وجود می آورند که این نوع پیل ها به دو دسته تقسیم می شوند :

 

 

 4-4-2-1 پیل های غلظتی نمکی :

اگر دو الکترود متجانس ( آهن ) در درون نمک همان فلز (کلرید آهن ) قرار گیرند که الکترولیت یکی غلیظ و دیگری رقیق باشد الکترودی که د محلول غلیظ قرار می گیرد و دیگری آند خواهد شد . در واقع جریان از محیط غلیظ به محیط رقیق ادامه خواهد یافت و زمانی پیل از کار باز خواهد ایستاد که مدتی از آن بگذرد .

 4-4-2-2 پیل های دمشی :

چنانچه دو الکترود مشابه ( آهن ) در درون محلول کلرید آهن قرار داده و درون یکی اکسیژن وارد کنیم و در دیگری با دمیدن ازت از آن اکسیژن گیری نماییم . الکترودی را که در الکترولیت آن اکسیژن وارد گشته کاتد و آنکه از آن اکسیژن گیری شده آند می شود .

علت این امر آن است که چون اختلاف غلظت در اکسیژن به وجود آمده در نتیجه اختلاف پتانسیلی حاصل می شود و موجب ایجاد جریانی می گردد . واکنش یونی در محیط به صورت زیر است :

در محیط کاتدی حاوی مولکول های اکسیژن ، اکسیژن و آب با دریافت الکترون هیدروکسید را می دهند و در محیط آندی ( عدم وجود اکسیژن ) الکترود با از دست دادن الکترون خورده می شود .

 

 

4-4-2-3 پیل های با اختلاف دما :

چنانچه دو فلز متجانس در درون الکترولیت یکسان قرار گیرند و دو الکترولیت اختلاف دما به وجود آید . پیلی به وجود خواهد آمد . چنین پیل هایی در سیتم دستگاه های تبادل حرارتی [25] و در دیگ های بخار به وفور یافت می شود .

آند و کاتد حاصل از دما در انواع فلزات متفاوت است . مثلا در مورد مس آنکه دما کمتر آند و دیگری کاتد می شود .

در حالیکه در آهن آنکه دمای بیشتری دارد آند و دیگری کاتد می گردد . گاهی ممکن است در اثر حل شدن هوا واکنش ها در درون محلول عمل ممکن است عکس شود .

 4-5پلاریزاسیون و شدت جریان

یک واکنش الکترود شیمیایی زمانی صورت می گیرد که جریانی وجود داشته باشد در غیر این صورت واکنش شیمیایی حاصل نخواهد شد . حال اگر در اثر عبور جریان واکنش رخ دهد پتانسیل فلز با مقدار قبل تفاوت خواهد یافت این اثر را پلاریزاسیون گویند . که پتانسیل اضافی کاتد را بیشتر منفی و آند را بیشتر مثبت خواهد کرد .

اگر دو تیغه مس و روی را در محلولی از اسید سولفوریک رقیق قرار دهیم و با یک سیم آنها را به هم ارتباط دهیم یون های  و  به سمت روی ( آند ) و مس (کاتد ) می روند . یون های  هنگام رسیدن به کاتد با جذب الکترون تولید هیدروژن اتمی و در نتیجه تشکیل گاز  را می دهد که در اطراف کاتد متصاعد می شود و موجب حفاظت آن می شود و منجر به کاهش اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد و عدم استفاده از آن خواهد شد .

به هنگام تشکیل پلاریزاسیون در آند واکنش خوردگی به صورت آندی کنترل می گردد که قرار دادن در محلول کرومات از آنجمله است .

چنانچه پلاریزاسیون در کاتد صورت گیرد مقدار خوردگی به صورت کاتدی کنترل می شود که قرار دادن آهن در آب از آنجمله است . در واقع لایه هیدروژنی      ( پلاریزاسیون) برای لوله های پوشش دار در خطوط لوله ، لایه مطمئن تری از نظر حفاظتی محسوب می شود . لایه گاز محافظ هیدروژن تشکیل یافته در سطح کاتد عایق است و ممکن است که افت فشار ولتاژ در این لایه با اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد مساوی گردد و جریان خوردگی متوقف گردد .

4-6 دپلاریزاسیون [26]

 همانطور که بیان گردید لایه پلاریزاسیون می تواند جریان پیل خوردگی را تا حدود زیادی تقلیل دهد و در نتیجه خوردگی را کاهش و یا متوقف سازد اما عواملی چند نیز لایه پلاریزاسیون را در سطح کاتد خنثی و بی اثر می سازند که این عوامل می تواند از نوع مکانیکی ، شیمیایی و یا باکتری باشد .

مثال مکانیکی آن قرارگیری لوله در درون آب است که جریان آن موجب از بین بردن لایه هیدروژن می شود .

 4-6-1عوامل شیمیایی : وجود اکسیژن در محلول در الکترولیت را می توان مثال زد که با هیدروژن ترکیب می گردد .

4-6-2 عوامل باکتری : بدین صورت است که باکتری های احیا کننده نیز از متمرکز شدن هیدروژن در اطراف لوله جلوگیری نموده و هیدروژن را از محیط اطراف لوله به دور می رانند و از این رو با عدم حضور هیدروژن ، سل خوردگی فعال گشته و خوردگی نیز به وقوع خواهد پیوست . به عبارت دیگر شدت جریان خوردگی با سرعت تخلیه هیدروژن بستگی خواهد داشت.

 

به طور کلی هدف از آموزش خوردگی و شناخت پدیده ها و ارزیابی کلیه عوامل مداخله گر اینست که برای مبارزه با خوردگی و اثرات تخریبی آن مناسب ترین مواد و روش ها به کار گرفته شوند .

مهمترین و معمولی ترین روش های کنترل خوردگی عبارتند از :

§    حفاظت کاتدی

§    حفاظت آندی

§    مواد کند کننده

§    پوشش ها

§    انتخاب مواد

§    طراحی مناسب دستگاه ها

4-7 حفاظت کاتدی

برای جلوگیری از زنگ زدن آهن و خوردگی فلزات تدابیر گوناگونی به کار می رود که از جمله آنها حفاظت کاتدی است .

هرگاه دو فلز در تماس با یکدیگر باشند و در معرض الکترولیت ( هوا ، رطوبت یا خاک ) قرار بگیرند نوعی سلول الکتروشیمیایی تشکیل می شود . که در آن فلزی که در بالای سری الکتروشیمیایی قرار دارد و تمایل آن برای الکترون دهی بیشتر است . نقش آند را ایفا می کند و دچار خوردگی می شود در صورتیکه فلزی که در این سری در جایگاه پایین تری داشته باشد ، نقش کاتد را بازی کرده و نسبت به خوردگی محافظت می شود . نمونه آن در مورد آهن گالوانیزه که فلز روی ترجیحا خورده شده و آهن حفاظت می گردد .

با روش حفاظت کاتدی می توان فلزات را از خوردگی در محیط های خورنده ای چون آب و خاک برای مدت زمان طولانی مصون داشت . فلزی که خورده می شود حاوی هر دو منطقه آندی و کاتدی است با اعمال حفاظت کاتدی مناطق آندی به کاتدی تبدیل می شوند و در واقع کل سطح فلز هم پتانسیل گشته و جریان خوردگی متوقف می گردد .

اعمال حفاظت کاتدی نه تنها برای فولاد بلکه برای فلزاتی چون برنج ، مس ، سرب و حتی فولاد ضد زنگ که به نحوی در آب و خاک قرار می گیرند می توان معمول داشت . همچنین بر روی بدنه کشتی ها ، سکوها حفاری نفت خام نیز انجام می گیرد .

