التآكل - الجزء الثاني

البيئات المحتملة للتآكل Corrosion:

تقسم البيئات الى 4 أقسام:

1. بيئة لا تسمح بالتآكل:

وذلك بغياب الماء المكمني Formation Water أو في الظروف التالية:

Water + VCO2 <50 μm/y + pH2S < 0.0035 bar

2. بيئة تحتوي على غاز CO₂ .

في الظروف التالية:

Water + VCO2 > 50 μm/y + pH2S < 0.0035 bar

3. بيئة تحتوي على H₂S .

Water + VCO2 < 50 μm/y + pH2S > 0.0035 bar

4. بيئة تحتوي على كل من CO₂ وH₂S .

Water + VCO2 > 50 μm/y + pH2S > 0.0035 bar

التآكل بسبب ثاني أوكسيد الكاربون CO2:

- أن غاز ثاني أوكسيد الكاربون هو من أكثر العوامل المسببة للتآكل في صناعة النفط والغاز الطبيعي.

- أنه السبب الرئيسي لتضرر معدات الأنتاج والنقل في الصناعة النفطية.

- أنه العامل الرئيسي الذي يُحدد أستخدام الفولاذ غير القابل للصدأ Stainless Steel .

كيفية السيطرة على التآكل الذي يسببه ثاني أوكسيد الكاربون:

- أستخدام الفولاذ غير القابل للصدأ Stainless Steel.
- أستخدام المواد المانعة للتآكل Corrosion Inhibitors.
- أستخدام التغليف أو التبطين الداخلي Internal Coating.
- السيطرة على الدالة الحامضية PH control.

أشكال التآكل الحامضي Sour Corrosion Forms:

- التفقّع Blistering.
- التصدّع المستحث بالهيدروجين Hydrogen Induced Cracking HIC.
- التصدّع التدريجي Stepwise Cracking SWC.
- التصدّع الكبريتي الأجهادي Sulphide Stress Cracking SSC

السبائك المقاومة للصدأ Corrosion Resistant Alloys:
- التصدّع الناشيء بسبب الكبريتات Sulphide Stress Cracking SSC.
- التصدّع الناشيء بسبب الأجهاد Stress Corrosion Cracking SCC.

حدوث التصدع الناتج بسبب الإجهاد SCC :

يشترط لحدوث هذا النوع من التآكل وجود العوامل التالية:

- وجود مادة فعالة.

- وجود بيئة معينة تساعد على التآكل.

- إجهاد شد Tensile Stress أعلى من الحد المسموح.

أن البيئة لوحدها لا تستطيع تسبب هذا النوع من التصدعات إلا بوجود التنقر أو الفوالق . وهناك نوعان من هذا التصدع:

1. الأنحلال الآنودي Ionic Dissolution الذي يحصل في طرف التشقق.

2. بسبب الهشاشة التي يسببها الهيدروجين.

ميكانيكية أجهاد SCC - الانحلال الآيوني:

أن العوامل التي تؤدي الى زيادة حساسية المادة في الأنحلال الآيوني هي:

- زيادة الحرارة.

- وجود أيونات الكبريت.

- وجود المواد المؤكسدة مثل الاوكسجين والكبريت الحر.

- التضرر في الغشاء وانخفاض الدالة الحامضية PH.

- زيادة الخواص الميكانيكية للمادة مثل الصلابة Hardness.

كيفية منع الأنحلال الآيوني والسيطرة عليه:

- تقليل الأجهاد الى الحد المقبول.

- إزالة العوامل البيئية المُسببة.

- تغيير السبيكة.

- نصب منظومات الحماية الكاثودية.

- إضافة مواد مانعة التآكل Corrosion Inhibitors .

- التغليف Coating.

كيفية منع هشاشة الهيدروجين والسيطرة عليها:

تقليل معدل التآكل من خلال تسخين المادة أو تغيير المادة واللحام بعناية.

الحماية من التآكل والسيطرة عليه Corrosion Prevention & Corrosion Control

تقنيات الحماية من التآكل:

- مراقبة البيئة.

- الأختيار الصحيح للمواد.

- أعتماد تقنيات مناسبة الحماية من التآكل.

- الصيانة الدورية.

- التصاميم المناسبة.

تقنيات مراقبة التآكل:

- مراقبة السمك بالنسبة للأنابيب والأوعية والخزانات.

- مراقبة التشققات والأستشعار بها Cracks Detector.

- مراقبة المقاومة الكهربائية Electrical Resistance.

إجراءات منع التآكل في مرحلة التصميم :

- اللحام بدلاً من وضع البراغي.

- مراعاة وضع منظومة تصريف للخزان Tank Drainage System، مع الأخذ بنظر الأعتبار كيفية تنظيفه وصيانته في المستقبل.

- سهولة أستبدال الأجزاء العاطلة وخاصة في منظومات الضخ Pumping Systems.

- تجنب الأنحناءات الحادة في ربوطات الأنابيب.

- أجراء الأختبارات اللازمة مثل الأختبار بالماء Hydrostatic Test.

- أجراء الصيانة الدورية.

- تجنب حدوث الأهتزازات في أنابيب المبادلات الحرارية Heat Exchanger pipes’ vibration.

أختيار المواد:

لعل من أهم الأمور أختيار المواد بالشكل الذي يتناسب مع المحيط والمواد المستعملة وكالآتي:

حامض النتريك : الفولاذ غير القابل للصدأ.

السوائل القلوية : النيكل - الفولاذ الكاربوني Carbon steel + الأيبوكسي Epoxy.

