پایداری لوله فولاد رنگین کمان: مقاومت برابر خوردگی در نیروگاه‌های پردازش شیمیایی

چالش‌های خوردگی در محیط‌های پردازش شیمیایی

ریسک‌های معرض قرار گرفتن به مواد شیمیایی تهاجمی

لوله‌های فولادی زنگ‌نزن که در فرآیندهای شیمیایی استفاده می‌شوند، هنگام قرار گرفتن در معرض مواد خورنده مانند اسیدها و آلکالی‌ها با مشکلات جدی خوردگی مواجه می‌شوند. آنچه اتفاق می‌افتد این است که این مواد شیمیایی به سطح فلز حمله کرده و لایه اکسید محافظ که معمولاً از خوردگی جلوگیری می‌کند را از بین می‌برند. بر اساس تحقیقات منتشر شده در مجله بین‌المللی علم الکتروشیمی، حدود 70 درصد از کاربردهای صنعت شیمیایی دچار شکست خوردگی به یک شکل یا دیگر می‌شوند. این آمار به خوبی اهمیت انتخاب موادی را که در برابر حمله شیمیایی مقاومت می‌کنند برجسته می‌کند. اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک بدترین عوامل خورنده در این دسته هستند. برای واحدهایی که با این اسیدها سروکار دارند، استفاده از فولاد زنگ‌نزن گرید 316L منطقی است زیرا خاصیت مقاومتی بسیار بهتری ارائه می‌دهد. دانستن دقیق اینکه چه مواد شیمیایی در فرآیند استفاده خواهند شد تنها یک روش خوب نیست، بلکه ضروری است تا بتوان نوع مناسب فولاد زنگ‌نزن را انتخاب کرد که تحت فشار شیمیایی عملکرد خوبی داشته باشد.

فاکتورهای تنش دما و فشار

دمای بالا و فشار در حین فرآیند شیمیایی به مرور زمان تأثیر زیادی روی لوله‌های فولادی برجسته می‌گذارد. شرایط تنش‌زا اغلب فرآیند خوردگی را تسریع می‌کنند و در نهایت منجر به خرابی لوله‌ها می‌شوند. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که حتی تغییرات کوچک در دما می‌توانند سرعت خوردگی را تا نیمی افزایش دهند، بنابراین انتخاب موادی که بتوانند در برابر این شرایط سخت مقاومت کنند، ضروری می‌شود. به عنوان یک مثال واقعی از سوابق ASME، موردی را مستند کرده‌اند که مهندسان نوع اشتباهی از فولاد زنگ‌نزن را برای کاربرد خود انتخاب کرده بودند. نتیجه چیست؟ شکست کامل لوله‌ها در معرض تنش حرارتی، که منجر به از دست دادن چندین روز تولید در آن واحد شد. به همین دلیل، اگر می‌خواهیم عملیات خود را بدون وقفه‌های غیرمنتظره ادامه دهیم، انتخاب درجه‌های خاصی از فولاد زنگ‌نزن که به‌طور خاص برای مقاومت در برابر شرایط شدید حرارتی و فشاری طراحی شده‌اند، بسیار پرداخته می‌شود.

مکانیسم‌های استحکام لوله فولاد راستنی

حفاظت لایه اکسید کروم

فولاد زنگ‌نزن به خودی خود لایه‌ای از اکسید کرومیوم دارد که به‌صورت طبیعی روی سطح آن تشکیل می‌شود و از آن در برابر خوردگی محافظت می‌کند. وقتی فولاد زنگ‌نزن معمولی با هوا در تماس قرار می‌گیرد، کروم موجود در فلز شروع به واکنش دادن می‌کند و این لایه ی حفاظتی میکروسکوپی را ایجاد می‌کند. خاصیت منحصربه‌فرد این لایه این است که از عبور موادی مانند بخار آب و مواد شیمیایی خورنده به لایه‌های زیرین فولاد جلوگیری می‌کند. تحقیقات نشان داده‌اند که این لایه‌ها در برخی شرایط بهتر از سایرین عمل می‌کنند، اما همچنان در کارخانه‌ها و واحدهای فرآوری که فلزات معمولاً به سرعت تخریب می‌شوند، عملکرد بسیار خوبی دارند. برای هر کسی که با محصولات فولادی کار می‌کند، تشخیص اینکه آیا این لایه ی حفاظتی وجود دارد یا خیر، می‌تواند تفاوت بزرگی بین دوام تجهیزات در دهه‌ها یا نیاز به تعویض آنها پس از چند سال به دلیل زنگ‌زدگی ایجاد کند.