اکثر آندهای فدا شونده از فلزات روی و منیزیم می باشند . همچنین می توان از طریق یک منبع خارجی جریان را به فلزی که تحت خورندگی قرار گرفته اعمال نمود تا جریان بر سطوح پیل های خوردگی تشکیل شده وارد شده و موجب هم پتانسیل شدن کل سطح فلز می شود و فلز از خوردگی مصون می ماند .

4-8 جریان مورد نیاز حفاظت کاتدی

جریان مورد نیاز جهت تغییر مسیر فعالیت الکتروشیمیایی به دو روش تامین می گردد :

1 استفاده از آندهای فنا شونده [27]

2 استفاده از منبع جریان خارجی [28]

 4-8-1استفاده از آندهای فنا شونده

برای اینکخ خطوط لوله تحت حفاظت کاتدی قرار گیرد نیاز به برق خواهد داشت چون بعضی از مناظق دسترسی به برق امکان پذیر نیست از آندهایی که با لوله اختلاف پتانسیل الکتریکی تشکیل می دهند یا به عبارت دیگر الکترون دهنده های بهتری هستند برای حفاظت استفاده می شود ( منیزیم و روی ) و از این رو نیاز به برق نخواهد بود حال چنانچه شبکه هم به جریان کمتری نیاز داشته باشد راندمان مطلوب خواهد بود .

 

4-8-1-1 کاربرد آندهای فدا شونده

در شرایطی می توان از آندهای فدا شونده استفاده نمود که شدت جریان مورد نیاز کم و ضریب الکتریکی محیط به نحوی باشد که با تعدادی آن فدا شونده بتوان نیاز سیستم را برآورده ساخت . چنانچه خط لوله ای نیاز به شدت جریان زیادتری داشته باشد با صرف تر است که از روش جریان اعمالی استفاده شود .

گاهی آندهای فدا شونده را همراه آندهای دائمی به کار می برند مثلا چنانچه خط لوله ای که با جریان خارجی حفاظت می شود از پوشش مناسبی برخوردار نباشد و یا به نحوی در نقاطی خوردگی شدید باشد و غیره .

 4-8-1-2 محاسن آندهای فدا شونده

1 نیاز به جریان برق ندارد

2 هزینه آن بسیار کم است

3 نصب آن آسان است

4 کمترین تداخل حفاظتی را داراست

5 اضافه کردن آند به راحتی انجام پذیر است

6 نیاز به تعمیرات چندانی ندارد و فضای زیادی نمی گیرد

7 پخش جریان یکپارچه است

4-8-1-3  معایب آندهای فنا شوند

1 پتانسیل اعمالی محدود است

2 جریان خروجی کم و محدود است

3 چنانچه پوشش لول خوب نباشد نیاز به آند بیشتری است

4 در محیط های با مقاومت زیاد تاثیر چندانی ندارد

5 عمر نسبت به استفاده از آن کوتاه است

4-8-2 استفاده از منبع جریان خارجی

از منابع خارجی مانند ژنراتور ، یکسو کننده و یا باطری با آند کمکی استفاده می شود . به طوریکه برق یکسو کننده شده قطب مثبت به آند و یا آندها وصل می شود و قطب منفی به لوله و یا کاتد . به دین ترتیب جریان از آند به سمت کاتد ( لوله ) در الکترولیت برقرار شده و با ولتاژی که بر حسب میزان خوردگی خاک و عواملی چون وضعیت پوششی بستگی دارد موجب حفاظت لوله می شود .

معمولا در خاک ها و آب  ها با مقاومت زیاد به جریان بیشتری نیاز است . از آند های مورد استفاده می توان آندهای چدن پرسیلیس ، آهن سیلیس دار آلیاژهای دوتایی سرب پلاتنین و تیتانیم پلاتین را نام برد . آندها باید به گونه ای نصب شوند که در تمام سطح فلز پتانسیل یکنواخت باشد .

محل قرارگیری آند یا آندها را بستر آندی می نامند که در بعضی شرایط مهمترین عامل ضریب مقاومت زمین به شمار می رود .  

 4-9آندهای دائمی یا تزریقی

این آندها از طریق یک منبع خارجی که جریان را تزریق می کند عمل می کنند که خط لوله یا هر ساختار فلزی را به مدت طولانی و تا مسافت زیادی پوشش حفاظتی خود قرار می دهند که منظور ارتباط الکتریکی بهتر در محل دفن آند زغال کک می ریزند .

آندهایی که به منظور حفاظت دائمی به کار می روند از آندهای بی اثری مانند گرافیت ، سیلیکات آهن ، چدن پرسیلیس ، پتاسیم آب طلا داده شده استفاده می شود .

در جریان تزریقی محل بستر آندها را معمولا در فاصله 30 متری از لوله قرار می دهند و به وسیله کابل ارتباط را برقرار می سازند . در مناطق دور دست و کویری منابع نیرو ممکن است انرژی خورشیدی ، باد و غیره باشد .

آندهای دائمی در همه نقاط و با تزریق نیروی الکتریسیته فعال می گردند این آندها به صورت موازی با لوله قرار داده می شوند تا پخش جریانات الکتریکی به دو طرف لوله توزیع گردد و شعاع حفاظت کاتدی بیشتری شود .

آندهایی مانند تیتانیم ، نیوبیوم  با روکش پلاتین برای مصارف دریایی به کار می روند بدون پی پا[29]  در خشکی نیز از آن استفاده می شود و نیز به صورت نوار هم ساخته شده که به منظور حفاظت کاتدی درون لوله مصرف می شوند .

آندهایی با ترکیبات سرب برای مصارف دریایی و حفاظت کاتدی کشتی ها و اسکله ها به کار برده می شوند اتصال کابل ها بسیار حساس می باشد و باید پس از اتصال آن را عایق نمود تا از خوردگی گالوانیکی جلوگیری شود .

آندهای دائمی را می توان در محیطی که مقاومت آن 5000 اهم استاندارد باشد به کار برد . شعاع استحفاظی آنها نسبتا زیاد بوده تا فاصله 50 کیلومتری را تحت پوشش حفاظتی خود قرار می دهند . فاصله بستر آندی تا لوله باید 1000-100 فوت باشد .

کاهش پخش جریان الکتریکی در بستر آندی به عواملی چند بستگی دارد از آن جمله :

1 تعداد نقاط ضعف پوشش

2 عدم رعایت فاصله بستر آندی نسبت به لوله

3 عدم طراحی دقیق با توجه به تعداد آندها نسبت به طول لوله

4 عدم کارآیی بستر آندی با توجه به شرایط بد خاک از نظر خوردگی

4-9-1 محاسن آند های دائمی

1 می توانند برای ولتاژ و جریان زیاد طراحی گردند

2 از یک بستر آندی منفرد می توان آمپر زیادی به دست آورد

3 توسط یک آند محیط زیادی را می توان زیر پوشش حفاظتی قرار داد

4 دارای ولتاژ و جریان قابل تنظیم است

5 -  در محیط های با مقاومت بالا می توانند کارآیی خود را به خوبی نشان دهند

6 موثر در حفاظت لوله های بدون پوشش و یا با پوشش ضعیف می باشند .

7 در صورت طراحی دقیق سالها می توانند کارآیی داشته باشند .

