نقش حفاظت کاتدی خطوط لوله در صنعت نفت و گاز

یکی از مشکلات اساسی و بسیار هزینه ساز در صنایع بزرگی مانند صنعت گاز، نفت، پتروشیمی، کشتیرانی و …، خوردگی سازه های فلزی می باشد.

در صنعت نفت و گاز از خط لوله های فولادی کربن برای انتقال هیدروکربن از جکتها به سکوهای تولیدی و مخازن ذخیره سازی استفاده می شود و از طریق خطوط لوله وارد پالایشگاه  ها می شود. خط لوله های فولادی کربن، ایمن ترین و کم هزینه ترین وسیله جهت انتقال هیدروکربنها در حجم زیاد و مسیرهای طولانی هستند.

خطوط لوله انتقال سوخت و آب و دیگر سازه های مدفون در خاک و یا غوطه ور در آب، با توجه به شرایط متالوژیکی خود در شرایط خوردگی قرار گرفته و پس از مدتی عملکرد سازه را دچار اختلال می کند.

 خوردگی در صنعت نفت و گاز به دلیل تعویض تجهیزات فرسایش یافته و صدمه دیدن به تجهیزات مجاور، هزینه های سربار عملیات لوله کشی را به طرز چشمگیری افزایش می دهد. بنابراین استفاده از یک سیستم حفاظتی مناسب جهت پیشگیری از خوردگی امری ضروری است.

مکانیزم کنترل خوردگی در حفاظت کاتدی خطوط لوله

مکانیزم کنترل خوردگی در خطوط لوله نفت و گاز، راهکارهای کاهش دهنده ای برای از بین بردن یا کاهش خوردگی برای جلوگیری از خرابی خطوط لوله و پیامدهای مرتبط با آن مانند از بین رفتن محصول ، آلودگی محیط زیست و حوادث احتمالی است.

پنج مکانیزم کنترلی برای به حداقل رساندن خوردگی خطوط لوله و حفاظت کاتدی خطوط لوله که در طول طراحی و ساخت خطوط لوله باید در نظر گرفته شود شامل طراحی ، انتخاب مواد ، پوشش ، حافظت کاتدی و محافظت شیمیایی است.

طراحی

یکی از فاکتورهای مهم در کنترل خوردگی، طراحی است. طراحی مناسب یک لوله فولادی، طول عمر سازه را افزایش می دهد. شکافها، هندسه فولادی ، لبه های تیز، اتصالات جوش داده شده و اتصالات خط لوله مانند فلنج ها ، دریچه ها و تکیه گاه های لوله اغلب به دلیل نفوذ و حل شدن سیال در معرض خوردگی موضعی می باشند.

علاوه بر این ، این محیط ها به دلیل غیرقابل دسترسی بودن یا حساسیت به عدم موفقیت در پوشش ، دارای پوشش ضعیفی هستند. این موارد در ایجاد خوردگی نقش دارند و جهت محدود نمودن خوردگی، در فاز طراحی باید به دقت مورد بررسی قرار گیرند.

انتخاب مواد

انتخاب مواد از نظر طراحی مهندسی برای کاهش خوردگی بسیار اساسی است. انتخاب مواد به شرایط محیطی از قبیل مایع مورد انتقال، دما، فشار و الکترولیتی که لوله در ان قرار میگیرد (آب یا خاک) بستگی دارد. همچنین در اتصالات فلنجی، لوله کشی و اتصالات کلی که امکان جفت شدن فلزات از جنس متفاوت وجود دارد، جهت جلوگیری از خوردگی گالوانیک باید در تعیین جنس مواد دقت شود.

فولاد کربن به دلیل خاصیت مکانیکی مناسب ، در دسترس بودن و کم هزینه بودن، علی رغم مقاومت پایین در برابر خوردگی در مقایسه با سایر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی، ماده اصلی را برای انتقال خط لوله تشکیل داده است.

پوشش

یکی از اصلی ترین و ساده ترین روشهای محفاظت خطوط لوله، پوشش می باشد. یک پوشش مناسب، مانع از تماس مستقیم سطح خارجی لوله با محیط اطراف می شود و در نتیجه مانع جریان یون ها از طریق الکترولیت می شود ، و در نتیجه خوردگی را محدود می کند.

