جلوگیری از خوردگی کشتی و تأسیسات فراساحلی |
بی گمان یکی از هزینه های اساسی صنایع دریایی کشور که بخش اعظم آن در برآورد خسارت های وارد شده سالانه پنهان می ماند، خسارت ها و هزینه های خوردگی است. جلوگیری از خوردگی و هزینه های آشکار و پنهان آن با استفاده از روش های علمی و تخصصی موجب رشد و بالندگی زیادی در صنایع کشور می گردد.
بدنه کشتی گرچه با رنگ های مخصوص و مقاوم پوشانده شده اما تشکیل پیل های کوچک در محیط مناسب آب دریا می تواند به سرعت افزایش پیدا کند و با تولید جریان های زیاد در این محیط خورنده، باعث خوردگی شدیدی در بدنه شوند.
این معضل علاوه بر بدنه کشتی وتانکرهای داخل آن در تمام سازه های دریایی مثل اسکله ها , سکوهای نفتی و پتروشیمی و غیره نیز وجود دارد. هرچند در حال حاضر روش های غیرعلمی وغیر تخصصی ( به صورت سنتی) برای جلوگیری از خوردگی استفاده می شود، اما متأسفانه روش های پیشرفته با دانش امروز هنور مورد توجه جدی قرار نگرفته است.
این مقاله در نظر دارد مروری بر روش های نوین جلوگیری از خوردگی کشتی‌ها داشته باشد.
طراحی و نگهداری کشتی ها به دانش خوردگی و اطلاعاتی در زمینه مشخصات و طول عمر(عمر خستگی، کاربرد HTSHigh Thermal Stability) و عیب های وابسته به عمر تانکرهای تک و دو بدنه و امکان بازرسی راحت و ساده (دسترسی آسان برای بازرسی و تعمیر) و کیفیت ساخت و تجهیزات (کیفیت پرداخت، ) و بار مخزن (فضای خالی بالای آب مخزن) احتیاج دارد. فلزاتی که انرژی بالاتری در فرایند تولیدشان مصرف می کنند برای خوردگی مستعدتر هستند و پتانسیل الکتریکی پایینتری دارند. پتانسیل الکتریکی چند فلز در شکل زیر نشان داده شده است.
انواع خوردگی کشتی و تاسسیات فراساحلی و عوامل تأثیر گذار دو نوع خوردگی اتمسفری و مغروق (احاطه شده با آب دریا)در کشتی ها وجود دارد و سه عامل مهم لازم برای ایجاد این خوردگی ها آب و مواد محلول و آلاینده در آب(مانند نمک) و اکسیژن می باشند.
خوردگی در ابتدا طبیعتش الکتروشیمیایی می باشد و با واکنش شیمیایی همراه با عبور جریان الکتریسیته همراه است که برای وقوع این پدیده باید یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین سطوح مختلف لایه ها وجود داشته باشد.
فاکتورهای اصلی تأثیر گذار بر نرخ خوردگی:
نفوذ و انتشار:
فولاد برهنه بدون حفاظ تازه با نرخ بیشتری نسبت به فولاد پوشیده شده با لایه ای از زنگار، خورده می شود از آنجاییکه انتشار واکنش دهنده ها از سطح فلز خیلی راحت تر می باشد و نرخ خوردگی به سختی از طریق انتشار اکسیژن از آب به سطح فلزی کنترل می شود و سطوح پوشیده با یک لایه مرطوب، هادی و نازک مانند انچه که در مخازن بالاست اشغال شده است، سریعتر از سطوح مغروق خورده می شود و همچنین سطوح بالای مخازن بالاست و بالای کف دو جداره جایی که هوا به دام می افتد تمایل به خوردگی بیشتر، نسبت به سطوح کاملا مغروق دارد که اکسیژن قابل دسترس کمتری وجود دارد.
دما:
نرخ انتشار و پخش به دما بستگی دارد، طوری که فلزات در دماهای بالا نسبت به دماهای پایینتر، با نرخ خوردگی بیشتر خورده می شوند که به همین دلیل، سطوح زیر عرشه ها و مناطق متصل به موتورخانه یا بارهای داغ زودتر خورده می شوند؛ که البته در تانکرهای دو بدنه مدرن با مخازن بالاست کاملا تفکیک شده، مخازن خالی به عنوان یک عایق از دریا عمل می کنند و بار موجود در آنها گرما را به مدت بیشتری حفظ می کند طوری که سمتی که در مخازن بالاست بار وجود دارد سریعتر از مخازن تک بدنه خورده می شود.
هدایت:
برای وقوع پدیده خوردگی باید یک واسط هادی بین دو قسمت واکنش خوردگی وجود داشته باشد. خوردگی در آب تقطیر شده اتفاق نمی افتد و نرخ خوردگی همزمان با افزایش هدایت ناشی از وجود یونهای بیشتر در محلول، افزایش می یابد. نرخ خوردگی فولاد در صنایع دریایی و کشتی سازی به یک مقدار ماکزیمم نزدیک به ظرفیت یونی نرمال آب دریا می رسد.
