مقدمه:

خوردگي تأسيسات صنعتي يكي از زمينه‌هايي است كه مورد توجه خاص دانش‌پژوهان قرار دارد. در گزارش حاضر سعي شده كه اطلاعاتي در مورد روشها، تجربيات دستگاهها و لوازم مورد نياز همراه با تئوريهاي اصول خوردگي چگونگي آزمايشها، اندازه‌گيريها، ذكر شود.

ابتدا بهتر است كه مفهوم نسبتاً صريحي از خوردگي داشته باشيم تا بتوانيم با روشي بيشتري در مرد طرق مبارزه با آن بحث نمائيم ، خوردگي تعاريف مختلفي دارد. اين تعاريف هر كدام در مواردي صحت دارند و هر كدام فقط گوشه‌اي از مطلب را بيان مي‌كند ما براي هدفي كه در پيش داريم، در مورد يك لولة مدفون شده در خاك، خوردگي را يك پديدة الكتروشيميايي تعريف كرده و وجود اكسيژن را براي ادامة خوردگي ضروري محسوب مي‌نماييم. با قبول اين مزيت به بيان شرايطي مي‌پردازيم كه با واقع شدن آنها يك سل خوردگي مي‌تواند فعاليت داشته باشد:

1- يك كاتد و يك آند بايد وجود داشته باشد.

2- بين آند و كاتد اختلاف پتانسيل برقرار باشد.

3- يك رابط فلزي بين آند و كاتد وجود داشته باشد.

4- آند و كاتد در يك الكتروليت هادي باشند ، بدين معني كه مقداري از مولكولهاي آب به صورت يون درآمده باشد،

حال براي يك لولة مدفون شده، كاتد كه خود لوله است و آند بيشتر سيليكون آيرن (silicon Iron) استفاده مي‌شود. (شرط 1). براي برقراري اختلاف پتانسيل بين آند و كاتد از قوانين و يكسوكننده استفاده مي‌شود. (شرط 1 (شرط 2) براي رابط فلزي خود لوله به صورت رابط فلزي عمل مي‌كند و شرط چهارم با توجه به رطوبت خاك فراهم مي‌شود.

اختلاف پتانسيل موجود بين آند و كاتد باعث بوجود آمدن جريان الكتروني از طرف آند به كاتد در مدار فلزي بين آند و كاتد خواهد گرديد. در آند فلز با از دست دادن الكترون، توليد يون آهن با بار مثبت خواهد كرد كه با OH موجود در آن حوالي توليد هيدروكسيد دو ظرفيتي آهن به فرمول خواهد كرد. كه با يك مرحله اكسيد شدن به صورت زنگ آهن در خواهد آمد.

در ناحية كاتدي تعداد الكترون اضافي از طرف آند تأمين شده است، اين الكترونها با يونهاي مثبت هيدروژن محيط، توليد گاز مي‌كنند كه به صورت لايه در اطراف كاتد در خواهد آمد و به قشر پلاريزاسيون موسوم است، با اين تبديل هيدروژن اتمي به هيدروژن گازي مقداري يون اضافي در ناحيه كاتدي بوجود خواهد آمد كه سبب افزايش خاصيت بازي ناحية كاتدي مي‌شود.

چند نكته:

1- جهت جريان الكتريسيته (خلاف جهت حركت الكترونها) در مدار فلزي از كاتد به آند خواهد بود.

2- جهت جريان در داخل الكتروليت از آند به كاتد خواهد بود.

3- خوردگي فلز در آند يعني قطبي كه جريان از آن به طرف الكتروليت خارج مي‌شود اتفاق مي‌افتد.

4- فلزي كه جريان از محيط اطراف دريافت مي‌كند خورده نمي‌شود.

مقدار كاهش وزن فلز با شدت جريان خوردگي متناسب خواهد بود. يك آمپر جريان مستقيم كه از فولاد به طرف خاك خارج مي‌شود، مي‌تواند سالانه حدود بيست پوند فولاد را بخورد. البته در مسائل مربوط به خوردگي خط لوله به ندرت با شدت جريان‌هاي بالا روبرو خواهيم شد و معمولاً شدت جريانها در حدود چند ميلي آمپر خواهند بود. ولي بايد توجه كرد كه حتي يك ميلي آمپر در طول سال اگر فقط از هفت نقطه لوله خارج شود، مي‌تواند باعث ايجاد هفت عدد سوراخ به قطر اينچ روي يك لولة دو اينچي با ضخامت استاندارد گردد. البته اين نكته كه تعداد نقاط خروج جريان به چند نقطه محدود نگردد، بسيار حائز اهميت است و بهتر آن است كه جريان در سطح بيشتري توزيع شود تا آنكه قدرت نفوذي آن در لوله كاهش يابد.

