تحقیق مطالعه و بررسي دلايل خوردگي در خطوط لوله حمل نفت

چكيده :

نياز بررسي و تحقيق در زمينه خوردگي در خطوط لوله حمل نفت خام ما را بر اين داشت تا به بررسي كوتاه در اين زمينه بپردازيم ابتدا با مقدمه اي مختصر در مورد خطوط لوله و نقش آنها در چرخه تأمين سوخت مورد نياز .و حمل و نقل نفت و گاز و حجم عمليات انجام گرفته و توجيه اقتصادي بررسي هاي خوردگي و تحقيقات انجام گرفته در اين زمينه پرداختيم و سپس انواع خوردگي را مورد بررسي قرار داديم در يك فصل مجزا به بررسي انواع خوردگي در خطوط لوله پرداختيم.

در ادامه با بررسي انواع جنس هاي مورد استفاده در ساخت لوله هاي انتقال نفت خام و ترجمه قسمتي از استانداردها در اين زمينه اين پخش را تكميل نموديم. در پايان مورد عملي را كه در طي پروژه انجام داده شده بود. و يك مورد انهدام لوله نفت خام بود را آورديم كه مثال خوبي از يك مورد تحقيقي بود و روش و فرايند اين نوع تحقيقات را بيان مي كرد و تجربيات و اطلاعات خوبي در زمينه اين نوع پروژه ها را در بر دارد و مي توان در موارد مشابه از اين تجربيات استفاده كرد.

اين مورد يك حالت از خوردگي ميكروبي را نشان داد و ما با انجام مطالعات در اين زمينه روش هاي را براي پيشگيري ارائه نموديم.

مقدمه:

خوردگي را تخريب يا فاسد شدن يك ماده در اثر واكنش با محيطي كه در آن قرار دارد تعريف مي كنند.

خطوط لوله در سراسر جهان به عنوان حمل كننده هاي گازها و مايعات در ساخت هاي طولاني از منبع تا محل مصرف نهايي نقش بسيار مهمي را بازي مي كنند.

به طور عمومي اطلاعات در مورد شما و خطوط لوله كه به طور پيوسته در سرويس هستند. به عنوان بخش عمده اي از سيستم حمل و نقل بدين صورت است:

خطوط لوله در سرويس مدفون زير خاك به دور از ديد هستند به استثناء شهرها، ايستگاه هاي پمپاژ يا فشار و ترمينال ها.

در حال حاضر حدود Km 460000 خطوط لوله حمل معمولي در حدود 46% تمام نفت خام و محصولات پالايش را حمل و نقل مي كنند در ايالت متحده در 1984 بيش از Km ⁶ 10 × 106 خطوط لوله گاز طبيعي در سرويس وجود داشت. حدود 25% كل سوريس هاي بين ايالتي در حدود Km 280000 بودند كه حمل مي كردند مايعات را.

سوريس هاي بين ايالتي در ايالاتي متحده گسترش پيدا كرد براي ايجاد مايل هاي بيشتري از خطوط لوله در 1986 و Km 9800 از خطوط گاز طبيعي ساخته شده و Km 5740 براي خط لوله نفت خام و Km 2660 از خط لوله براي محصولات پالايش نيز ساخته شد.

با اين شبكه پهناور بدون تغيير خط لوله به كار رفته براي استفاده در حمل منابع طبيعي و محصولات نهايي به مكان هايي كه آنها مورد استفاده قرار مي گيرند. آشكار مي گردد كه نگهداري آنها در سرويس بوسيله جلوگيري از خوردگي تكنيكي است و بطور اقتصادي با فايده مي باشد.

كنترل خوردگي خطوط لوله در سراسر جهان انجام مي شود به دلايل زياد به وسيله استفاده از حفاظت كاتدي همراه با يك پوشش دي الكتريك مناسب. سيستم حفاظت كاتدي با استفاده از جريان محافظ در سطح بيروني لوله محلي كه در معرض خاك مجاور در ناپيوستگي هاي سيستم پوشش قرار دارد از لوله محافظت مي كند. سيستم پوشش به كار مي رود براي كاهش مقدار مجموعه زياد جريان محافظ مورد نياز در طول عمر عملياتي لوله.