نوع یون ها:
بعضی انواع یون های موجود در آب دریا یا در محموله بارها خورنده تر از انواع دیگر می باشند. یونهای کلراید و همچنین یون های شامل سولفات و سولفور معمولا مخربتر می باشند که مشکلات عمده ای را به وجود می‌آورند مثلا یون های کلراید خصوصیات حفاظتی هر زنگاری را با جلوگیری از تشکیل اکسیدهای یکدست متراکم محافظت کننده، تخریب می کنند و نیز یون های شامل سولفور در واکنش های تولید الکترون اضافی داخل خود زنگار وارد می شوند. سولفور می تواند از سیستم گاز خنثی و از بارهایی مثل نفت خام در مخازن کشتی های حمل این بار سرچشمه بگیرد.
فاکتور کنترل نرخ خوردگی:
pH در آب دریا با حدود pH 8، واکنشی که تجزیه (انحلال) آهن را متوازن می کند کاهش اکسیژن محلول برای تشکیل یونهای هیدرواکسید می باشد و اگر pH به صفر افت کند (مفهوما اسیدی شود)، یون های هیدروژن اضافی حاضر می توانند در واکنش کاتدی برای تولید هیدروژن درگیر شوند. هیدروژن و یون های هیدروژن خیلی سریع انتشار می یابند و باعث خوردگی سریعتر فولاد می شوند و اگر pH تا 14 بالا رود (مفهوما بازی شود) هیدروکسیل اضافی وجود دارد و خوردگی متوقف می شود ضمنا تاولهای2 بسیاری در مخازن بالاست پیدا می‌شود، مخصوصا در کف دو جداره، که به صورت افزاینده ای بازی هستند طوری که فولاد زیرآنها خیلی روشن و درخشان است.
پتانسیل:
هر فلز هنگامی که در مایع هادی غوطه ور می شود، یک پتانسیل الکتروشیمیایی خاص را دارد. این مفهوم نیمه پتانسیل نامیده می شود زیرا می تواند با مقایسه با مرجع شناخته شده دیگر اندازه گیری شود و این الکترودهای مرجع رایج، الکترود جیوه سفید اشباع شده(SCE، (کلراید نقره/نقره و سولفات مس/مس می باشد، البته پتانسیلی که یک فلز دارد می تواند با اتصال آن به فلز غیر مشابه دیگر(با استفاده از آند فداشونده) یا با اعمال یک پتانسیل خارجی(حفاظت کاتدی جریان غوطه ور شده) تغییر کند که همین مفهوم پایه ای برای روشهای بازدارنده از خوردگی می باشد.
خوردگی میکروبیولوژی:
بررسی بعضی انواع تانکرهای دو بدنه اولیه، خوردگی اضافی در کف مخزن های بار را نشان می دهد که در آنجا اغلب لجن سیاه رنگ با بوی سولفید هیدروژن پیدا می شود. این لجنها وجود سولفات کاهش دهنده باکتری4 را مشخص می کند.
این باکتری یک استانه فعالیت، بالای c35 دارد که به همین دلیل در تانکرهای تک بدنه آب دریا معمولا فولاد را تا زیر این دما خنک می کنند و به همین دلیل مشکل خاصی پدید نمی آید. این خوردگی معمولا به صورت حفره‌های موضعی دیده می شود که با یک فرآورده متشکل از ترکیبات آهنی پر می شود لذا طراحی مخزن ها باید طوری باشد که نباید فضایی برای انباشته شدن آب راکد و لجن وجود داشته باشد.
راه های نوین بازدارندگی از خوردگی با توجه به نکات مطرح شده نهایتا می توان دو روش را برای کنترل خوردگی در کشتی ها پیشنهاد داد:
بازدارنده ها بازدارنده های خوردگی در نواحی به کار برده می شوند که محلول الکترولیت از یک کمیت قابل کنترل و معلوم است. در کشتی ها این بازدارنده ها در تجهیزات (دیگ بخارها، مخازن و لوله ها استفاده می شود) دو نوع بازدارنده آندی و کاتدی وجود دارد که بازدارنده های آندی با مهاجرت به آند و واکنش برای تشکیل نمک هایی که به عنوان مانع محافظ عمل می کنند، کاربرد دارند، مثال هایی از این نمونه کرومات ها، نیتریت ها، فسفات ها و روغن های حل شدنی می باشند.
بازدارنده های کاتدی به کاتد مهاجرت می کنند و یا ازجذب اکسیژن یا تغییر شکل هیدروژن جلوگیری به عمل می‌آورند. مثالهایی از این نمونه ترکیبات نمکی از منزیم، روی، نیکل یا آرسنیک می باشد.
حفاظت کاتدی:
این روش را اولین بار میشادیل فارادی و هیومفری دیوی و همکارش برای محافظت کشتی ها در مقابل خوردگی در 1824 پیشنهاد دادند که ورق های محافظ فلزروی به بدنه های پوشش دار مسی شناورهای دریایی برای کاهش خوردگی مس اتصال پیدا کرده اند (اولین شناور محافظت شده در این راستا سامارانگ9 بود). اصل حفاظت کاتدی، تبدیل همه آندها به کاتد با پلاریزه کردن آن ها به پتانسیل الکتریکی یکسان به عنوان کاتد، می‌باشد. دو روش در این راستا وجود دارد که اولی آندهای فدا شونده و دومی کاربرد جریان الکتریکی خارجی می باشد.
