روش‌های پوشش و حفاظت در برابر خوردگی برای لوله‌های کربن استیل
لوله‌های کربن استیل به‑دلیل استحکام، قیمت مناسب و قابلیت شکل‌پذیری، در صنایع انتقال آب، نفت، گاز، ساخت‌وساز و پتروشیمی بسیار رایج هستند. بخش عمده‌ای از این لوله‌ها از آهن با درصدی کربن (معمولاً ۰٫۰۴ تا ۲٫۱ درصد) ساخته شده‌اند. با وجود این مزایا، وجود آهن باعث می‌شود که در محیط‌های مرطوب، اسیدی یا حاوی کلرید، به سادگی واکنش الکتروشیمیایی و خوردگی اتفاق بیفتد. نویسندگان در مقاله «عوامل خوردگی و راهکارهای پیشگیری» خاطرنشان می‌کنند که تماس با رطوبت، اکسیژن و عوامل شیمیایی مثل دی‌اکسیدکربن یا اسیدهای معدنی، بیشترین اثر را بر فرسایش لوله‌های کربن استیل دارد . بنابراین، استفاده از پوشش‌ها و روش‌های حفاظت مناسب باعث افزایش طول عمر، حفظ ایمنی و کاهش هزینه‌های تعمیر و توقف تولید خواهد شد.
عوامل و انواع خوردگی در لوله‌های کربن استیل
پیش از انتخاب روش حفاظت، شناخت عوامل خوردگی اهمیت دارد. خوردگی می‌تواند یونفرم یا یکنواخت باشد که سطح فلز به طور یکسان تخریب می‌شود؛ گالوانیکی که در حضور آب یا الکترولیت، کربن استیل در مجاورت فلزات دیگر مثل مس یا فولاد ضد زنگ نقش آند را پیدا می‌کند و سریع‌تر خورده می‌شود؛ پیتینگ (حفره‌ای) و درز خوردگی که حفرات موضعی ایجاد می‌کنند؛ و خوردگی میکروبی که توسط باکتری‌ها و قارچ‌ها تشدید می‌شود . این انواع خوردگی در محیط‌های دریایی، خاک، خطوط لوله مدفون و خطوط انتقال مواد شیمیایی دیده می‌شود و برای هر یک باید استراتژی مناسبی انتخاب شود.
پوشش‌های بیرونی و داخلی در لوله‌های کربن استیل
رنگ و پوشش‌های اپوکسی
یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای حفاظت لوله‌های کربن استیل، رنگ‌آمیزی و استفاده از پوشش‌های اپوکسی یا پلی‌اورتان است. این پوشش‌ها به‑عنوان سد فیزیکی بین سطح فلز و محیط عمل می‌کنند و از تماس رطوبت و اکسیژن با آهن جلوگیری می‌کنند. بولتن شرکت Piping Technology تأکید می‌کند که نقاشی با رنگ‌های مدرن وقتی ظاهر و انتخاب رنگ اهمیت دارد، می‌تواند گزینه مناسبی باشد . این شرکت همچنین اشاره می‌کند که رنگ تنها محافظتی از نوع «مانع» ایجاد می‌کند و در صورت ایجاد خط یا خراش، امکان نفوذ رطوبت و رشد زنگ‌زدگی از نقطه آسیب دیده وجود دارد . بنابراین سطح لوله باید با سندبلاست یا تمیزکاری مکانیکی تا درجه SA2.5 تمیز شود و سپس آستر اپوکسی با ضخامت کافی اجرا گردد. انتخاب رنگ اپوکسی یا پلی‌اورتان باید متناسب با شرایط محیطی (آب، خاک، مواد شیمیایی) باشد.
پوشش‌های FBE و ۳PE
پوشش‌های اپوکسی چسبیده به صورت حرارتی (FBE یا Fusion‑Bonded Epoxy) با حرارت دادن پودر اپوکسی روی سطح گرم لوله ایجاد می‌شوند و لایه‌ای چسبیده و کاملاً نفوذناپذیر تشکیل می‌دهند. در تکنولوژی ۳‑لایه پلی‌اتیلن (۳PE) که برای خطوط انتقال گاز و نفت به‌خصوص در خاک محبوب است، سه لایه پشت‌سرهم قرار می‌گیرد: اول، لایه اپوکسی چسبیده با ضخامت بیش از ۱۰۰ میکرون؛ دوم لایه چسب پلی‌اتیلن به ضخامت ۱۷۰ تا ۲۵۰ میکرون؛ و سوم، لایه پلی‌اتیلن بیرونی که علاوه بر مقاومت در برابر رطوبت، مقاومت الکتریکی و مکانیکی بالایی دارد . این پوشش به‌دلیل ترکیب اپوکسی و پلی‌اتیلن مزایای بسیاری دارد: طول عمر بیش از ۵۰ سال، مقاومت بالا در برابر گازهای طبیعی و مواد شیمیایی موجود در خاک، قابلیت انعطاف و خم شدن بدون ترک، تحمل ضربه در دمای -۶۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس و مقاومت سایشی حدود چهار برابر پوشش‌های معمولی . همچنین سطح صاف ۳PE باعث کاهش افت فشار و صرفه‌جویی در انرژی می‌شود و پلی‌اتیلن ماده‌ای قابل بازیافت و غیرسمی است . با این حال، هزینه اولیه نسبتاً بالایی دارد و کنترل کیفیت اجرای لایه‌های مختلف اهمیت زیادی دارد.