مبحث كنترل خوردگي در فاز طراحي خط لوله بايد شروع شود و ادامه يابد همراه با راه اندازي و تمام عمر اقتصادي لوله.

اين نوشته به طور خلاصه انواع خوردگي ها و روش هاي جلوگيري را به طور عمومي ابتدا بررسي مي كند و سپس به طور اختصاصي خوردگي خط لوله حمل نفت و گاز را بررسي و در نهايت يك مورد عملي از پروژه هاي خوردگي لوله هاي نفت خام مورد بررسي قرار خواهد گرفت.

فصل اول:

انواع خوردگي

1-1- خوردگي يكنواخت:

معمول ترين متداول ترين نوع خوردگي است. معمولاً بوسيله يك واكنش شيميايي يا الكترو شيميايي به طور يكنواخت در سرتاسر سطحي كه در تماس با محلول خورنده قرار دارد، مشخص مي شود. فلز نازك و نازكتر شده و نهايتاً از بين مي رود يا تجهيزات مورد نظر منهدم مي شوند. مثلاً يك قطعه فولاد يا روي در داخل يك محلول رقيق اسيد سولفوريك معمولاً با سرعت يكساني در تمام نقاط قطعه خورده خواهد شد.

خوردگي يكنواخت يا سرتاسري ، از نظر نتاژ مقدار فلز خورده شده بالاترين رقم را دارد، لكن اين نوع خوردگي از نقطه نظر فني اهميت چنداني ندارد، زيرا عمر تجهيزاتي كه تحت اين نوع خنوردگي قرار مي گيرد را دقيقاًمي توان با آزمايشات ساده اي تخمين زد. براي اين منظور، تنها قرار دادن نمونه هاي آزمايش در داخل محلول مورد نظر غالباً كافي است. خوردگي يكنواخت را بطرق زير ميتوان متوقف نمود يا كم كرد:

(1) انتخاب مواد پوشش صحيح، (2) بوسيله ممانعت كننده، و يا (3) با استفاده از حفاظت كاتدي. روش هاي مبارزه با اين نوع خوردگي را كه مي توان بتنهايي با يكديگر بكار برد.

2-1- خوردگي گالوانيكي يا دو فلزي:

موقعي كه دو فلز غير همجنس كه در تماس الكتريكي با يكديگر هستد، در معرض يك محلول خورنده يا هادي قرار بگيرند، اختلاف پتانسيل بين ان دو باعث برقراري جريان الكترون بين انها مي شود.

نسبت به موقعي كه اين دو فلز در تماس الكتريكي با يكديگر نباشند، خوردگي فلزي كه مقاومت خوردگي كمتري دارد، افزايش يافته و بر عكس، خوردگي فلز مقاومتر، تقليل مي يابد. فلزي كه مقاومت خوردگي كمتري دارد اندي شده و فلز مقاومتر (از نظر خوردگي) كاتدي مي شود. معمولاً كاتد يا فلز كاتد در اين نوع خوردگي يا اصلاً خورده نمي شود و يا اگر خورده شود، مقدار خوردگي آن خيلي كم خواهد بود. بعلت وجود جريان هاي الكتريكي بين فلزات غير هم جنس اين نوع خوردگي، خوردگي گالوانيكي ناميده مي شود. اين دو نوع خوردگي، خوردگي الكتروشيميايي بوده، لكن براي سهولت تشخيص، اصطلاح گالوانيكي يا دو فلزي را در اين مورد بكار مي بريم.

