مبارزه با دشمن فلزات

خوردگي پديده مخرب و هزينه آفريني است که همه ساله موجب هدر رفتن مبالغ هنگفتي از سرمايه کشورها مي شود.يکي از روشهاي محافظت از لوله هاي انتقال نفت و گاز استفاده از پوششهاي محافظتي است که مانعي را بين جسم و محيط اطراف ايجاد مي کند.
کاربرد برخي از مواد و روشها با وجود اين که سالياني طولاني نتايج رضايتبخشي را به همراه داشته اند، بعدها منسوخ شده اند يا حتي در ساليان اخير در حال منسوخ شدن هستند به طوري که استفاده از مواد جديدتر و روشهاي مناسب تر جايگزين آنها مي شود.
محققان پژوهشگاه صنعت نفت موفق به ساخت و توليد پوششهاي محافظتي جديدي شده اند که بسياري از مشکلات پيشين در اين زمينه را از ميان برمي دارد.

يکي از مباحث بسيار مهم علمي و فني و اقتصادي که کمتر از يکصد سال است توجه عده اي از دانشمندان و محققان را به خود جلب کرده و مطالعات بسيار زيادي روي آن انجام مي شود، موضوع خوردگي و بويژه خوردگي فلزات است. فناوري جديد با کاربرد مواد و مصالح صنعتي گوناگون از جمله فلزات و آلياژها، پلاستيک ها، سراميک ها، مواد مرکب و متراکم و چوب همراه بوده و بويژه مستلزم بررسي و توليد آلياژها و موادي است که در برابر خوردگي مقاومت لازم را داشته باشد.
همه محيطها تا حدودي خورنده هستند، مثلا هوا و رطوبت ، آبها، محيطهاي آلوده و صنعتي ، بخار آب ، گازها، حلالها و... برخي از محيطها و در شرايط خاصي خورنده تر از ديگري هستند. خوردگي عبارت است از انهدام و فساد يا تغيير و دگرگوني در خواص و مشخصات مواد به علت واکنش آنها با محيط اطراف.
به گفته مهندس عليرضا معيني دانش آموخته کارشناسي ارشد شيمي دانشگاه تهران و مجري اين طرح تحقيقاتي خطوط لوله فولادي ، ايمن ترين و اقتصادي ترين روش انتقال گاز، نفت ، آب و ديگر مايعات و سيالات در مقادير بالا هستند. از آنجا که فولاد در حضور اکسيژن هوا و رطوبت خورده مي شود، به سمت حالت طبيعي خود يعني زنگ آهن ميل مي کند. اگر خط لوله اي خورده شود ممکن است دچار نشت يا ترکيدگي و انفجار شود که نتايج مخاطره آميز و هزينه سنگيني را به همراه خواهد داشت.
خوردگي را مي توان با ايجاد يک سد يا مانع بين اکسيژن و رطوبت و قرباني آنها يعني فولاد، کنترل نموده و از آن ممانعت کرد. پوششها يکي از موثرترين موانع در مقابل خوردگي است.

خوردگي را مي توان با ايجاد يک سد يا مانع بين اکسيژن و رطوبت و قرباني آنها يعني فولاد کنترل نموده و از آن ممانعت کرد
کشور ما از يک سو به دليل پهناور بودن و وسعت بسيار زياد و از سوي ديگر به دليل منابع عظيم و سرشار نفت و گاز از شبکه وسيع خط لوله برخوردار است. حدود 14 هزار کيلومتر خطوط لوله انتقال نفت و 22 هزار کيلومتر خطوط انتقال گاز و طرحهاي آتي در اين زمينه ، ايران را به يکي از بزرگترين شبکه هاي خط لوله منطقه تبديل کرده است.
با توجه به هزينه هاي هنگفت لوله گذاري ، حفاظت اين لوله ها از اهميت بسيار زيادي برخوردار است ، زيرا در صورت خوردگي لوله ، هزينه هاي تعميرات و تعويض بسيار بالا بوده ، ضمن آن که دردسرها و هزينه هاي جانبي بسيار زيادي را نيز به دنبال خواهد داشت.