تأثير مقاومت در شدت جريان خوردگي:

مقاومت ظاهري مدار شامل دو قسمت خواهد بود: مقاومت اهلي اجزاء مدار و مقاومت ناشي از لاية پلاريزاسيون در كاتد. هر چه مقاومت كمتر باشد، شدت جريان بيشتر بوده و در نتيجه كاهش وزن زيادتري حاصل خواهد. مقاومت الكتروليت عبارت خواهد بود از مقاومت الكتريكي خاك يا آب كه مي‌تواند بشدت متغير باشد. براي يك الكتروليت با مقاومت الكتريكي معين سطح آند و كاتد فاكتور مهمي خواهد بود. هر چه اين سطح كوچكتر باشد، مقاومت زيادي در مدار ايجاد مي‌شود. بعضي مواقع محصولات خوردگي نيز مي‌تواند مقاومت قابل ملاحظه‌اي در مدار ايجاد كنند ولي اين مقاومت در مورد فولاد چندان نخواهد بود.

لاية پلاريزاسيون در كنترل مقدار جريان خوردگي نقش اسامي دارد به طوري كه اين لايه به صورت يك لاية‌ عايق عمل كرده و ممكن است افت ولتاژ در اين لايه با اختلاف پتانسيل بين آند و كاتد برابر گشته و جريان خوردگي را به سمت صفر سوق دهد.

از گفته‌هاي بالا مي‌توان به اين نكته پي برد كه اين لاية پلاريزاسيون مي‌تواند بخوبي از خورده شدن لوله جلوگيري نمايد اما اغلب مواردي وجود دارند كه سبب از بين رفتن اين لايه مي‌شوند مانند لوله اي كه در درون آب قرار داشته باشد كه در اين مورد جريان آب سبب از بين رفتن اين لاية هيدروژني مي‌گردد. يا مي‌توانند عامل شيميايي باشد همانند حضور اكسيژن در الكتروليت كه با هيدروژن تركيب شده سبب از بين رفتن لاية پلاريزاسيون مي‌گردد و با همچنين در خاكهاي ميكروبي ، باكتريهاي بخصوصي مي‌توانند باشند كه سبب از رفتن اين لايه گردند.

حال در اينجا سؤالي مطرح مي شود كه نقاط آندي و كاتدي در يك لولة زيرزميني چگونه بوجود مي‌آيند. شرايطي وجود دارد كه به تشكيل نقاط آندي و كاتدي منجر مي‌شوند كه با آگاهي يافتن از اين شرايط مي‌توان در مرحلة طراحي و نصب اين لوله‌ها اقداماتي را انجام داد كه منجر به خنثي كردن اين شرايط و نگهداري بيشتر لوله شود.

هر فلزي كه داخل الكتروليتي قرار دارد، پتانسيلي نسبت به آن الكتروليت پيدا خواهد كرد كه با الكترود مرجع به سادگي مي‌توان اختلاف پتانسيل را مورد محاسبه قرار داد.

در عمل ما بيشتر از الكترود مرجع مس- سولفات مس استفاده مي‌كنيم، كه در جدول زير پتانسيل بعضي از فلزات در خاك خنثي يا آب در مقايسه با الكترود و مرجع مس- سولفات مس آورده شده كه در اين جدول از بالا به پايين بر خاصيت كاتدي فلزات افزوده مي‌شود.