4-9-2    معایب آند های دائمی

1-           مسئله تداخل جریان

 2 هزینه تامین برق

 3 نیاز به بازرسی و تعمیرات دائم داند

4 نیاز به یک منبع تولید جریان خارجی می باشند

5 حفاظت بیش از حد استاندارد لطمه بر پوشش خواهد گذارد

6 در صورت قطع جریان برق از سرویس خارج می گردند

 4-10انواع آندها

1 آند منیزیم

2 آند روی

3 آند تیتانیم با پوشش پلاتین

4 آند مگنتایت

5 آند آلیاژی سرب

6 آند آلومینیوم

7 آند چدن پرسیلیس

4-10-1 آند منیزیم [30]

یکی از اقتصادی ترین آندها به شمار می رود که از دیر باز برای حفاظت کاتدی فولاد به کار می رود و به دو صورت در دسترس قرار می گیرد . یکی به صورت استاندارد و دیگری با پتانسیل زیاد که اصولا در خاک ها با مقاومت بالا استفاده می شود .

آند هایی که در خطوط لوله ، مخازن و غیره استفاده می شود معمولا د کیسه های کنفی حاوی پی پا که به منظور پایین آوردن مقاومت جاذب الرطوبه می باشند قرار گرفته اند . آند ها طبق استاندارد دارای یک کابل 5 متری مسی با ضخامت 6 میلیمتر مربع با پوششی عایقی می باشند .

 4-10-2 آند روی [31]

آند روی از سال 1824 به عنوان آند فدا شونده در عملیات دریایی مورد استفاده قرار گرفت امروزه نیز در بدنه کشی ها و سازه های دریایی به صورتی کاربرد دارد و به منظور حفاظت بدنه از خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد . آند های مدرن به منظور حفاظت کاتدی از فلز خالص روی 95/99 درصد با آلیاژی از آلومنیوم و سیلیکن و کادیم ساخته می شود . آند روی معمولا در آب ، گل و لای با مقاومت بالاتر از 1000 اهم سانتیمتر دارای پتانسیلی معادل 250 میلی ولت در بابر فولاد حفاظت شده در حرارت معمولی آب دریا است . این پتانسیل با افزایش درجه حرارت افت خواهد کرد و نباید در حرارت بیش از 50 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار گیرد.

 

4-10-3 آند تیتانیم با پوشش پلاتین

این آند با سیستم جریان القایی عمل می کند می تواند در حفاظت سازه های دریایی ، اسکله ها و بدنه کشتی ها و درون لوله هایی که حامل آب دریا می باشند به کار رود . فلزات تیتانیم و نیوبیوم در این آند به کار رفته است . این فلزات پایه به صورت میله ای ، لوله ای و توری ساخته شده و قابل نصب بر روی سازه های فلزی و غیر فلزی می باشند .  

4-10-4 آند مگنتایت [32]

این آند از اکسید آهن به صورت متراکم می باشد . بسیار سخت و در برابر اکسید اسیون بسیار مقاوم و در شرایط نرمال ، جریان آن بین 30 تا 100  می باشد و مصرف میانگین آن کمتر از 2 گرم در سال است . بنابراین برای یک آند 6 کیلوگرمی 60 سال عمر می توان در نظر گرفت .

این آند از نظر وزنی سبک و کاربرد آن در مخازن آب ، اسکله ها و چاه های عمیق می باشد .

4-10-5 آند آلومینیوم [33]

فلز آلومینیوم به تنهایی از پتانسیل منفی آن قابل تشخیص است و همیشه یک لایه اکسید آلومنیوم سطح آن را می پوشاند که مقاومت آن را در برابر خوردگی بالا می برد از آلیاژهای آلومنیوم با کمی جیوه و روی و سیلیکن آندی به دست می آید که از کیفیت بالایی برخوردار می باشد . مورد استفاده در بدنه کشتی ها و اسکله ها می باشد .

4-10-6 آند چدن سیلیس

این آند حاوی 14 تا 5/14 درصد سیلیس می باشد که یکی از معمولی ترین آندهایی است که با جریان القایی مورد استفاده قرار می گیرد . گاهی با افزودن 5/4 درصد کروم موجب حذف گرافیت شده و استحکام آن بالا می رود . آند چدن پرسیلیس از نوع کروم دار کاربرد بسیار خوبی در برابر محلول ها و محیط های اسیدی دارد .

4-11 بستر آندی [34]

استفاده از انواع آندها از جمله آند پرسیلیس نیاز به بستر آندی و پی پا [35]  خواهد داشت .

پی پا به موادی اطلاق می گردد که در بستر آندی آند را در بر می گیرند . این مواد از مشتقات کربنی بوده که می توانند شامل ذرات کک حاصل از تفت ، گرافیت خرد شده و یا ذرات کک حاصل از ذغال سنگ باشند که دارای مقاومت الکتریکی کمی هستند علت استفاده از آنها به منظور افزایش ابعاد آند در نتیجه کاهش مقاومت بستر آندی نسبت به زمین و دیگری تشریک در مصرف به علت تخلیه جریان الکتریکی است .

چگونگی نصب بستر آندی به وضعیت زمین ، امکانات برق رسانی ، چگونگی وضعیت خط لوله و دیگر عوامل بستگی دارد . که ممکن است آند به صورت افقی یا عمودی در بستر قرار گیرد .

4-12 وسایل مورد نیاز در آزمایشات و کنترل خوردگی لوله

چند نمونه از دستگاه هایی که در آزمایشات خوردگی مورد استفاده قرار می گیرند در زیر به اختصار آمده است . هر چند امروزه دستگاه های الکترونیکی جدیدتری به بازار عرضه گردیده است با وجود این کاربرد همه آن ها مشابه است 

4-12-1 ولت متر

این دستگاه به منظور اندازه گیری ولتاژ بین لوله و الکترو مرجع به کار می رود جهت آزمایش وضعیت خاک ، آب دریا و پتانسیل خط لوله نسبت به زمین به کار می رود که باید با انتخاب صحیح ولتمتر انجام شود .

امروزه ولت مترهایی الکترونیکی موجود است که احتیاج به تنظیم نداشته و به منظور بررسی جریان های سرگردان می توان از آنها استفاده کرد . این ولت مترها دارای مقاومت داخلی زیاد می باشند .

 

 

4-12-2 آمپرمتر

این ستگاه جریان های خروجی آندهای موقت ، ترانس های دائم و آزمایشات لازم جهت میزان کارآیی پوشش را اندازه گیری می کند . به منظور صرفه جویی در وقت از دستگاهی که شامل آمپرمتر و ولتمتر باشد استفاده می شود .

4-12-3 دستگاه اندازه گیری مقاومت خاک

که به منظور تعیین مقاومت الکتریکی خاک به هنگام طراحی بستر آندی و مسیر خط لوله مورد استفاده قرار می گیرد .

4-12-4 دستگاه میگر [36]

که به منظور اندازه گیری مقاومت خاک مورد استفاده قرار می گیرد .

 4-12-5دستگاه آزمایش فلنج

به منظور کنترل و جلوگیری از هدر رفتن ولتاژ در انشعابات و منتهی علیه خطوط انتقال که از فلنج عایقی استفاده می گردد به کار می رود .

 4-12-6 دستگاه اندازه گیری ضخامت لوله [37]

این دستگاه الکترونیکی قادر به نشان دادن ضخامت لوله می باشد و توسط آن می توان مقدار خوردگی در لوله و به خصوص در خم ها را مشخص نمود .

 

 

4-12-7 اهم متر

برای اندازه گیری مقاومت و تعیین ضخامت قطع بودن مدارها به کار می رود .