نسل جديد پوشش ها
به گفته معيني پوششهاي محافظتي از نظر جنس در سه گروه پوششهاي فلزي ، پوششهاي آلي و پوششهاي معدني قرار مي گيرند. پوششهاي آلي لايه هاي محافظ نازکي هستند که با ايجاد آنها روي قطعات موردنظر مي توان رابطه سطح را با محيط قطع کرد. اين مواد اغلب شامل رنگها، لاکها، لعابها، پلاستيک ها و پوششهاي قيري هستند. پوششهاي قيري چه از مشتقات نفتي باشند و چه از تقطير زغال سنگ ، به تنهايي و هم به صورت ترکيب آنها با ساير مواد مورد استفاده فراواني دارند، مخصوصا در مورد تاسيسات و خطوط لوله زيرزميني بايد دقت شودکه اين پوشش در تماس با مواد نفتي يا حلالهاي ديگر قرار نگيرد.
انواع مختلفي از پوششها براي حفاظت سطوح خارجي لوله هاي فلزي در دنيا مورد استفاده قرار مي گيرند. پوششهايي که عمدتا درکشور ما براي اين منظوربه کار گرفته مي شوند عبارتنداز پوششهاي قيري ، قطراني ، پلي اتيلن سه لايه و در سالهاي اخير پوششهاي قيري اصلاح شده با پليمر. در حال حاضر کاربرد پوشش پلي اتيلن سه لايه در کشور با مشکلاتي مواجه شده که پژوهش و بررسي ها جهت رفع نقاط ضعف آن در حال انجام است.
در مورد پوششهاي قيري مي توان گفت که خواص ذاتي قيرها سبب شده است از آنها به عنوان پوشش محافظ براي خطوط لوله استفاده مي شود. توانايي قيرها در تشکيل پيوندهاي چسبنده قوي ، با سطوح فلزي ، برجسته ترين خاصيت قيرها در اين کاربرد است. خنثي بودن قيرها از لحاظ شيميايي سبب طول عمر سرويس دهي آنها در محيطهاي مختلف شده و مقاومت آنها به جذب رطوبت و نيز مقاومت الکتريکي بالاي آنها موجب شده است تا پوشش هاي قيري به عنوان پوشش هايي که از عملکرد مناسبي برخوردار هستند، مورد توجه قرار گيرند.
در مورد پوشش هاي قطراني نيز بايد يادآور شد که در طول يکصد سال گذشته پوشش هاي قطراني بيش از هر پوشش ديگري در جهان در خطوط لوله به کار گرفته شده اند و هزاران هزار کيلومتر خط لوله از خواص حفاظت در برابر خوردگي اين پوشش بهره مند شده اند. با وجود آن که سيستم هاي پوششي جديدتر و جذاب تري توسعه يافته و ابداع شده اند، اما انامل قطراني همچنان به عنوان يکي از موثرترين سيستم هاي حفاظت از خوردگي باقي مانده و آزمايش هاي انجام شده درباره کاربرد آن نتايج موفقيت آميزي را به همراه داشته است.
گفتني است روش کاربرد هر دو نوع پوشش قيري و قطراني عمدتا از نوع کاربرد گرم بوده و از اجزايي شامل پرايمر، انامل و نوار تشکيل شده است.
انواع پوشش هاي قيري و قطراني از نوع گرم به همراه کليه اجزاي سيستم پوششي در پژوهشگاه صنعت نفت فرموله شده است. در اين سيستم براي اطمينان از چسبندگي قوي بين پوشش و فلز از يک پرايمر و براي افزايش دوام و پايداري سيستم از نوارهاي زيرين و رويي استفاده مي شود. اين نوارها باعث تقويت پوشش و افزايش مقاومت آن در مقابل نقش خاک و نفوذ اجسام تيز مي شود. دانش فني پوشش هاي قيري نيز به بخش خصوصي واگذار شده که براي نخستين بار در سطح کشور توليد شده و نياز کشور به اين ماده را تامين کرده و واردات آن قطع شده است.
به گفته معيني نظارت بر تعدادي از پروژه هاي پوشش لوله خطوط گاز و نفت ، همکاري در تدوين استانداردهاي پوشش لوله هاي شرکت ملي گاز ايران و وزارت نيرو، انجام کنترل کيفيت و آزمايش هاي استاندارد پوشش هاي مصرفي بويژه در وزارت نفت و سازمان هاي آب و بررسي علل جدايش بعضي از پوشش هاي مصرفي در حين سرويس دهي از ديگر فعاليت هاي پژوهشکده در اين حوزه است.