در بعضي مواقع ممكن است خوردگي در اثر تغيير در تركيب شيميايي خاك رخ دهد چون در عمل در بعضي موارد ممكن است كه تركيب شيميايي خاك از نقطه‌اي به نقطة‌ ديگر تغيير كند كه اين علل نيز سبب خوردگي خواهد شد. چرا كه اختلاف پتانسيل پين دو قسمت لوله واقع در اين دو محيط مختلف حاصل شده و سبب تشكيل يك پيل مي‌شود. كه در اين حالت قسمتي از لوله كاتد و قسمت ديگري از همان لوله آند خواهد شد كه آند خورده شده و عمر كوتاه‌تري خواهد داشت. يك نوع پيل ديگر ممكن است در اثر تفاوت غلظت هواي موجود در اطراف لوله بوجود آيد كه اين نوع خوردگي در گروه مهمترين پيلها و خوردگي‌ها قرار داشته باشد. بعنوان مثال براي اين مورد مي‌توان لوله‌اي را ذكر كرد كه قسمتي از آن در خاك و قسمت ديگران از زير يك جادة آسفالت عبور كرده باشد كه در اين صورت نواحي از لوله كه از زير جادة ‌آسفالت عبور كرده باشد كه در اين صورت نواحي از لوله كه در زير جادة آسفالت قرار دارد، نفوذ اكسيژن به محيط اطراف لوله مشكل تر است لذا بين اين منطقه از لوله و مناطق دورتر يك پيل غلظتي هوايي تشكيل مي‌شود و منجر به خوردگي شديد لولة زير ناحية‌ آسفالت مي‌گردد. همچنين است در مورد لوله‌اي كه از زير نهري عبور كرده باشد كه در آن صورت درباره قسمت از لوله كه در زير نهر قرار دارد آندي شده و خوردگي بيشتري خواهد داشت.

يك نوع ديگري از خوردگي زماني مي‌تواند اتفاق افتد كه يك لولة فولادي كهنه با قسمت جديدي تعويض شود. در اين صورت پتانسيل دو لوله نسبت به هم متفاوت خواهد شد، (به علت وجود محصولات خوردگي بر روي نقاط لولة‌ كهنه)، در نتيجه يك پيل خوردگي تشكيل شده و منطقة لولة جديد نسبت به لولة كهنه و قديمي خوردگي بيشتري خواهد داشت و زودتر از لولة‌قديمي سوراخ مي‌گردد. به همين علت بايد دقت شود تا در حين عمليات كندن زمين ، نوك ابزار به لوله برخورد نكند، زيرا اگر اين برخورد اتفاق افتد، سبب خراشيده شدن لوله شده و در نتيجه سطح تازة‌ فولاد را در تماس با هوا و سطح قديمي لوله قرار مي‌دهد و سبب خوردگي شديد سطح خراشيده شده و سوراخ شدن آن قسمت خواهد شد.

همچنين است در مورد پوسته‌هاي اكسيدي ناشي از نورد لوله‌هاي فولادي كه هر گاه يك لولة فولادي به همراه پوسته‌هاي اكسيدي حاصله از عمليات فورد در خاك دفن شود نقاط مربوط به پوسته هاي اكسيدي كاتد و نقاط فولاد بدون پوسته آند خواهند شد و در نقاط لوله كه عاري از پوسته‌هاي اكسيدي هستند خورندگي شديدي اتفاق خواهد افتاد .

همان‌طور كه قبلاً نيز اشاره شده نسبت سطوح آندي و كاتدي در تعيين ميزان خوردگي بسيار مؤثر است. اگر سطح قسمت آندي ما نسبت به قسمت كاتدي كم باشد شدت جريان خروجي در واحد سطح از آند زياد بوده و باعث خوردگي شديد آند شده و چون شدت جريان دريافت شده توسط كاتد كه داراي سطح بزرگي است، كم است، عمل پلاريزاسيون خيلي به كندي صورت مي‌گيرد و نتيجتاً پيل خوردگي به صورت فعال ادامه خواهد داشت. در حاليكه در شرايطي كه سطح آند بزرگ است شدت جريان خروجي آن در واحد سطح كم بوده و سرعت خوردگي نسبتاً كم خواهد بود و چون سطح كاتد كوچك است ، شدت جريان دريافتي آن زياد بوده و بزودي پلاريزه شده و باعث كم شدن شدت جريان خوردگي مي‌شود.

حال با توجه به نكاتي كه در قبل ذكر شد و همچنين با شناخت عواملي كه منجر به خوردگي يك لوله مي‌شوند مي‌توان روشهاي مقابله را تعيين نمود. كه روشهاي اصلي مقابله با خوردگي لوله عبارتند از:

1- استفاده از پوششها

2- حفاظت كاتدي

از پوشش انتظار مي‌رود كه به صورت يك قشر پيوسته و عايق الكتريكي سطح لوله را پوشانيده و نتيجتاً مقاومت زيادي در مدار خوردگي ايجاد نمايد به طوري كه شدت جريان خوردگي كاهش داده شود.