 4-12-8دستگاه عیب یاب پوشش [38]

با آن نقاط ضعف پوشش لوله که با چشم قابل رویت نیستند مشخص می شود اساس کار آن توسط اختلاف سطح الکتریکی که بر روی قطر پوشش اعمال می گردد و با گذراندن الکترودی بر سطح پوشش می باشد . در صورتیکه نقایصی وجود داشته باشد تخلیه الکتریکی شده و با علامت هشدار دهنده نقاط ضعف مشخص می شود . ولتاژ اعمالی بین 12000-8000 ولت می باشد .

4-12-9 لوله یاب [39]

محل دقیق عبور لوله را در جایی که مسیر خط لوله مشخص نباشد مشخص می کند  .

 4-12-10 پیرسون [40]

قادر است نقاط ضعف پوشش لوله های مدفون در خاک را از سطح زمین مشخص نماید .

 4-12-11 سی اسکن [41]

این دستگاه را می توان تکمیل شده پیرسون دانست . که قادر است محل لوله ، عیب پوشش ، خوردگی لوله و عمق لوله مدفون را مشخص سازد .

 

4-12-12 دستگاه PCS 2000

دستگاه جدید دیگری که می تواند اشکالات لوله های مدفون در خاک را با دقت بیشتری نشان دهد .

 4-13آزمایش پتانسیل لوله نسبت به خاک

این امر به منظور حصول اطمینان از حفاظت کاتدی و جلوگیری از  خوردگی لوله نسبت به خاک انجام می گیرد .

جهت تعیین مقادیر اندازه گیری از ولت متر با امبلانس داخلی زیاد ( 10 مگا اهم ) که بین الکترود مرجع  و کابل آزمایش که به لوله متصل می گردد استفاده می شود . الکترود مرجع یا نیم پیل از یک میله مسی که در مرکز ظرف حاوی محلول اشباع سولفات مس تشکیل شده است . قسمت تحتانی ظرف متخلخل بوده که ضمن تماس با زمین می تواند جریان الکتریکی را به خوبی هدایت کند .

روش اندازه گیری پتانسیل لوله نسبت به خاک با الکترود مرجع مس / سولفات مس

واکنش کاهش یا افزایش پتانسیل در لوله تحت حفاظت کاندی می تواند در نتیجه یکی از عوامل زیر باشد :

1 جریان های سرگردان

2 اشکال در پوشش

3 تخلیه جریان به یک سازه همجوار فلزی

الکترود های دیگری نیز در شرایط مخصوص مورد استفاده قرار می گیرند که از آنجمله اند :

1 الکترود هیدروژن که فقط در آزمایشگاه استفاده می شود .

2 الکترود کالومل که اغلب در آب هاب تازه یا آب شور قرار می گیرد .

3 الکترود سرب / کلرید سرب که در مطالعات خوردگی کابل های سربی به کار می رود .

4 الکترود نقره / کلرید نقره که قابل استفاده در آب شور بوده و در اثر تماس با آب دریا فاسد نمی شود .

4-14 جریان های سرگردان [42]

یکی از بدترین نوع خوردگی بر روی فلزاتی که در خاک کار گذاشته می شوند در محل هایی است که جریان های الکتریکی سرگردان وجود دارند . منابع چنین جریان هایی ممکن است سیستم حفاظت کاتدی ، سیستم حمل و نقل برقی ، کارگاه های آبکاری الکتریکی ، وسایل الکتریکی و غیره باشد . از آنجا که مقاومت ویژه خاک ها زیاد است جریان های الکتریکی داخل زمین از طریق فلزات داخل خاک که مقاومت کمی دارند عبور خواهد کرد که نقطه ورودی جریان سرگردان کاتد و نقطه خروجی آن آند ( پیل خوردگی ) خواهد بود .

جریان های اعمالی به یک سیستم حفاظت کاتدی به سهولت به تاسیسات همجوار وارد می گردند به خصوص اگر بستر های آندی به تاسیسات دیگر نزدیک باشد .

در این صورت تاسیساتی که حفاظت کاتدی نمی گردند . در نقطه تخلیه جریان دچار خوردگی می شوند . بدون اغراق می توان گفت خوردگی ناشی از این جریان ها از خوردگی هایی که عوامل محیطی به بار می آورند بیشتر است .

به منظور کاهش تداخل جریان روش هایی را می توان به کار برد از جمله :

1 - اتصال خطوط لوله متقاطع به یکدیگر

2 - استفاده از آند های فدا شونده در محل تقاطع ( می توان از آهن قراضه نیز استفاده کرد )

3 کاهش دادن مقاومت الکتریکی در محل تقاطع توسط تقویت پوشش نواری

4 استفاده از موانع الکتریکی و همچنین بالا بردن مقاومت الکتریکی

 4-15همجواری خطوط انتقال نیرو با خطوط لوله

مجاورت خطوط لوله با شبکه های برق فشار قوی باعث القا ولتاژ روی خطوط لوله شده و نتیجه سو در حفاظت کاتدی بر جای خواهد گذارد . جریان برق با فرکانس50 هرتز بسیار خطرناک بوده به طوریکه اگر برق 35  ولت را در نظر بگیریم جریان حاصل از آن در شرایطی که بدن خشک باشد 5/3 میلی آمپر خواهد بود کا تاثیر فیزیکی بر روی بدن خواهد داشت اگر خطوط لوله ناچارا با خطوط انتقال برق موازی گردد در شرایط متقاطع هر چند جریان القایی تاثیر بر پوشش نقاط تقاطع خواهد گذارد معهذا اثرات القایی آن ناچیز بوده ، به طوریکه می توان با تقویت پوشش حتی الامکان با ایجاد فاصله تا حدی جبران این نقیضه را نمود .

در مورد همجواری خطوط انتقال نیرو ( زیر زمینی ) با خطوط لوله مسئله القا وجود دارد ولی چندان حاد نمی باشد . زیرا پوشش مسطح کابل تا 80 درصد حوزه مغناطیسی را محدود می سازد که اثرات القایی خطوط زیر زمینی بر خطوط لوله ناچیز خواهد بود .

به منظور رهایی از جریان های القایی حاصل از هجواری خطوط انتقال نیرو با خطوط لوله می توان از وسیله ای استفاده نمود که در آزمایشات نتایج مطلوبی از آن به دست آمده است این وسایل همانند یک خازن عمل می کنند . با به کارگیری آن می توان جریان های القایی را حذف نمود .

4-16 کند کننده ها [43]

این مواد که اصولا شیمیایی هستند ، قادرند واکنش های خوردگی را کند یا متوقف سازند که به صورت آندی و یا کاتدی عمل می کند . کند کننده های آندی از حساسیت خاصی برخوردارند به طوریکه اگر به مقدار کافی به کار نروند موجب تشدید خوردگی موضعی بر روی فلز خواهند گشت . کند کننده های کاتدی هر چند تاثیر آن ها مورد رضایت کامل نیست ولی در صورت کم بودن تولید خطری برای دستگاه نخواهد کرد .

این مواد به دو دسته تقسیم می شوند :

 1 دسته ای که به مایع درون لوله اضافه گشته و گازها را کنترل می کنند .

2 دسته ای که فیلمی محافظ بر روی سطح فلز ایجاد نموده و از نفوذ مواد خورنده جلوگیری می نمایند .