پوشش هاي محافظتي

به گفته معيني ، بازده عملکرد پوشش براي ايجاد حفاظت در مقابل خوردگي يکي از مهمترين فاکتورها در ارزيابي سيستم هاي پوششي است ، زيرا اولين علت استفاده از پوشش قطع ارتباط بين فولاد با محيط اطراف آن است.
درصورتي که اين ارتباط به طور کامل قطع شود ديگر هيچ گاه امکان وقوع پديده خوردگي وجود ندارد. بنابراين موضوع پوشش هاي محافظتي لوله از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. به همين دليل يکي از پروژه هاي مهم صنعت نفت به ساخت پوششهايي اختصاص يافته است که ازمقاومت مناسبي در برابر خوردگي برخوردار هستند.
استفاده از پوشش ، روکش يا لايه هاي محافظ براي ايجاد مانع و جدايي بين اجسام و محيط اطراف از زمانهاي بسيار قديم معمول و مرسوم بوده است.
به طور کلي موادي را که به عنوان پوشش حفاظتي به کار مي برند مي توان در سه گروه مواد بي اثر، موادکند کننده و مواد از بين رونده تقسيم بندي کرد. باتوجه به شرايط موجود و عوامل موثر ديگر از يک يا چند روش ادغام شده استفاده مي شود. عملا عاملي به عنوان پوشش کامل وجود ندارد و هيچکدام از انواع پوششها نمي توانند محافظت به مفهوم کامل را تامين کنند چرا که خواص مواد مشخص بوده و هيچ کدام از آنها داراي چنان ثبات و پايداري ذاتي نخواهند بود که بتوانند به طور دائم حملات را رفع نموده يا در برابر آنها مقاومت کنند.
بنابراين پوششهايي که مورد استفاده قرار مي گيرند درحقيقت عواملي هستند که حداکثر حفاظت و بازدهي مورد انتظار را داشته باشند و قابل دسترسي و کاربرد باشند. به طور کلي هر چه عمر موثر و بازدهي يک سيستم پوششي افزايش يابد، مخارج اجرا نيز افزايش خواهد يافت
با توجه به اهميت موضوع انجام مجموعه اي از پروژه هاي تحقيقاتي نيز به شرکتهاي مختلف تابعه وزارت نفت خصوصا شرکت ملي گاز ايران پيشنهاد شده که در صورت انجام مي تواند به حفظ سرمايه هاي ملي و افزايش بهره وري شبکه هاي خطوط لوله کمک کند. ازجمله مهمترين اين پروژه ها بررسي علل جدايش پوشش پلي اتيلن سه لايه است. اين پوشش که در مقادير بسيار بالا در خطوط لوله گاز و نفت مورد استفاده قرار گرفته و هنوز هم به کار برده مي شود، دچار پديده عدم چسبندگي و جدايش پوشش از سطح لوله شده است.
معيني در پايان براي خطوط لوله اي که پوشش آنها دچار پديده جدايش شده است و همچنين ايجاد اصلاحات در نحوه به کارگيري پوشش جهت پروژه هاي آتي که با مشکل عدم چسبندگي مواجه نشوند، تدوين و انجام اصلاحات روي استانداردهاي پوشش لوله مطابق با آخرين دستاوردهاي علمي روز و معرفي پوشش هاي جديد که از کارايي بالاتري برخوردار هستند را از مهمترين اقداماتي دانست که مي توان براي مبارزه با خوردگي يعني دشمن فلزات از آن استفاده کرد.

خوردگي به روايت تاريخ
وقوع طبيعي واکنش هاي مربوط به پديده خوردگي به زمانهاي بسيار دور برمي گردد ولي برخورد علمي و اصولي با اين پديده به مطالعات و تحقيقات بسيار ارزشمند دانشمند معروف ايتاليايي مايکل فاراده نسبت داده مي شود. اين دانشمند در سالهاي 1830 - 1840رابطه بين فعاليت هاي شيميايي و جريانات الکتريکي را ارائه کرد. او همچنين گزارش مي کند که رويين شدن آهن ناشي از تشکيل فيلم روي آن است.
او براي نخستين بار اعلام کرد که انحلال فلزات ماهيت الکتروشيميايي دارد. البته پيش از او همفري راوي دانشمند انگليسي به بررسي اصول خوردگي گالوانيکي پرداخت و نتايج آزمايش هاي خود درباره چگونگي حفاظت کاتدي بدنه کشتي ها با نصب آندهاي از بين رونده را در سال 1824 منتشر کرد. اقدامات اين دانشمند پايه هاي علمي و اجرايي حفاظت کاتدي را به وجود آورد و سبب توسعه و گسترش کاربرد آهن گالوانيزه شد.