نقش مولیبدن در مقاومت علیه خوردگی نقطه‌ای

افزودن مولیبدن به فولاد زنگ‌نزن به‌طور واقعی توانایی آن در مقاومت در برابر انواع خوردگی مانند خوردگی گودکی و خوردگی شکافی را افزایش می‌دهد، به‌ویژه در معرض شرایط سخت. وقتی تولیدکنندگان این فلز را به آلیاژهای فولاد زنگ‌نزن خود اضافه می‌کنند، موادی را تولید می‌کنند که دوام بیشتری دارند، چرا که از شروع خوردگی در آن نقاط کوچک مقاومت می‌کنند. پژوهش‌های انجام‌شده توسط متالورژیست‌ها به‌خوبی نشان می‌دهد که آلیاژهایی که دارای مولیبدن اضافی هستند، عملکرد بهتری نسبت به انواع معمولی فولاد زنگ‌نزن دارند، و این به معنی بروز مشکلات کمتر در رابطه با یکپارچگی سازه‌ای قطعات مهم در طول زمان است. کشتی‌هایی که در آب شور دریاها حرکت می‌کنند یا تجهیزاتی که در کارخانجات فرآوری مواد شیمیایی استفاده می‌شوند، نمونه‌هایی از مواردی هستند که انواع خاصی از فولاد زنگ‌نزن با محتوای مولیبدن به‌مراتب بهتر از سایر گونه‌ها عمل می‌کنند. به همین دلیل است که بسیاری از مهندسان در طراحی هر چیزی که باید در برابر مواد شیمیایی خورنده یا تماس مداوم با آب دریا مقاومت کند، این درجه‌های خاص را مشخص می‌کنند.

مزایای کربن پائین در بخش‌های جوش‌شده

فولاد زنگ‌نزن با درصد کربن پایین‌تر مانع تشکیل کاربیدها می‌شود، به‌ویژه هنگامی که جوشکاری انجام می‌شود، که در واقع باعث می‌شود نواحی جوشکاری‌شده در برابر خوردگی مقاوم‌تر باشند. با کاهش سطح کربن، احتمال وقوع خوردگی در آینده کمتر می‌شود، زیرا ساختار فولاد در طول زمان قوی‌تر باقی می‌ماند. مطالعات نشان می‌دهند که فولاد زنگ‌نزن با کربن کم در برابر خوردگی عملکرد بهتری نسبت به انواع پرکربن دارد، که این موضوع در پروژه‌های ساختمانی که به مصالح با دوام نیاز دارند، بسیار مهم است. اکنون بیشتر استانداردهای مهندسی توصیه می‌کنند که این گونه فولادهای کم‌کربن هرگاه امکان‌پذیر باشد استفاده شوند، زیرا در مکان‌هایی که در معرض رطوبت و مواد شیمیایی هستند، عملکرد بهتری دارند. به همین دلیل بسیاری از سازندگان پل و تولیدکنندگان مخزن، به این مواد برای اتصالات حیاتی که باید دهه‌ها سالم باقی بمانند، روی آورده‌اند.

انتخاب نوع برای کاربردهای شیمیایی

عملکرد فولاد راستی 304 نسبت به 316

در انتخاب مواد برای کارهای شیمیایی، شناخت تفاوت بین فولادهای زنگ‌نزن 304 و 316 اهمیت زیادی دارد. آنچه که واقعاً آنها را از هم متمایز می‌کند، ترکیب مواد تشکیل‌دهنده و تأثیر آنها بر عملکرد است. به عنوان مثال، فولاد زنگ‌نزن 316 دارای مولیبدن است که مقاومت آن را نسبت به خوردگی ناشی از کلریدها به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. در همین حال، فولاد زنگ‌نزن 304 بسیار رایج است و در بسیاری از شرایط به خوبی عمل می‌کند، اما به دلیل نبود مولیبدن، در مواجهه با آب شور یا مواد خورنده دیگر مقاومت چندانی ندارد. این موضوع در دنیای واقعی هم دیده می‌شود. سازندگان تجهیزات دریایی تمایل دارند از فولاد 316 استفاده کنند، چرا که در شرایط آب شور دوام بیشتری دارد. داده‌های صنعتی نیز این موضوع را تأیید می‌کنند و افرادی که با هر دو نوع فولاد کار کرده‌اند، گزارش می‌دهند که زمانی که نوع فولاد با محیط کاری تطبیق داده شود، نتایج بهتری حاصل می‌شود. بررسی مشخصات فنی نیز همین نتیجه را تأیید می‌کند: فولاد 304 در شرایط عادی عملکرد خوبی دارد، اما زمانی که شرایط سخت و خورنده باشد، فولاد 316 در کل عملکرد بهتری را ارائه می‌دهد.