به عنوان مثال سولفیت سدیم اکسیژن را جذب و به سولفات تبدیل می گردد و خطری را متوجه دستگاه نخواهد ساخت :

گاهی به کمک مواد محلول در آب نظیر بیکربنات ها عمل ممانعت بهتر انجام می گیرد و برای بازده بهتر در پیشگیری از خوردگی به آب افزوده می شوند . البته اگر سرعت آب خیلی زیاد باشد این ممانعت کننده ها را بی اثر می کند و وقتی که سرعت آب کم باشد رسوبات ناشی از مواد جامد معلق تشکیل پیل خوردگی موضعی را داده و باعث افزایش خوردگی خواهند شد .

مواد روغنی با آب خوردگی را کاهش می دهند مانند ضد یخ ( اتیلن گلیکول) که در رادیاتور اتومبیل می ریزند . گاهی از کند کننده های اکسیدان نیز استفاده می گردد و برای جلوگیری از خوردگی در رادیاتور نیترات سدیم به میزان 5% و نیتریت سدیم 5% به گلیکول می افزایند .

بعضی از کند کننده ها نظیر براکس محیط های اسیدی را قلیایی می سازند و در سیستم های خنک کننده آب یک طرفه از موادی نظیر پلی فسفات و آهک برای کند کنندگی استفاده می شود .

آب خورنده مشخصات خاصی دارد که عبارتند از :

1 حاوی اکسیژن و گازهای محلول است .

2 حاوی اجسام محلول یا معلق می باشد .

3 قلیایی یا اسیدی است .

4  دارای سرعت و حرارت است .

5 فعالیت میکروب ها در آن صورت می گیرد .

PH  آب را می توان با افزودن سود ( 5/9-5/7)تنظیم نمود . گاهی پلی فسفات ها و کرومات ها را می توان همراه به کار برد که نتیجه مطلوب تری خواهد داشت و خطری متوجه فلز نمی شود .

اگر آهن در آبی که محتوی نمک طعام و به میزان محاسبه شده ای کرومات سدیم باشد بتدریج در مقابل خوردگی مصون می ماند زیرا کرومات با محصولات فرو حاصل از زنگ زدن آهن ترکیب می شود ؛ کرومات سدیم را به محصولات فریک که خاصیت پوششی دارند تبدیل می کند .

مواد کند کننده ممکن است به قلیایی ، خنثی ، قابل حل ، آلی و غیر آلی تقسیم بندی شوند . موادی که با قطع جریان عواملی مانند اکسیژن واکنش های کاتدی سطح فلز را متوقف می نمایند کند کننده کاتدی نامیده می شوند در اثر فعل و انفعالات کاتدی رسوب یک قشر هیدروکسید در نواحی کاتدی سطح فلز را در بر می گیرد .

اگر فولاد زنگ نزن دارای مقاومت زیاد است به علت ورود قشر اکسیدی است که در سطح فلز همیشه مجود است . در صورت صدمه دیدن این قشر خوردگی در آن قسمت تشدید خواهد شد .

4-16-1 کند کننده های عمومی : که تشکیل قشر محافظ بر روی سطح تمام فلز چه آندی و چه کاتدی داده و فلز را تحت حفاظت قرار می دهند .

4-16-2 کرومات روی [44]:  کند کننده خوردگی فولاد حاوی کربن زیاد در آب است . در دستگاه های آب گرم در گردش ( شوفاژ مرکزی ساختمان ها ) به غلظت 1/0 درصد به کار می رود .

 4-16-3سیکلو هگزیل آمین [45]: کند کننده خوردگی لوله های گاز طبیعی و مواد نفتی و فرآورده های مشتق آن است که در لوله های فولادی جریان دارد .

 4-16-4آمینو اتیلن : کند کننده خوردگی فلزات سیاه ( فولاد های معمولی ) در گاز طبیعی است و برای حفاظت لوله به غلظت 1/0 درصد بکار می رود .

 4-16-5بوتیل کرومات [46]: کند کننده خورندگی فولاد ، منیزیم ؛ مس و آلیاژهای آنهاست .

 4-16-6مورفولین [47] : در دستگاه های تقطیر آب و تولید بخار در نیروگاه های فشار قوی و جهت تنظیم PH به آب تزریق می شود و مخلوط آن با هیدرازین موثر است . همچنین برای کاستن خوردگی لوله های گاز طبیعی مصرف می گردد .

 4-16-7بوتیل فسفات : کند کننده خوردگی آهن ، مس ، روی ، در بنزین و از این قبیل با اکتان بالا به غلظت 12-1 کیلوگرم در 1000 لیتر بنزین استفاده می گردد .

نتیجه اینکه کند کننده ای شیمیایی با برخورد با مکانیسم خوردگی آن را کند و یا متوقف می سازند . در قسمت پیوست ممانعت کننده هایی که در بعضی سیستم ها به کار می روند آورده شده است .

4-17 آلیاژها

با استفاده از آلیاژها می توان مقاومت فلزات را تا چند برابر در محیط های خورنده و با درجه حرارت های بالا افزایش داد .

از 80 نوع فلز شناخته شده تاکنون بیش از 40 هزار نوع آلیاژ با خواص مختلف به دست آمده است . اگر آلیاژی را آلیاژ آهنی بنامند به معنی این است که فلز اصلی آهن است . از آلیاژهای مهم آهن ، آلیاژ آهن و کروم است که 9 4 درصد آن کروم بوده و در ساخت دستگاه ها تصفیه نفت به کار می رود و با 30 9 درصد کروم در ساخت قطعات کوره ها و مشعل مورد استفاده قرار می گیرند . کروم مقاومت آهن را در برابر درجه حرارت زیاد می کند . یکی از مهمترین فولاد های ضد زنگ فولاد 18 درصد و 8 درصد نیکل می باشد .

مرغوبیت فولاد زنگ نزن از نوع 316 به علت داشتن مولیبدن است .

گاهی غیر از کروم و نیکل سیلیسیم را نیز برای افزایش مقاومت در ترکیب فلز بکار می برند که سوپاپ های موتور های احتراق از آنجمله اند . هرچه مقدار کرو زیادتر شود سخت تر و مقاومت آن در برابر خوردگی بیشتر می شود اما بیش از 15 درصد کروم و فولاد را شکننده تر می سازد.

ورشاب آلیاژی ایت از مس ، نیکل و وری که در وسایل تزئین خانگی استفاده می شود و برنج قرمز که آلیاژی است از روی و مس که در صنعت استفاده فراوان دارد .

 

4-18 فولاد های ضد زنگ [48]

در صنایع نفت بیش از 18 نوع آلیاژ مورد استفاده قرار می گیرد و با داشتن حداقل 11 درصد کروم مقاومت در برابر خوردگی و اکسید شدن را دارا بوده و به همین دلیل آن را فولاد ضد زنگ می نامند .

فولاد را گاهی به منظور مقاومت بیشتر با فلزاتی چون آلومنیوم ، کرومیم تا 99/3 درصد کبالت ، مولیبدن ، نیکل ، تیتانیم ، تنگستن ،وانادیم ، زیرکونیم هم بسته می سازند .

این ترکیبات مختلف به منظور مقاومت در برابر خوردگی ، ضربات مکانیکی و سختی به صورت واحد یا به صورت جمعی به کار می روند .

4-18-1 منگنز : به منظور تقویت و استحکام بیشتر به فلز پایه افزوده می شود .

 4-18-2 مس : گاهی برای مقابله در برابر خوردگی جوی و مقاومت به فلز پایه به نسبت (40/0-10/0) می افزایند .