آند فدا شونده:
در این روش ماده با پتانسیل پایین در تماس الکتریکی با سطح فلزی قرار می گیرد که باید محافظت شود سپس ماده با پتانسیل پایین آند می شود و خورده می شود، مواد رایج به کار برده شده منزیم، روی و آلومینیوم می‌باشند.
رنگ ها:
رنگ ها مخلوطی از مواد خام زیادی هستند که اجزای اصلی شامل موارد زیر می باشد:
دو مورد اول، پوسته رنگ خشک نهایی را شکل می دهند و حلال فقط برای ساده کردن کاربرد و تشکیل فیلم اولیه می باشد، این حلال، پوسته رنگ را از طریق تبخیر ترک می دهد و بنابراین می تواند یک فراورده زائد هزینه بر در نظر گرفته شود.
رنگ پایه ها رنگ پایه ها(یا رزین) پوسته های تشکیل دهنده اجزای رنگ می باشند که تعیین کننده ویژگی های پوشش، هم از لحاظ فیزیکی و هم شیمیایی می باشند. رنگ ها معمولا بعد از اجزای تشکیل دهنده رنگ پایه‌هایشان نامگذاری می شوند. (مثلا رنگ های اپوکسی، رنگ های مرکب از کلر رزین6، رنگ های آلکالید).
رنگ پایه ها به دو کلاس طبقه بندی می شوند:
قابل تغییر:
غیر قابل تغییر:
رنگ پایه های قابل تغییر در مرحله اول، حلال از پوسته با تبخیر برداشته می شود و خشکی پوسته با لمس کردن مشخص می شود و در مرحله دوم، پوسته به طور تدریجی از نظر شیمیایی با واکنش هایی پیچیده می‌شود:
رنگ پایه های غیر قابل تغییر:
در این رنگ پایه ها محلول های ساده از رزین ها یا پلیمرهای گوناگون در حلال های مناسب حل می شوند و خشک کردن با تبخیر حلال می باشد و تغییر شیمیایی وجود ندارد. انواع کلی از این رنگ پایه ها شامل رزین کلراید، وینیل، قیری و سلولوزی می باشد.
رنگدانه ها و رنگدانه یارها:
رنگدانه ها و رنگدانه یارها به شکل پودرهای ریز استفاده می شوند که به شکل رنگ پایه های با اندازه های ذرات گوناگون پراکنده می شوند.
اینمواد به انواع زیر تقسیم می شوند:
در رنگدانه های ضد خوردگی، این مواد با استفاده از ابزار شیمیایی و الکتروشیمیایی از خوردگی فلزات جلوگیری می کنند (بازدارنده شیمیایی). مثل سرب قرمز و روی و فسفات روی و کرومات روی. در رنگدانه های محافظ، این مواد قابلیت نفوذ در پوسته رنگ را با ایجاد مسیر نفوذ پیچاپیچ کاهش می دهند مثل آلومینیوم و اکسید اهن میکاسئوس.
در رنگدانه های رنگامیزی، این رنگدانه ها باعث رنگ دائمی می شوند، مثل دی اکسید تیتانیوم سفید رنگ و اکسید آهن، زرد، قرمز، سیاه رنگدانه.
یارها:
این مواد ویژگی های پوسته را بهبود می بخشند (مثلا سختی) این مواد مانند سیلیکا کریستالین و باوکسیت می باشد.
حلال ها:
حلال ها در رنگ ها اصولا برای ساده سازی کاربرد مورد استفاده قرار می گیرند و وظیفه آن ها حل کردن رنگ پایه ها و کاهش ویسکوزیته رنگ روی سطحی است که برای روش های گوناگون کاربرد، مناسب می باشد، یعنی بعد از کاربرد، حلال ها تبخیر می شوند و به همین دلیل آنها مواد اتلافی هزینه بری می باشند.
نکته قابل توجه در مورد انواع رنگهای گوناگون برای بخش های مغروق شده این است که همه انواع رنگ ها برای کاربرد در بخش های دائمی یا جزئی مغروق مناسب نمی باشند مثلا آلکیدها و البته بعضی انواع رنگ ها از دیگر رنگ ها برای مغروقیت دائمی یا جزئی بهتر می باشند.
نتیجه گیری عوامل مختلفی مانند نفوذ و دما و هدایت و نوع یون ها و …. در تسریع خوردگی کشتی موثر می‌باشد و در این راستا روش هایی مانند بازدارنده ها و حفاظت کاتدی (جریان مغروق شده و آند فدا شونده) و تأثیر پوشش ها پیشنهاد می شود که خود پوشش ها با انواع رنگدانه های مختلف می تواند مانع از نفوذ مواد لازم برای وقوع خوردگی روی فلز مورد نظر می شود و در آخر بهترین پوشش ها برای نقاط مختلف کشتی اعم از دک و مخازن بالاست و … پیشنهاد می شود.
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