ترجیح 316L در محیط‌های حاوی کلر

مهندسین دریایی و بهره‌برداران نیروگاه‌های ساحلی فولاد زنگ‌نزن گرید 316L را برای مناطقی که کلریدها در آنها فراوان هستند ترجیح می‌دهند، زیرا این فولاد در برابر خوردگی مقاومت بیشتری نسبت به سایر گریدها از خود نشان می‌دهد. آنچه 316L را خاص می‌کند، محتوای کربن پایین‌تر آن است که از حساس شدن فلز در فرآیندهای جوشکاری جلوگیری می‌کند. این موضوع باعث می‌شود که خواص محافظتی ماده حتی در معرض قرار گرفتن طولانی‌مدت با مواد شیمیایی خورنده حفظ شود. داده‌های میدانی نیز این موضوع را تأیید می‌کنند، چرا که بسیاری از واحدها گزارش کرده‌اند که خرابی‌های قطعات 316L به مراتب کمتر از قطعات استاندارد فولاد زنگ‌نزن 304 است که در محیط‌های شورآب مشابه نصب شده‌اند. در سراسر کارخانه‌های ساخت کشتی و نیروگاه‌های شیرین‌کننده آب دریا، تیم‌های نگهداری و تعمیرات به طور مداوم 316L را به عنوان ماده انتخابی خود برای تجهیزاتی که باید در معرض مستمر باد شور دریا یا شرایط نیمه‌شور از خود مقاومت نشان دهند، انتخاب می‌کنند. برای هر کسی که در زیرساخت‌های نزدیک سواحل یا در صنایع پردازش شیمیایی کار می‌کند، مشخص کردن 316L تنها یک روش خوب نیست، بلکه تقریباً ضروری است تا از تعویض‌های پرهزینه در آینده جلوگیری شود.

نگهداری برای مقاومت ضد خوردگی در بلندمدت

روش‌های بازرسی برای نزدیک‌سازی سلامت لوله‌ها

بررسی‌های منظم نقش مهمی در حفظ مقاومت لوله‌های فولادی ضدزنگ در برابر خوردگی در طول زمان دارند. اکثر روال‌های استاندارد بازرسی شامل بررسی سطح به منظور شناسایی مشکلات، استفاده از تجهیزات اولتراسونیک برای چک کردن ضخامت و گاهی اوقات استفاده از تکنیک‌های پرتو ایکس برای یافتن مشکلات پنهان است. بر اساس دستورالعمل‌های صنعتی، معمولاً واحدها بازرسی‌ها را هر شش ماه یکبار در شرایط ملایم برنامه‌ریزی می‌کنند، اما در صورت وجود محیط خورنده یا شدید، نیاز به انجام بازرسی‌های مکرر بیشتری دارند. متخصصان نگهداری و تعمیرات تأکید می‌کنند که شناسایی به موقع مشکلات، در بلندمدت صرفه‌جویی مالی می‌کند، چون هیچ‌کس نمی‌خواهد با پارگی یا نیاز به تعویض گران‌قیمت لوله‌ها مواجه شود. رعایت روال‌های صحیح بازرسی به حفظ سلامت لوله‌ها کمک می‌کند و موجب افزایش عمر کل سیستم فولاد ضدزنگ می‌شود. واحدهایی که به طور مداوم از روش‌های دقیق بازرسی استفاده می‌کنند، عموماً متوجه بهتر شدن عملکرد سیستم لوله‌کشی و کاهش تعمیرات اضطراری در آینده می‌شوند.

تکنیک‌های تمیزکاری برای جلوگیری از تجمع آلودگی

نگه داشتن لوله‌های فولادی ضدزنگ در حالت تمیز بسیار مهم است تا عملکرد خوبی داشته باشند و عمر طولانی‌تری قبل از تعویض داشته باشند. انواع چیزها با گذشت زمان تجمع پیدا می‌کنند، از جمله گرد و غبار، بقایای روغنی، ذرات ریز از محیط اطراف و اگر خیلی طولانی بمانند بدون اینکه تمیز شوند، این گند شروع به خوردگی فلز می‌کند و مشکلات جدی زنگ‌زدگی را به وجود می‌آورد. بیشتر مراکز از سه روش اصلی برای مقابله با این مشکلات استفاده می‌کنند: دستگاه‌های فشار قوی آبی برای رسوب‌های سنگین خیلی خوب عمل می‌کنند، محلول‌های شیمیایی گند سفت را از بین می‌برند، در حالی که تمیز کردن با بخار به جاهایی که دسترسی به آنها سخت است نیز می‌رسد. انتخاب روش مناسب به نوع گندی که جمع شده و محل آن بستگی دارد. دستورالعمل‌های نگهداری عموماً پیشنهاد می‌دهند که فواصل زمانی تعیین شده برای تمیز کردن را رعایت کنید و از محصولاتی استفاده کنید که به طور خاص برای سطوح فولاد ضدزنگ طراحی شده‌اند و باعث آسیب به آنها نمی‌شوند. وقتی شرکت‌ها به طور مداوم پروتکل‌های مناسب تمیز کردن را دنبال می‌کنند، شاهد نرخ بسیار پایین‌تری از حادثه‌های خوردگی هستند و می‌توانند عملیات خود را بدون توقف‌های غیرمنتظره به خوبی ادامه دهند.