 4-18-3 کربن : به میزان کم مقاومت فلز را زیاد و آنرا چکش خوار ساخته و کشش آن را زیاد می کند وو آن را شکل پذیرتر می سازد اما مقدار کربن بیش از 45/6 درصد نتیجه را برعکس می کند .

 4-18-4 فسفر : به مقدار کم استحکام و مقاومت فلز را در برابر خوردگی جوی افزایش
می دهد .

هر یک از فلزات یا مواد ذکر شده دارای خواص مخصوصی می باشند برای مثال نیکل و مولبیدن افزوده شده به فولاد سبب کاهش حساسیت در برابر شکنندگی هیدروژنی خواهند شد . وجود آلومنیوم در برنج و یا مس عمل اکسید شدن را کاهش می دهد . سیلیسیم و کروم در آهن از خوردگی جلوگیری به عمل می آورند . و حضور آهن در مس سرعت اکسید شدن را کاهش می دهد .

 4-19پوشش و روش اعمال آن ها

پوشش ها و لایه های محافظ به منظور های مختلفی انجام می گیرند که بیشترین هدف جداسازی فلز از محیط های اطراف است باید خاطرنشان ساخت که پوشش صددر صد وجو ندارد چنانچه نقطه ای از پوشش صدمه ببیند می توان آن را مجددا پوشش داد ولی هیچگاه مرغوبیت پوشش اولیه را نخواهد داشت . قبل از پوشاندن سطح فلز تمیز کردن آن یک امر اساسی است که از کواد پاک کننده قلیایی و یا عملیات ساچمه زنی و شن پاشی یا گاهی از وسایل مانند برس سیمی نیز بدین منظور استفاده می گردد .

پوشش ها عموما به فلزی و غیر فلزی تقسیم می گردند :

4-19-1 پوشش های فلزی :

فلز پایه با فلزاتی چون مس ، کادیم ، قلع ، سرب و آلومنیوم و غیره پوشانده می شود .

عمل پوشش به منظور حفاظت به چند طریق صورت می گیرد :

1 با قرار دادن فلز پایه در درون فلز مذاب

2 از طریق الکترولیز ( مانند سپر اتومبیل ها)

3 -گردپاشی [49] فلز پوشاننده به صورت مذاب و به شکل گرد یا پودر بر جسم مورد نظر پاشیده می شود .

4 با حرارت دادن فلز پایه تا درجه حرارت بالا و غلطانیدن آن بر روی گرد فلز پوشاننده .

5 با قرار دادن فلز اصلی در مجاورت بخار پز پوشاننده

پوشش های فلزی در برابر آسیب ها مقاومند و در مقابل حرارت و نور و آب و اکسید شدن حساسیت کمتری دارند . تغییری نیز در خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی فلز به وجود نمی آورند .

در هر صورت دارای خلل و فرج هایی خواهد بود که موجب خوردگی در سطح فلز خواهد شد و در صورتیکه یکبار خورده شود برخلاف پوشش های آلی قابل ترمیم نمی باشد .

4-19-1-1  پوشش های مسی : فلزات که تحت تاثیر گازهای ازت و کربن باشند را می توان با مس پوشاند چرا که این گازها بر روی مس اثر ندارند .

 4-19-1-2پوشش کادیم : با توجه به شفافیت این فلز و مقاومت آن در برابر حملات جوی پوششی مناسب بر روی فلزات می باشند . این فلز قادر است آلومنیوم و آلیاژهای آن را به طور کاتدی محافت نماید

 4-19-1-3پوشش قلع : کاربرد زیادی در صنایع غذایی دارد زیرا اسیدهای میوه روی قلع اثر نمی کنند و مواد غذایی برای مدت بیشتری محفوظ می مانند . به این نوع آهن یا فولاد که با قلع پوشیده شده است حلبی می گویند چون موقعیت آهن در سری الکتروشیمیایی بالاتر از قلع است با پیدایش خراش روی آن با سرعت قابل ملاحظه ای زنگ می زند زیرا آهن نسبت به قلع آند است و خورده می شود .

 4-19-1-4پوشش گالوانیزه : هنگامی که لایه ای از روی ( یا آلومنیوم ) بر سطح آهن قرار گیرد آن را آهن گالوانیزه گویند .

 4-19-1-5پوشش سرب : سرب دارای خاصیت چکش خواری زیاد بوده و یکی از مقاوم ترین فلزات در برابر خوردگی به شمار می آید ولی با توجه به سمی بودن آن توصیه به عدم استفاده از آن به عنوان ظروف غذایی می شود . استفاده از آن به منظور حفاظت لوله های فولادی زیاد بوده و گاهی جهت عمل بهتر و چسبندگی بیشتر از همبستگی آن با قلع نیز استفاده می شود .

4-19-1-6 پوشش آلومنیوم : آلومنیوم از فولاد به طور کاتدی حفاظت به عمل می آورد و مقاومت آن در شرایط جوی دو برابر روی می باشد و به عنوان پوشش مناسبی برای لوله های فولادی می باشد این فلز در محلول های الکترولیت به سرعت کند گردیده و غیر فعال می شود زیرا یک فیلم نازک اسید آلومنیوم روی فلز را می پوشاد که فقط این پوشش در ترکیب با یون کلر حساس بوده و در محیط های قلیایی نیز حل می شود .

4-19-2 پوشش های غیر فلزی :

 4-19-2-1پوشش سیمانی : ضریب انبساط حرارتی سیمان با فولاد تقریبا برابر است و اگر به آن ضربه مکانیکی جاصل نیاید مقاومت آن بیش لز 50 سال است .

  4-19-2-2پوشش شیشه ای : شیشه را به عنوان لعابی جهت مقاومت بیشتر به کار می برند به عنوان مثال در اگزوز هواپیما که خوردگی در آن در اثر حرارت زیاد و سوخت زیاد است . این پوشش به صورت مذاب بر روی فلز قرار می گیرد .

 4-20 پوشش های فسفاته :

که در ایران بدان کمتر توجه شده است که ایجاد پوششی بر روی سطح فولاد یا آهن توسط محلولی از اسید فسفریک رقیق و سایر مواد شیمیایی می کند .

سطح فلز در اثر تماس با این مواد لایه ای محافظ از کریستال های فسفات غیر محلول تبدیل می شود .

 

انواع پوشش های فسفاته :

 4-20-1پوشش فسفاته روی :

این پوشش ها ممکن است با کریستال های درشت و یا با پوشش سبک و نازک با کریستال های ریز باشد . رنگ آن از خاکستری روشن تا تیره متغیر است که باعث پایداری رنگ یا روغن ، افزایش مقاومت در برابر سایش و رنگ زدگی می شد . نمونه آن در بدنه شمع ، مهره چرخ اتومبیل ، اشپیل ( پین) پیستون دیده می شود .

 4-20-2پوشش فسفاته آهن :

امروزه به صورت کریستال های ریز و رنگ آبی یا قهوه ای مایل به آبی هستند که کاربرد اصلی آن ها پایداری رنگ می باشد .

 4-20-3پوشش فسفات منگنز :

باعث ایجاد مقاومت در برابر سائیدگی خوردگی می گردد رنگ آن سیاه یا سیاه مایل به قهوه ای است و در محل هایی که اصطکاک وجود داشته باشد به کار می رود مانند موتورهای درون سوز .