پوشش‌های داخلی (لینینگ)
لینینگ داخلی به معنای پوشاندن دیواره داخلی لوله با مواد مقاوم در برابر مواد شیمیایی است. در مقاله شرکت Union Steel، این روش با استفاده از مواد پایدار مانند پلاستیک‌های فلورینه و پلی‌استر معرفی شده است و برای انتقال مایعات خورنده مثل اسید و قلیا مناسب است . قیمت بالای مواد و محدود بودن کاربرد به خطوط خاص از معایب لینینگ است. در بعضی خطوط انتقال سیمان یا دوغاب، ملات اپوکسی که ترکیبی از رزین اپوکسی و شن کوارتز است، به‌عنوان پوشش داخلی استفاده می‌شود و ضمن ایجاد مقاومت در برابر خوردگی، ویژگی‌های ضدآب و مقاومت در برابر رطوبت دارد . ضخامت و چسبندگی این ملات باید به‌دقت کنترل شود.
پوشش عایقی و کامپوزیتی
پوشش‌های عایقی بیرونی شامل پلی‌اورتان یا سیلیکات هستند که به‌صورت لایه عایق روی سطح لوله قرار می‌گیرند و از آسیب ناشی از محیط خارجی جلوگیری می‌کنند. این روش برای لوله‌های انتقال آب، گاز و نفت مناسب است، اما در صورت ضربه یا سایش، آسیب‌پذیر است . نوعی دیگر از پوشش، مواد ترکیبی شبیه تیتانیوم است که از رزین، گرافیت و سرامیک تشکیل می‌شود و مقاومت بالایی در برابر خوردگی و دمای بالا دارد. این روش برای خطوط با دمای و فشار بالا مناسب است ولی هزینه بالا و پیچیدگی اجرا دارد .
گالوانیزاسیون و پوشش‌های روی
یکی از موثرترین روش‌های حفاظت لوله‌های کربن استیل، گالوانیزه کردن یا پوشش‌دهی با روی است. بولتن Piping Technology توضیح می‌دهد که روی به دلیل پتانسیل الکترودی پایین‌تر، به‌عنوان آند فداشونده عمل می‌کند؛ یعنی هنگام تماس با فولاد کربنی، روی الکترون از دست می‌دهد و خورده می‌شود و فولاد سالم می‌ماند . پوشش ساده روی صرفاً به‌صورت سد عمل می‌کند، اما گالوانیزاسیون گرم مزایای بیشتری دارد؛ زیرا در فرآیند غوطه‌وری در حمام مذاب، روی و آهن واکنش داده و لایه‌های متعدد با ترکیب‌های مختلف Zn‑Fe ایجاد می‌شود. این لایه‌ها شامل لایه‌های اتا (۱۰۰٪ Zn)، زتا (۹۴٪ Zn، ۶٪ Fe)، دلتا (۹۰٪ Zn، ۱۰٪ Fe) و گاما (۷۵٪ Zn، ۲۵٪ Fe) است که هر کدام سختی و مقاومت مکانیکی متفاوتی دارند . این ساختار به‌دلیل سختی بالا، مقاومت در برابر خراش و ضربه را افزایش می‌دهد و همزمان خاصیت آندی روی حفظ می‌شود.
دوام پوشش روی به شرایط محیطی بستگی دارد؛ در محیط‌های با pH بین ۴ تا ۱۳ خوردگی روی به‌صورت نسبی کند است . گاهی برای افزایش دوام و زیبایی، سیستم دوگانه (Duplex System) یعنی رنگ‌آمیزی روی سطح گالوانیزه استفاده می‌شود. مطالعه‌ای از انجمن گالوانیزه آمریکا نشان می‌دهد که عمر مفید سیستم دوگانه تقریباً ۱٫۵ برابر عمر گالوانیزه تنها به‌علاوه عمر رنگ به‌تنهایی است . این افزایش عمر به‌دلیل ترکیب حفاظت مانعی رنگ و حفاظت فداشونده روی است.