نيروي محركه براي برقراري جريان و در نتيجه خوردگي، پتانسيلي است كه بين اين دو فلز وجود دارد. باطري خشك كه بطور شماتيكي در شكل 2-1 نشان داده شده است مثلاً خوبي در اين مورد است. الكترود كربني بعنوان يك فلز مقاوم خوردگي – كاتد- عمل نموده و جداره آن كه از فلز روي ساخته شده بعنوان آند عمل مي كند و خورده مي شود. خمير بين الكترودها هادي الكتريسيته است (و خورنده) و جريان الكتريكي را در داخل باطري هدايت مي كند. از منيزيم نيز مي توان بعنوان فلز آند يا جداره باطري استفاده نمود.

شكل 2-1- مقطع يك باطري خشك

1-2-1- نيروي الكتروموتوري (EME) و سري گالوانيكي

بطور خلاص، پتانسيل بين فلز در تماس با محلول حاوي تقريباً يك اتم گرم يون فلز مربوطه (اكتيويته واحد)، در يك درجه حرارت قابت بدقت اندازه گيري مي شود. جدول 1-1 كه غالباً جدول نيرو الكتروموتوري يا جدول emf ناميده مي شود، طرز قرار گرفتن فلزات مختلف را نسبت به يكديگر نشان مي دهد. براي سادگي كليه پتانسيل ها را نسبت به يك الكترود مرجع (H₂/H⁺) كه بطور دلخواه صفر فرض شده مي سنجند. پتانسيل بين فلزات مختلف را با گرفتن پتانسيل بين الكترودهاي رورسيبل مس و نقره 462% ولت است. اختلاف بين مس و روي 1/1 ولت است. براي آلياژهايي كه از دو يا چند جزء فعالي تشكيل شده اند، بدست آوردن پتانسيل رورسيبل عملي نيست، لذا در جدول 2-1 فقط فلزات خالص وجود دارند.

در مسائل عملي خوردگي، تماس گالوانيكي بين فلزات در حال تعادل با يون هاي خود بندرت اتفاق مي افتد. همانطور كه در بالا ملاحظه شد قسمت اعظم اثرات خوردگي گالوانيكي در اثر ارتباط الكتريكي با يكديگر نيز در حال خورده شدن هستند. همچنين چون اكثر مواد مهندسي را آلياژها تشكيل مي دهند، بنابراين اتصال گالوانيكي معمولاً مشتمل بر يك (يا دو) آلياژ فلزي مي باشد. اين شرايط جدول گالوانيكي، جدول 2-1 پيش بيني دقيق تري از روابط گالوانيكي مي كند تا جدول emf، جدول 2-1 بر اساس اندازه گيري هاي پتانسيل و آزمايشات خوردگي گالوانيكي در آب درياي آلوده نشده مي باشد كه بوسيله شركت بين المللي نيكل انجام شده است. بخاطر اختلاف بين آزمايشات مختلف، تنها موقعيت نسبي فلزات در اين جدول مشخص شده است نه پتانسيل آنها. در حالت ايده آل، جداول مشابهي براي فلزات و آلياژها در تمام محيط ها در درجه حرارت هاي مختلف مورد نياز خواهد بود، لكن در اين صورت تقريباً بي نهايت آزمايش بايستي انجام شود.

بطور كلي موقعيت فلزات و آلياژها در جدول گالوانيكي به نحو مناسبي با موقعيت فلزات تشكيل دهنده

جدول 2-1 نيروي الكتروموتوري استاندارد فلزات

آنها در جدول emf تطابق دارد. غير فعال شدن (روئين شدن) بر رفتار خوردگي گالوانيكي اثر مي گذارد. توجه كنيد در جدول 2-1 فولاد زنگ نزن در حالت غير فعال در موقعيت نجيب تري قرار دارد مسبت به موقعي كه اين آلياژها در حالت فعال قرار دارند. رفتار مشابهي بوسيله اينكونل كه يك نيكل زنگ نزن است مشاهده مي شود.

يك ويژگي جالب توجه ديگر جداول گالوانيكي كروشه هايي است كه در جدول 2-1 نشان داده شده است. آلياژهايي كه در اين كروشه ها جمع شده اند، تا اندازه اي از نظر تركيب مشابه هستند، مثلاً، مس و آلياژهاي مس. كروشه ها نشان مي دهند كه در اثر