 4-21مکانیسم تشکیل پوشش فسفاته

در اثر واکنش بین فلز و اسید داخل وان که حاوی مواد موجود در پوشش است فیلم نازکی بر سطح فلز تشکیل می شود هنگامی که فسفات روی اسیدی با فولاد واکنش انجام می دهد دو نوع فسفات آهن تشکیل می شود که یکی وارد پوشش و دیگری وارد محلول می شود .

چنانچه فسفات سه ظرفیتی اکسید شود روی سطح فلز ته نشین خواهد شد زیرا فسفات آهن در محلول حل نمی شود . برای پوشش دادن معمولا از روش اسپری یا از روش شناورسازی استفاده می شود .

بیشترین کاربرد پوشش فسفاته پایداری برای رنگ می باشد و همچنین پایداری برای روغن و مواد ضد زنگ مفید است .

پوشش های فسفاته مقاومت فیلم رنگی را در مقابل رطوبت و نفوذ و جذب آن افزاش داده و جلو گسترش خوردگی را می گیرد .

پوشش فسفات و روشن ایجاد آن

فلز مورد پوشش

دلیل ایجاد پوشش

محدوده دمای عملیاتی ) (

آهن متوسط  شناورسازی

فولاد

پایداری برای رنگ

180-140

روی سنگین  شناورسازی

فولاد

مقاومت در برابر خوردگی

205-190

روی متوسط

 

فولاد

پایداری برای رنگ

180-90

روی متوسط

 اسپری

ورق فولادی

پایداری برای رنگ

140-100

روی متوسط

 اسپری

فولاد

عملیات کششی سرد

165-140

روی متوسط

 اسپری

فولاد گالوانیزه

پایداریی برای رنگ

140-120

منگنز متوسط

  اسپری

فولاد

مقاومت در مقابل سایش

210-200

 

 

 

  4-22رنگ و خواص پوششی آن

رنگ که امروزه به عنوان تزئین و یک عامل حفاظتی در برابر هوا و رطوبت به کار می رود از زمان های قدیم مورد استفاده انسان ها بوده و همگام با پیشرفت علم شیمی پیشرفت قابل ملاحظه نموده است . در گذشته از عصاره گیاهان و میوه ها برای مصارف مختلف استفاده می شده است .

4-22-1 رنگ های روغنی : تا پایان قرن نوزدهم اکثر رنگ ها روغنی بودند مانند روغن برزک ، روغن کرچک و روغن ماهی .

 4-22-2رنگ های آبی : این نوع رنگ ها از قرن ها قبل مورد استفاده قرار می گرفتند و با پیشرفت علم شیمی رنگ ها به صورت پودر تهیه شدند که در آب حل می گردید و به مصارف مختلف می رسید آب موجود می توانست محیط مساعدی برای خوردگی ایجاد نماید .

با توسعه علم رنگ سازی مواد سازنده رنگ ، و روش به کارگیری آن کاملا تغییر کرد . سمغ های مختلف ، مواد روان کننده چون تینر تولید شده و مواد صنعتی دیگری که مقاومت رنگ را در برابر اشعه خورشید افزایش می دهند .

رنگ ها اغلب به منظور کارهای مخصوصی ساخته می شود و فرمول اجزا آن ها متفاوت است . با اضافه نمودن پودر رنگ ها پایه آن ها فلزی گردیده و مقاومت فلز پایه را در برابر خوردگی می افزایند . در حالیکه پودرهای شیمیایی حفاظت یا کند کنندگی را موجب می شوند . ( کرومات روی ، فسفات روی و سرب و ...)

رنگ های آلکیل یا آلومنیومی که در آن ها گرد فلز روی و آلومنیوم به کار رفته علاوه بر زیبایی در واقع عمل فنا شوندگی را در برابر فلز پایه به عهده دارند .

پل ها و کشتی ها اغلب توسط زنگ هایی که پایه فلزی دارند رنگ آمیزی می گردند . گاهی آلومنیوم به صورت رنگ پولک دار بر روی فلز پایه قرار می گیرد که امروزه از آن ها در تزئین اتومبیل استفاده می شود .

 4-22-3رنگ ضد زنگ ( سرنج ) : این رنگ از مخلوط کردن اکسیژن با فلز سرب حاصل می شود و بیشترین مصرف آن بر روی فولاد است . سرب سرخ  نیز در رنگ کاری به منظور حفاظت فلزات به کار برده می شود . این رنگ مقاومت زیادی در برابر خوردگی داراست . اما دیر خشک می شود و نیاز به چهار بار رنگ آمیزی دارد . همچنین برای تاسیسات غوطه ور در آب مناسب نبوده و در آب های گرم دوام چندانی نخوهد داشت .

 4-23 پرایمر یا رنگ آستری [50]

پرایمر اولین رنگ پوششی است که روی فلز اعمال می گردد حال اگر قبل از آن فلزات پوشش فسفاته شده باشند کیفیت بهتر خواهد بود .

رنگ پرایمر باید مشخصات زیر را دارا باشد :

1 به خوبی به سطح فلز بچسبد .

2 تازه بودن آن در مصرف و عملیات  رنگ زنی باید مد نظر قرار گیرد .

3 بتواند  حفره های موجود در سطح فلز را پر کند .

4 زمان خشک شدن آن کوتاه باشد تا ذرات معلق هوا کمتر بدان بچسبد .

5 مقاوم باشد و زود سائیده نگردد و در اثر ضربه از فلز جدا نگردد .

6 پایداری کافی در مقابل خوردگی از فلز را دارا باشد .

7 باید توانایی چسبیدن به پوشش های بعدی را داشته باشد .

در پرایمرها از پیگمان های پلمبات کلسیم ، کرومات سرب ، کرومات روی و غیره استفاده می شده که در آب نیز محلول بوده و پس از یک سری واکنش های الکتروشیمیایی محصولات غیر محلولی را ایجاد می نموده اند و سطح آن پوشانده می شده است .

ولی با پیشرفت علم رنگ سازی پرایمری با بالاترین کیفیت ساخته شده به نام پرایمر غنی از روی [51] که فلز روی به عنوان قطب فدا شوند آهن همانند یک پیل گالوانیک عمل می کند و فولاد را ازخورده شدن محفوظ می دارد .

آستری غنی از روی ( روی و پروکسی ) وقتی اثر واقعی خود را نشان می دهد که بر روی فولادی که به وسیله جریان هوا پاک و تمیز شده بلافاصله استفاده گردد و مقدار روی در آن 95-92 درصد فیلم خشک شده آن باشد تا تماس کافی ذرات با سطح برای ایجاد خاصیت حفاظت کنندگی به وسیله این نوع آستری به وجود آید .

 4-24پوشش های حفاظتی خط لوله

لوله هایی که در خاک هستند معمولا دارای پوشش هایی هستند که به نحوی تماس فلز را با خاک قطع نموده و به عنوان عایق الکتریکی عمل می کنند . یک پوشش خوب باید داری شرایط زیر باشد :

1   بدن منفذ باشد و به خوبی به لوله بچسبد .

2 رطوبت ناپذیر باشد .

3 نسبت به واکنش های شیمیایی درون خاک بی اثر باشد .

4   نسبت به تنش های خاک مقاوم باشد .

5 مقاومت الکتریکی آن زیاد باشد .

پوشش ها را عموما به دو دسته تقسیم می کنند :

 4-24-1پوشش های گرم  :

 4-24-1-1پشم شیشه : این مواد از دو جسم پشم و شیشه تشکیل شده که از نظر حرارتی و الکتریکی عایق خوبی محسوب می شوند .

