جلوگیری از خوردگی لوله های فولادی

دهمین دوره از پروژه های دانش‌آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پرشور شما دوستان و علاقه‌مندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه‌ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقه‌مند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: استفاده از روش حفاظت کاتدی برای جلوگیری از خوردگی لوله های فولادی تاسیسات ساختمان

نام ارائه‌دهنده/دهندگان: علی ناصری
زمینه و نوع پروژه: کامپیوتر - شیمی
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: سلام ایران زمین

خوردگی شیمیایی فلزات از جمله مشكلات اساسی و هزینه ساز صنایع بزرگ به خصوص صنعت نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاهی، آب و فاضلاب و … به شمار می رود. لوله های انتقال و توزیع سوخت و آب، اسکله ها، کشتی ها، كندانسورها، دکل های انتقال نیرو، مخازن ذخیره سوخت و دیگر سازه های مدفون (و یا غوطه ور) در یك الكترولیت متناسب با شرایط موجود و با توجه به ساختار متالورژیكی خود، خورده شده و بعد از مدتی، كار یك سیستم و پروسه فعال را مختل كرده و منجربه ضرر و زیان های غیر قابل پیش بینی می‌شوند.

مسئله این است که این روش فقط در پالایشگاه نفتی در لوله فولادی که برای جا به جایی نفت استفاده می شود کاربرد دارد. درحال حاضر برای عوض کردن آن هزینه های گزافی خرج می شود و انرژی های زیادی از بین می رود اما پوسیده می شود و از کار می افتد.

حفاظت کاتدی

حفاظت کاتدی به عنوان موثرترین روش حفاظتی به منظور جلوگیری از خوردگی سازه های مدفون در خاک شناخته شده است که به طور گسترده در حفاظت از خوردگی لوله های توزیع و انتقال گاز، مواد نفتی و آب مورد استفاده قرار می گیرد. حفاظت کاتدی عبارت است از جلو گیری یا کاهش سرعت خوردگی فلزات توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی (یکسو) و یا تماس آن با یک آند از بین رونده، روی سطح فلز مورد نظر که دارای مناطق کاتدی و آندی باشد (در مناطق آندی خوردگی صورت می گیرد). در این حال مناطق آندی تبدیل به کاتد شده و در نتیجه دستگاه یا شبکه مورد نظر کلاً کاتدی می شود. حفاظت کاتدی از مهم‌ترین و موثرترین طرق کنترل خوردگی می باشد، به طوریکه با اجرای این روش می توان فلزات را بدون اینکه خورده شوند به مدتی طولانی در محیط های خورنده نگهداری نمود.

مکانیزم حفاظت کاتدی مربوط به جریان خارجی است که در نتیجه آن عناصر کاتدی پیل های موضعی به پتانسیل مدار باز آندها پلاریزاسون می شوند، یعنی در این حالت تمام سطح فلز هم پتانسیل گشته (پتانسیل های آند و کاتد معادل هم می شوند) و جریان های خوردگی متوقف می گردند. همچنین می توان چنین بیان کرد که به علت ایجاد یک شدت جریان خارجی شبکه‌ای از جریان مثبت در کلیه مناطق سطح فلز وارد شده و بدین ترتیب از ورود یون های فلز به محلول یا محیط اطراف جلوگیری به عمل می آید. عملیات حفاظت کاتدی را می توان در مورد خوردگی فلزاتی از قبیل فولاد، مس، سرب، و برنج در زمین (خاک) و محلول های مختلف آبی به کار برد. به کمک حفاظت کاتدی می توان از خوردگیحفاظت کاتدی به عنوان موثرترین روش حفاظتی به منظور جلوگیری از خوردگی سازه های مدفون در خاک شناخته شده است که به طور گسترده در حفاظت از خوردگی لوله های توزیع و انتقال گاز، مواد نفتی و آب مورد استفاده قرار می گیرد. حفاظت کاتدی عبارت است از جلو گیری یا کاهش سرعت خوردگی فلزات توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی (یکسو) و یا تماس آن با یک آند از بین رونده، روی سطح فلز مورد نظر که دارای مناطق کاتدی و آندی باشد (در مناطق آندی خوردگی صورت می گیرد).

در این حال مناطق آندی تبدیل به کاتد شده و در نتیجه دستگاه یا شبکه مورد نظر کلاً کاتدی می شود. حفاظت کاتدی از مهم‌ترین و موثرترین طرق کنترل خوردگی می باشد، به طوریکه با اجرای این روش می توان فلزات را بدون اینکه خورده شوند به مدتی طولانی در محیط های خورنده نگهداری نمود. مکانیزم حفاظت کاتدی مربوط به جریان خارجی است که در نتیجه آن عناصر کاتدی پیل های موضعی به پتانسیل مدار باز آندها پلاریزاسون می شوند، یعنی در این حالت تمام سطح فلز هم پتانسیل گشته (پتانسیل های آند و کاتد معادل هم می شوند) و جریان های خوردگی متوقف می گردند. همچنین می توان چنین بیان کرد که به علت ایجاد یک شدت جریان خارجی شبکه‌ای از جریان مثبت در کلیه مناطق سطح فلز وارد شده و بدین ترتیب از ورود یون های فلز به محلول یا محیط اطراف جلوگیری به عمل می آید. عملیات حفاظت کاتدی را می توان در مورد خوردگی فلزاتی از قبیل فولاد، مس، سرب، و برنج در زمین (خاک) و محلول های مختلف آبی به کار برد. به کمک حفاظت کاتدی می توان از خوردگی حفره‌ای فلزات روئین از جمله فولادهای ضد زنگ جلوگیری نمود. حفره‌ای فلزات روئین از جمله فولادهای ضد زنگ جلوگیری نمود.

هدف اصلی این پروژه این است که بااستفاده از روش حفاظت کاتدی، از خوردگی لوله های فولادی جلوگیری کنیم. از جمله سایر اهداف فرعی این پروژه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• کاهش هزینه های محافظت و تعمیر لوله های موتورخانه
• افزایش بازدهی، عمر و دوام موتورخانه ها

 این مبحث باعث انجام تحقیقات وسیعی در این زمینه شده است تا روش های عملی مقابله با خوردگی شیمیایی فلزات به عرصه ظهور برسد. در خصوص پیشگیری از خوردگی لوله های مدفون، كف مخازن روزمینی و مخازن زیر زمینی نتیجه تحقیقات و آزمایشات انجام شده دو روش عمده زیر می باشد:
1) استفاده از انواع پوشش
2) استفاده از سیستم حفاظت كاتدیك

 

مهارت های کسب شده

آشنایی با شیوه انجام پژوهش
آشنایی با شیوه حفاظت کاتدی

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: مهدی رحمانی

تنظیم: نسرین صادقی