حفاظت کاتدی
حفاظت کاتدی یک روش الکتروشیمیایی است که با اعمال جریان مستقیم، پتانسیل الکترودی لوله را کاهش می‌دهد تا تمام سطح آن رفتار کاتدی داشته باشد. مقاله Lined Pipe Systems اشاره می‌کند که این روش با قرار دادن آندهای فداشونده از جنس آلومینیوم، منیزیم یا روی در الکترولیت و ایجاد مدار کامل جریان، باعث می‌شود الکترون‌ها از آند به لوله منتقل شده و نقاط فعال به نقاط منفعل تبدیل شوند . این روش برای خطوط مدفون یا زیرآبی بسیار مؤثر است، ولی نیازمند طراحی دقیق، انتخاب آند مناسب و پایش دوره‌ای جریان و پتانسیل الکتریکی است. نسخه ساده‌تر آن سیستم آند فداشونده است که در آن آندهایی از فلز با پتانسیل پایین‌تر (مثل منیزیم یا روی) به لوله متصل شده و تا هنگام مصرف شدن آند، لوله محافظت می‌شود .
مهارکننده‌های خوردگی و نگهداری
گاهی بهترین روش کاهش خوردگی اضافه کردن مهارکننده‌ها یا بایوسایدها به سیال داخل لوله است. این مواد، روی سطح فلز فیلم نازکی تشکیل می‌دهند و از تماس عامل خورنده با سطح جلوگیری می‌کنند. مقاله Lined Pipe Systems پیشنهاد می‌کند که برای مقابله با خوردگی میکروبی، باید خطوط لوله به‌صورت دوره‌ای تمیز شوند (مانند عملیات پیگینگ در خطوط انتقال) و از مهارکننده‌ها یا مواد ضد باکتری استفاده شود . مقاله Uniasen نیز اشاره می‌کند که افزودن مواد شیمیایی به سیال می‌تواند فیلم محافظ ایجاد کند و به‌خصوص در خطوط نفت و آب خوردگی را کاهش دهد . مهارکننده‌ها باید متناسب با نوع سیال و دما انتخاب شوند و اغلب شامل ترکیبات آلی مثل فسفات‌ها، آمین‌ها، مشتقات نفتی و ترکیبات کرومات می‌شود.
طراحی و نگهداری پیشگیرانه
انتخاب نوع فولاد و طراحی مناسب نیز نقش مهمی در کنترل خوردگی دارد. استفاده از فولاد کربنی با ناخالصی کم و اجرای استانداردهای بین‌المللی (مانند ASTM A106/A53، ISO 3183 و NACE SP0169) توصیه می‌شود . همچنین باید از تجهیزات حمایتی مانند پایپ‌شو، رینگ‌های ضدسایش، U‑بولت‌ها و عایق‌های میانی استفاده کرد تا لرزش و اصطکاک در نقاط اتصال کاهش یابد . جدا کردن لوله از سایر فلزات با استفاده از پدهای عایق یا جداساز، از ایجاد پیل‌های گالوانیک جلوگیری می‌کند .
برای محیط‌های بسیار خورنده، روپوش‌های نواری یا اسلیو (پیچاندن لوله با نوارهای ضدخوردگی، فایبرگلاس یا رزین) می‌توانند سد فیزیکی مناسبی تشکیل دهند . علاوه‌براین، کنترل محیطی مانند خشک نگه‌داشتن محل، تخلیه آب‌های جمع شده و جلوگیری از تماس با مواد اسیدی یا آب شور توصیه می‌شود .
جمع‌بندی و توصیه‌ها
خوردگی تهدیدی جدی برای لوله‌های کربن استیل است و بسته به محیط و نوع سیال، ممکن است انواع مختلفی از خوردگی ایجاد شود. برای مقابله با آن، مجموعه‌ای از روش‌های پوششی و حفاظتی وجود دارد و ترکیب مناسب این روش‌ها می‌تواند طول عمر لوله را از چند سال به چند دهه افزایش دهد. پوشش‌های رنگی و اپوکسی یک سد اولیه ایجاد می‌کنند اما در صورت خراش به‌سرعت آسیب‌پذیر می‌شوند . گالوانیزاسیون با استفاده از پوشش روی و ایجاد لایه‌های آلیاژی چندگانه، هم محافظت مکانیکی و هم محافظت کاتدی را فراهم می‌کند و با رنگ‌آمیزی همراه می‌شود تا عمر آن بیشتر شود . پوشش‌های پیشرفته FBE و ۳PE به‌دلیل ساختار چندلایه و پیوسته، عملکرد بسیار خوبی در خطوط نفت و گاز دارند و می‌توانند عمر خطوط را به بیش از ۵۰ سال برسانند . حفاظت کاتدی و مهارکننده‌های خوردگی، روش‌های تکمیلی هستند که به‌ویژه در خطوط مدفون یا انتقال سیالات خورنده استفاده می‌شوند . در نهایت، نگهداری منظم، تمیزکاری، پایش ضخامت و استفاده از استانداردهای مناسب همواره باید در کنار روش‌های پوششی به‌کار رود تا سرمایه‌گذاری در لوله‌های کربن استیل به بهترین شکل محافظت شود.
جهت استعلام قیمت با نگاه کمپانی در تماس باشید.