 4-24-1-2 نمد نسوز یا پنبه کوهی [52] : که علاوه بر عایق بودن لوله را از ضربه ها و تنش های مکانیکی مصون می سازد و گاهی با پشم شیشه و قیر ادغام می شود .

 4-24-1-3قیر ذغال سنگی ( کلتار)[53] : قیری به رنگ سیاه که از قطران زغال سنگ حاصل می شود . ضخامت آن بین 5/6 5/4 میلیمتر می باشد . باید رطوبت را جذب نکند و عایق خوبی باشد و از نظر شیمیایی مقاوم و پایدار باشد . و در برابر باکتری های خورنده خاک و آب دریا مقاوم باشد .

یکی از روش های خوب حفاظت لوله با روش گرم Coal Tar است که از موثرترین روش ها در برابر خوردگی محسوب می گردد و هزینه حفاظت کاتدی نیز تقیلی می یابد زیرا نیاز به اعمال جریان کمتری دارد .

باید لوله کاملا تمیز و سالم باشد و پس از اعمال رنگ آستری پوشش قیری بر روی آن کشیده شود و بلافاصله توسط لفاف پشم شیشه و آزبست سطح خارجی لوله پوشیده گردد .

از انواع دیگر پوشش ها که جای پوشش های گرم را در صنایع لوله گرفته است Fision Bonded Epoxy  می باشد که جهت حفاظت لوله در کارخانه آن را پوشش می دهند هنگامی که مواد پوششی گرم شوند مواد فولادی را از دست خواهند داد و تغییر خواص می دهند حتی در زمان عملیات پوشش .

4-24-2 پوشش های سرد( پلیمری ) :

پوشش های پلیمری در انواع مختلف تولید می شود و در لوله هایی با قطرهای متفاوت کاربرد دارد . روش استفاده نیز همانند پوشش های گرم می باشد که سپس عملیات آماده سازی لوله ، زنگ زدایی با شن یا با ساچمه لوله را تمیز و سپس با رنگ آستری که معمولا با نوار ساخت یک کارخانه می باشد رنگ آمیزی می گردند . معمولا نوار را باید هنگامی به کار برد که در اثر تماس انگشت به رنگ اعمال شده اثر آن روی رنگ بماند ولی رنگ به انگشت نچسبد که در این موقع نوار را بلافاصله بر روی لوله می پیچند .

حتی المقدور باید سعی نمود که این اعمال در سایه انجام شود و بلافاصله لوله در خاک مدفون گردد .

پوشش ها دارای معایبی نیز هستند که از آنجمله :

1 ممکن است تحت تاثیر باکتری های بی هوازی و هوازی قرار گیرند .

2 امکان نفوذ سنگ های ریز به درون پوشش .

3 امکان نفوذ سنگ های ریز به درون پوشش .

4 چروکیدگی ناشی از انبساط و انقباض

و موارد دیگری که می توان برشمرد .

 4-25تاثیر پوشش در حفاظت کاتدی

یک پوشش کاملا مطلوب و نصب مناسب می تواند 99 درصد از سطح لوله را از گزند خوردگی محفوظ بدارد اما علیرغم مراقبت های اولیه نمی توان صد در صد از لطمه به پوشش جلوگیری به عمل آورد . به همین منظور از سیستم های حفاظت کاتدی به عنوان پشتوانه پوشش و جلوگیری از خوردگی لوله استفاده می شود چنانچه پوشش مناسب و از حداقل ضایعات برخوردار باشد می توان 80 کیلومتر از خط لوله را فقط با یک دستگاه حفاظت کاتدی تحت کنترل در آورد . حفاظت لوله های قطورتر سهل تر از لوله های با قطر کمتر است و علت ، کمی مقاومت الکتریکی آن است .

عواملی چند نیز سبب بروز خرابی در پوشش لوله علیرغم اعمال سیستم حفاظت کاتدی می شوند که این عوامل عبارتند از :

1   تنش های موجود در خاک

2 کلیه پوشش ها به مرور زمان فاسد می شوند .

3 افزایش جریان حفاظت کاتدی نه تنها حفاظت لازم را انجام نخواهد داد بلکه موجب از بین رفتن استحکام و چسبندگی پوشش و در نتیجه باعث افزایش خاصیت قلیایی محیط خواهد شد.

همانگونه که بیان گردید با اعمال حفاظت کاتدی جریانی از بستر آندی به محیط اطراف پراکنده می شود و از طریق نقاط بدون پوشش وارد لوله می گردد لازم به یادآوری است که مقداری نیز با توجه به ضریب هدایت و یا مقاومت الکتریکی پوشش از آن عبور خواهد کرد که مقدار آن در مقایسه با آنچه از قسمت های عریان می گذرد قابل مقایسه نمی باشد .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منابع و ماخذ

 

1-     اسکالی ، جان.س -  مبانی خوردگی ، ترجمه دکتر رضا آلانی چاپ اول تهران : مرکز      نشر دانشگاهی ، 1365 .

2-     اسکوگ. وست- مبانی شیمی تجزیه جلد 2    ترجمه عبدالرضا لاجقه و دیگران ... ، مرکز نشر دانشگاهی .

3-     بارو.گ.م  شیمی فیزیک  جلد 2 -  ترجمه مسعود حسن پور و قاسم خدادادی و غفار متدین اول ، چاپ سوم ، تهران ، مرکز نشر دانشگاهی 1374   .

4-     زمانیان . رحیم  خوردگی و روش های کنترل آن ، انتشارات دانشگاه تهران ، 1370 .

5-      شیخ زاده دوانی بیژن    خوردگی ، شرکت ملی گاز ایران ، 1371 .

6-      شیمی 3 ،  نظام جدید آموزش متوسطه ، وزارت آموزش پرورش ، سازمان پژوهش و برنامه ریزی آموزشی ، 1377 .

7-      ماتسون اینار ،  مبانی تکنولوژی خوردگی ،  ترجمه دکتر عسگر هوفر ، تهران : مرکز نشر دانشگاهی تهران ، چاپ اول 1375 .

مورتیمر . چارلز ،  شیمی عمومی جلد 2 ،  ترجمه علی پور حدادی ، احمد خواجه نصیر طوسی و...



[1] Fe2O3   ،  FeO

[2] PVC

[3] CORRISION

[4] Rusting

[5] EMF

[6] External Corrosion

[7] Crevice Corrosion

[8] Pitting Corrosion

[9] Uniform Attack

[10] Selecting Leaching

[11] Stress Corrision

[12] Erosion Corrosion

[13] Suction

[14] Fin fan

[15] Fating Corrosion

[16] Hydrogen Blistring

[17] Ring Worn Corrosion

[18] Horse Shoe Corrosion

[19] Fretting Corrosion

[20] Sulfate Reducing Bacteria(S.R.B)

[21] Internal Corrosion

[22] PIG

[23] SHE

[24] Stress Cell

[25] Heat Exchenger

[26] Depolarizition

[27] Sacrifical Anode

[28] Imperessed Current

[29] Back Fill

[30] Magnesium Anode

[31] Zinc Anode

[32] Magnetite Anode

[33] Aluminium Anode

[34] Ground Bed

[35] Back Fill

[36] Megeer

[37] Thikness Meter

[38] Holiday Detector

[39] Pipe Locator

[40] Pearson

[41] C.Scan

[42] Stray Current

[43] Inhibi Tors

[48] Stainless Stell

[49] Spray

[50] Primer

[51] Zinc Rich Primer

[52] Asbestos Felt

[53] Coal Tar

 

javascripts



google
بزرگترین سایت جاوا اسکریپت ایران
Clock And Date