سيستم حفاظت كاتدي هم به طور ساده عبارتست از اعمال يك جريان مستقيم از يك منبع خارجي كه در جهت مخالف خروج جريان از نواحي آندي عمل مي‌كند. با اعمال اين جريان تمام ساختمان فلزي از محيط اطراف جريان دريافت كرده و به يك كاتد بزرگ تبديل خواهد شد.

كه حال به توضيح اين روشها پرداخته مي‌شود:

پوششها:

اين تصور منطقي است كه با پوشش كردن لوله مي‌توان از خوردگي آن جلوگيري كرد ولي اين نوع حفاظت وقتي كامل مي‌شود كه :

1- پوشش مصرفي عايق الكتريكي خوبي باشد.

2- در هنگام پوشش كردن بدون پاره شدن بتواند روي لوله اعمال شده و با مرور زمان نيز مقاوم و پا بر جا باشد.

3- در هنگام نصب، محلي بدون پوشش روي لوله باقي نماند.

اما حقيقت اين است كه ما هيچگاه پوشش بدون عيب نخواهيم داشت و ايرادهايي كه پوششها مي‌توانند داشته باشند به طور مختصر عبارتند از:

1- در رفتن قسمتي از لوله از زير ماشين پوشش دهنده.

2- ترك خوردن پوشش ناشي از نشتهاي حرارتي يا مكانيكي بيش از تحمل

3- خراش ناشي از حمل و نقل لولة پوشش داده شده.

4- نفوذ سنگهاي تيز در هنگام پر كردن كانال لوله.

5- تأثير حلالهاي موجود در محيط لوله كه از نشتيها و غيره بوجود آمده‌اند.

6- نفوذ ريشه‌هاي گياهي موجود در خاك در اطراف لوله.

7- تأثير بعضي از باكتريهاي موجود در خاك

يك مثال كه اهميت سالم بودن پوشش را نشان مي‌دهد: يك لولة پوشش داده شده داراي خراشي در پوشش خود در منطقه‌اي كه از زير يك نهر عبور مي‌كند مي‌‌باشد. در اين نقطه سطح عاري از پوشش لوله به يك آند كوچك و بقية لوله به يك كاتد بزرگ تبديل خواهد شد، كه در نتيجة آن خوردگي شديد مي‌تواند در آن نقطة اتفاق افتاده و منجر به سوراخ شدن لوله شود، حتي زودتر از موعدي كه لوله اصلاً پوشش نداشت. البته اين مثال نبايد به اين صورت تلقي شود كه گذاشتن لولة بدون پوشش در زمين بهتر از لولة‌ پوشش شده است زيرا كه جريان كل خوردگي در صورت وجود پوشش كاهش پيدا خواهد كرد و از مقدار خوردگي به مراتب كاسته خواهد شد و بدين ترتيب فقط نقاط محدودي باقي خواهند ماند كه بايد از آنها حفاظت نمود و همين بهترين تأئيد و توجيه براي اعمال حفاظت كاتدي مي‌باشد. پس بهترين حالت عبارتست از بهترين پوشش توام با حفاظت كاتدي كه به عنوان مهمترين و اساسي‌ترين دفاع در برابر خوردگي استفاده مي‌گردد. در انتخاب پوشش بايد دقت كافي به عمل آيد كه هر گاه مقاومت الكتريكي پوشش در بدو امر خوب بوده و با مرور زمان از مقاومت آن كاسته شود ممكن است سيستم حفاظت اوليه اگر چه قبلاً كافي بود، ديگر جوابگو نباشد و اعمال حفاظت كاتدي مجدد مستلزم هزينه بوده و هدف اصلي را كه اعمال اقتصادي‌ترين سيستم حفاظتي است، از بين خواهد برد.

اعمال پوشش:

روشهاي مناسب براي اعمال پوشش حائز اهميت است چرا كه ممكن است يك پوشش خوب و مرغوب در نتيجة نصب نامناسب داراي خواص مطلوب نشده و مشكلات زيادي را براي نگهداري لوله پديد آورد. به همين دليل به طور مختصر به شرح روشهاي استاندارد اعمال پوشش مي‌پردازيم:

1- سطح لوله خوب تميز شود، روغن، چربي و گريس موجود در سطح لوله با حلالهاي مناسبي پاك شده و سپس مورد سندبلاست قرار گيرد.