حامض الكبريتيك : النحاس المخفف - الفولاذ الكاربوني Carbon steel المركز.

الهواء الجوي: الألمنيوم - الفولاذ الكاربوني Carbon steel

الماء المغلي : الأمنيوم والصفيح.

المحلول المؤكسد (الحار): التيتانيوم Titanium.

المحيط الذي يسبب التآكل : التيتانيوم Titanium.

حماية سبيكة الكاربون ستيل من التآكل :

الهواء الجوي: التغليف Organic Coating أو استعمال الزنك.

الماء النقي : التغليف العضوي أو الرملي.

منظومات التبريد : مانع التآكل Corrosion Inhibitors .

الأنابيب داخل مياه البحر : الحماية الكاثودية Cathodic Protection أو التغليف.

الرمل : الحماية الكاثودية أو التغليف العضوي.

ماء المعالجة : مانع تكون الأغشية Filming Inhibitors .

المنصات البحرية offshore platform : الحماية الكاثودية.

ما هو التآكل

Corrosion

ما هو التآكل Corrosion:

هو عبارة عن تفاعل فيزياوي – كيمياوي مشترك بين المعدن والمحيط مما يؤدي الى حدوث تغييرات وتلف في المعدن.
وهو ظاهرة طبيعية ، يجب السيطرة عليها. وتتأثر بالعديد من العوامل وهي أمر يصعب التنبؤ به ولكن العوامل المؤدية اليها واضحة جداً كما أن آثاره عظيمة ومكلفة.

آثار التآكل:

1. آثار مباشرة : التصليح أو الأستبدال.
2. آثار غير مباشرة: خسارة المنتوج ، أو التأخر في الأنتاج.

أضرار التآكل:

1. الصيانة والتكاليف التشغيلية.
2. توقف المصنع أو الوحدة الصناعية.
3. خسارة المنتوج.
4. مشاكل السلامة.
5. تلوث المنتوج.

يمكن تجنب التآكل أو تأخيره بالخطوات التالية:

1. أستكشاف خطر التآكل في المراحل المبكرة وأيقاف تفاعلاته غير المرغوبة.
2. أختيار المعدن المناسب للبيئة المطلوبة.
3. توفير / تطوير التغليف مقاوم للصدأ Corrosion Resistant Coating.
4. تقليل قابلية التآكل التي يسببها المحيط من خلال المعالجة الكيمياوية مثل استخدام مادة مانع التآكل Corrosion Inhibitor.
5. وضع تصاميم وآليات تقلّل آثار التآكل الى أقصى حد ممكن.

الفرق بين التآكل Corrosion والتشقق Crack :

كيف تحدث عملية التآكل؟

يكون التآكل بالشكل التالي:

المعدن Iron + الأوكسجين Oxygen + الماء Water = حدوث التآكل

وكما نلاحظ فأن التآكل عبارة عن تفاعل ألكتروكيمياوي ، وهو مجموع لأربع عمليات جزئية. وهي:

1. تفاعل آنودي Anodic Reaction وكالآتي:
   Fe = Fe⁺² + 2e^-

2. تفاعل كاثودي Cathodic Reaction وكالآتي:
   O2 + 2H₂O + 4e = 4OH^-
   
   3. أنتقال الألكترونات الى المعدن.

4. تدفق التيار خلال الألكتروليت.

والمخطط التالي يبين الحماية الكاثودية:

معدل التآكل Corrosion Rate :

ويمكن تحديده بواسطة العملية الأبطأ في العمليات الربعة المذكورة أعلاه. ويمكن إهماله في حالة حدوث أحد الحالات التالية:

- إذا كانت العملية الآنودية بطيئة.

- إذا كانت العملية الكاثودية بطيئة لأن الأوكسجين يتشتت ببطء.

- إذا كانت الموصلية الكهربائية للألكتروليت واطئة.

أن الظروف المثالية لحدوث التآكل هي أن توازن العملية الكاثودية يجب أن يكون أعلى من توازن العملية الآنودية. وكالآتي:

E_eq,c > E_eq,a

ولغرض عدم حدوث التآكل يجب أن يكون توازن العملية الكاثودية اقل من توازن العملية الآنودية.

العملية الكاثودية Cathodic Process :

- تفاعل الأوكسجين :

O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH^-

- تفاعل الهيدروجين :

2H⁺ + 2e^- = H₂

- تقليل جزيئات الاوكسجين.

التآكل الحُفري Pitting Corrosion:

ينشأ هذا النوع من التآكل بسبب:
- وجود الكلوريدات.
- وجود جزيئات الأوكسجين.
- وجود البكتريا.

ولمنع هذا النوع من التآكل يجب أتخاذ الخطوات التالية:
1. إزالة الكلوريدات ومؤكسدات مثل الأوكسيجن المذاب من المحيط.
2. تجنب توقف الجريان (الركود) حيث أنه تساعد على تنقر الأنابيب.
3. أستعمل تصميماً مثالياً للتصريف Drainage.
4. تأكد من الأختيار المناسب للمادة، من حيث نوع السبيكة والمعاملة الحرارية.
5. أستخدام الأضافات Additives مثل مانع التآكل Corrosion Inhibitor الحاوية على SO4^2- و NO3^- لتقليل التنقّر.
6. أستخدام الحماية الكاثودية والحماية الآنودية.
7. أستخدام معالجة مناسبة للسطوح.

التآكل الصدعي (الفلقي) Crevice Corrosion :

يحدث هذا النوع في البراغي ، حلقات أو O-Ring ، حافات الأنابيب يمكن فهم هذا النوع من التآكل من خلال هذه الصور:

→