بررسی مقاومت به خوردگی در لوله های فولادی مورد استفاده در ساخت تجهیزات از قبیل خطوط لوله[1]، لوله های درون چاهی[2]، تجهیزات سرچاهی[3] در مجموعه مخازن گازی ترش و همچنین انتخاب آلیاژ مقاوم به خوردگی ازاهمیت بالایی برخوردار است .

باتوجه به اینکه فرایند شناسایی و انتخاب مواد در صنایع نفت و گاز عمدتا بر اساس تجربیات موجود در این صنعت، استاندارهای مرجع و یا ارائه خدمات مهندسی مشاوره توسط شرکتهای طراحی خارجی در ایران انجام می گیرد، در این پروژه با جمع آوری اطلاعات مرجع و بررسی محدودیتهای خوردگی، نسبت به تهیه و ارائه نرم افزار انتخاب مواد اقدام نموده و سپس با انجام آزمایشهای مرتبط امکان بکارگیری آلیاژ پیشنهادی توسط نرم افزار فوق الذکر جهت بکارگیری درشرایط سیال میدان گازی ترش بررسی می گردد.

تئوری و مروری بر تحقیقات گذشته

 2-1- تقسیم بندی انواع خوردگی و مکانیزمها

 درشرایط کلی ده حالت مکانیزم خوردگی وجود دارد که با توجه به نوع تجهیزات و شرایط محیطی یک و یا ترکیبی از چند مکانیزم هم زمان پدید می آید [1,2].

2-1-1- خوردگی عمومی

خوردگی یکنواخت معمولترین نوع خوردگی است. معمولا بوسیله یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بطور یکنواخت در سر تا سر سطحی که در تماس با عامل خورنده قراردارد، مشخص می شود ] 4 [.

خوردگی یکنواخت را به طرق زیر می توان متوقف و یا کم نمود:

الف- انتخاب مواد و پوشش صحیح

ب- استفاده از ممانعت کننده ها

ج- استفاده از حفاظت کاتدی وآندی

شیمی محیط خورنده از نظر درصد یونها، وجود ناخالصیهای معدنی یا آلی بر روی خوردگی یکنواخت تاثیر دارند. بعنوان مثال درسیستم Fe-H2O عامل سختی آب بر خوردگی فولاد تاثیر بسزایی می گذارد. کار پلاستیکی بر روی خوردگی یکنواخت تاثیر می گذارد.

2-1-2- خوردگی موضعی

 انواع مختلف خوردگی موضعی عبارتند از: خوردگی حفره ای ، خوردگی شیاری و خوردگی رشته ای، که در زیر به توضیح آنها می پرداریم [2].

2-1-2-1- خوردگی حفره ای

 

 

 

حفره دار شدن یکی از مخرب ترین انواع خوردگی می باشد و در اثر سوراخ شدن تجهیزات یا قطعات فلزی، باعث بلا استفاده شدن آنها می شود، در حالی که تقلیل وزن حاصل از این نوع خوردگی ناچیز است. این نوع خوردگی دو پیامد مهم را به همراه دارد [2]:

الف– سبب کاهش ضخامت، ایجاد حفره وتغیرشکل ظاهری سطح می شود.

ب- حفره های تشکیل شده غالبا مخروطی شکل اند و ایجاد تمرکز تنش می نمایند.

منشاء پیدایش حفره ها عدیده است که از آن جمله می توان خراشهای سطحی، نابجائیهای برآمده، تغییرات محیطی و یا رسوبات سطحی را-که سبب متفاوت شدن سرعت انحلال فلز می شوند- نام بردکه غالبا بر روی لایه فیلم محافظ و یا پوشش سطحی و یا سطح فلز ایجاد می شوند. اگر خوردگی حفره ای در سطح وسیعی از فلز گسترده شده باشد معمولاحفره ها از عمق کمتری برخوردار می باشند که آنها را کم عمق و اگر حمله درسطح کوچکی از فلز تمرکز یافته باشد، حفره ها عمیقتر شده به آنها عمیق  می گویند. حفره ها پیلهای آندی هستند که توسط زمینه کاتدی محاصره شده اند. خوردگی حفره ای پس از طی مرحله پیدایش  طبق یک فرایند اتوماتیک یا اتوکاتالیتیک و خودپیش برنده رشد می کند. این مطلب در شکل (2-1) نشان داده شده است.

شکل2-1 . شماتیک پیدایش خوردگی حفره ای [2].

در اینجا فلزM  بوسیله محلول نمک طعام اکسیژن دار در معرض حفره دارشدن قرار می گیرد. در حالیکه انحلال سریع فلز در داخل حفره واقع شده، احیاء اکسیژن روی سطح مجاور انجام می شود. این واکنش خوردگی “خود پیش رونده” و “خود تکثیر” می باشد. انحلال سریع فلز در داخل حفره باعث ایجاد بار مثبت اضافی در این ناحیه می شودکه در نتیجه برای برقراری تعادل الکتریکی یونهای کلر به داخل حفره مهاجرت می کنند. بدین ترتیب در داخل حفره غلظت بالایی از MCl ایجاد می شود و در نتیجه هیدرولیز، غلظت بالایی از  Hبوجود می آید. چون قابلیت انحلال اکسیژن در محلولهای غلیظ تقریبا صفر است، هیچ گونه احیاء اکسیژن در داخل حفره صورت نمی گیرد و واکنش کاتدی احیاء اکسیژن روی سطح خارجی مجاور حفره باعث حفاظت آن سطح در مقابل خوردگی می شود. به عبارتی حفره ها بقیه سطح فلز را حفاظت کاتدی می کنند و عمق حفره ها زیادترمی شود [2].

جدول 2- 1. اثر عناصر آلیاژی بر مقاومت در برابر حفره دار شدن آلیاژهای فولاد زنگ نزن [4,5,6,7].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنصر	مقاومت دربرابرحفره دارشدن
کروم	افزایش می دهد
نیکل	افزایش می دهد
مولیبدن	افزایش می دهد
سیلسیم	کم می کند ،بامولیبدن افزایش می دهد
تیتانیم	درکلرورفریک کم می کند،دربقیه مواردبی اثراست
گوگرد	کم می کند
کربن	کم می کند
نیتروژن	افزایش می دهد
مس	کاهش می دهد ولی رشد حفره راکاهش می دهد
قلع	افزایش می دهدولی رشد حفره راافزایش می دهد
منگنز	کاهش می دهد

اکثر حفره دار شدنها به همراه هالوژنها می باشد. در این رابطه کلروها، برومورها و هیپوکلریت ها متداول ترین و رایج ترین می باشند که اکثر انهدامهای ناشی ازحفره دارشدن در اثر کلروها و یونهای حاوی کلر می باشند. هالوژنیدهای مس، آهن، جیوه شدیدا خورنده می باشند و برای ایجاد خوردگی، کلرورمس و آهن نیازی به وجود اکسیژن ندارند. افزایش سرعت انتقال سیال معمولا احتمال حفره دارشدن را کم ترمی نماید. افزودن %2 مولیبدنیوم به فولاد زنگ نزن 8-18 مقاومت این آلیاژ را در برابر خوردگی حفره ای افزایش می دهد [5].

2-1-2-2- خوردگی شیاری[14]

این نوع خوردگی در مدخل ها ،گوشه ها وکناره ها اتفاق می افتد و مکانیزمی شبیه به خوردگی یکنواخت داشته با این تفاوت که پلاریزاسیون غلظتی بیشترین سهم انجام این نوع خوردگی را به خود اختصاص می دهد. این خوردگی درقالب دو مکانیزم شناخته شده است [2]:

الف) خوردگی ناشی از غلظت اکسیژن

نقاطی که دارای اکسیژن کمتری هستند بصورت آند عمل نموده و نقاطی که از اکسیژن بیشتری برخوردار باشند بعنوان کاتد باقی می مانند.

ب) خوردگی ناشی از تفاوت در غلظت یون فلزی

اختلاف بین پتانسیل بین منطقه درون و برون شیار ناشی از اختلاف غلظت یون فلزی می باشد که بعنوان عامل اصلی خوردگی محسوب می شود و مکانیزم آن به شرح زیراست [4]:

اکسیداسیون آندی   M———- M2+ + 2e

     :احیاء کاتدی O2 + 2H2O + 4e ——— 4OH–

با افزایش خوردگی در داخل شیار، سرعت احیاء اکسیژن در سطوح مجاور نیز افزایش می یابد. بدین ترتیب سطوح مجاور شیار به طریق کاتدی حفاظت می شوند. این نوع خوردگی در اکثر محیطها اتفاق می افتد اگر چه در محیطهایی که حاوی کلرور می باشند بسیار شدیدتر است [4].

خوردگی شیاری باعث ایجاد تمرکز تنش خواهد شد که می تواند موجبات خوردگی تنشی و یا خوردگی خستگی را فراهم کند. فلزاتی که برای حفاظت از خود از لایه های اکسیدی یا لایه های غیرفعال استفاده می نمایند در مقابل خوردگیهای موضعی و از آن جمله خوردگی شیاری مقاومت کمی نشان می دهند (این لایه ها بوسیله غلظتهای بالای کلرورهیدروژن از بین می روند).

تاثیر پارامترهای هندسی و الکتروشیمیایی بر مقاومت در برابر خوردگی شیاری در جدول 2-2 ارائه شده اند.

جدول 2-2. تاثیر پارامترهای هندسی و الکتروشیمیایی بر مقاومت در برابر خوردگی شیاری [4].

 

 

 

 

 

 

افزایش پارامتر	مقاومت خوردگی شیاری
دانسیته جریان بحرانی آندی(ic)	کاهش یابد
پهنای دهانه شیار(W)	کاهش یابد
پتانسیل غیرفعال شدن(Ep)	کاهش یابد
پتانسل فعال(Ea)	کاهش یابد
مقاومت مخصوص محلول(P)	کاهش یابد

بررسی جدول (2-2) نشان می دهدکه بهترین مقاومت در برابرخوردگی شیاری در مورد یک فلز فعال – غیرفعال با شرایط زیر بدست می آید:

• منطقه انتقال فعال به غیر فعال باریک
• دانسیته جریان بحرانی کوچک
• منطقه غیر فعال وسیع

استرایکر [4] شاخصی برای خوردگی شیاری(CCI) [17] ارائه نمود که درانتخاب مواد کاربرد زیادی دارد که بصورت حاصل ضرب جهت لبه هایی که در معرض خوردگی قرار می گیرند (S) و ماکزیمم عمق خوردگی (D) می باشد، یعنی : CCI = S x D

2-1-2-3- خوردگی رشته ای[18]    

خوردگی رشته ای یک نوع خاص از خوردگی شیاری است که باعث تضعیف یا از بین رفتن قطعه نمی شود بلکه تنها به ظاهر جسم صدمه می زند و عموما در صنایع  نفت از اهمیت بالایی برخوردار نیست [3].