روشها و انواع مختلفی از پوشش وجود دارد و انتخاب نوع آن به نوع مواد انتخاب شده بستگی دارد:

• Painting

از رنگ آمیزی در محیط هایی که تجهیز فقط در معرض هوا قرار دارد و الکترولیتی موجود نیست، استفاده می شود.

• Coating

عمده ترین نوع پوشش جهت پوشش سازه هایی که در معرض الکترولیت قرار دارند، پوشش های مقاوم و محکمی مانند پلی اتیلن ها، قیرو پلی پروپیلین هستند.

• Lining

آستر کردن سطح سازه با ورقه های لاستیکی که رابر گفته میشود.

• Cladding

پوشش یک فلز با فلزی دیگر.

حافظت کاتدی

استفاده از سیستم حفاظت کاتدی در کنار پوشش یک راه موثر جهت پیشگیری از خوردگی خطوط لوله می باشد.

دو روش کلی برای حفاظت کاتدی خطوط لوله وجود دارد:

• سیستم آندهای فداشونده
• سیستم اندهای تزریق جریان

در مواردی که طول خط لوله بسیار زیاد باشد و در صورت وجود جریانهای سرگردان از سیستم تزریق جریان جهت حفاظت از خط لوله استفاده می شود.

محافظت شیمیایی

محافظت شیمیایی شامل مهارکننده های خوردگی، سیستم پاک کننده اکسیژن و بیوکسید (biocide)  است که در یک فرایند شیمیایی انجام میشود.

در فرایند شیمیایی بیوکسید به سیستم، مایع یا آب تزریق می شوند تا میکروارگانیسم هایی مانند باکتری های کاهش یافته که باعث افزایش خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیکی می شوند با سولفید از بین بروند. مواد شیمیایی پاک کننده اکسیژن برای دفع اکسیژن رسانی به آب تزریق می شوند تا شدت خوردگی را کاهش دهند و در نهایت بتوان یه حفاظت کاتدی خطوط لوله مناسبی دست یافت.

خوردگی مخازن ذخیره سازی زیرزمینی

مخازن ذخیره سازی زیرزمینی (Underground Storage Tank) به طور کلی در تماس با موادی چون خاک، شن و ماسه قرار دارند. واکنش الکتروشیمیایی بین مخزن و خاک اطراف آن (الکترولیت) منجر به خوردگی مخزن می شود. اختلاف ولتاژ کمی که در سطح فولاد وجود دارد منجر به ایجاد جریان از یک قسمت مخزن به قسمت دیگر آن می شود. جایی که جریان از آن به درون خاک (الکترولیت) می رود خوردگی رخ می دهد. این قسمت در پیل گالوانیک، آند نامیده می شود. جایی که جریان از خاک به مخزن وارد می شود کاتد می باشد و خوردگی رخ نمی دهد.

جلوگیری از خوردگی مخزن (حفاظت کاتدی مخازن ذخیره سازی زیرزمینی)

جهت محافظت از مخازن زیرزمینی از خوردگی، از یک پوشش خارجی و همچنین یک سیستم حافظت کاتدی استفاده می شود. یک پوشش خارجی مناسب می تواند بیش از ۹۹٪ از سطح مخزن را محافظت کند. اما از آنجا که ، هیچ پوششی کامل نیست علاوه بر پوشش خارجی باید از یک سیستم حافظت کاتدی جهت محافظت از خوردگی مخزن استفاده کرد. سیستم حفاظت کاتدی با اعمال جریان خارجی، مخزن را به کاتد تبدیل کرده و از خوردگی آن محافظت می کند. در مواردی که مقدار جریان مورد نیاز برای حفاظت سازه اندک باشد، از آندهای فداشونده استفاده می شود. برای سازه های بزرگ مانند خطوط لوله با قطر زیاد از سیستم تزریق جریان استفاده می شود.

آند فداشونده منیزیم جهت حفاظت کاتدی مخازن ذخیره سازی زیرزمینی

آند فداشونده منیزیم متداولترین آند فداشونده ای است که در حفاظت کاتدی مخازن زیرزمینی به کار گرفته می شود. آند منیزیم از مخازن زیرزمینی در هر خاکی می تواند محافظت کند. به منظور کاهش مقاومت الکتریکی آند نسبت به خاک، آند منیزیم معمولا به همراه یک پشت بند که ترکیبی از گچ گیپسوم، بنتونیت و سدیم سولفات است، در داخل کیسه کتانی به کار گرفته می شود. آند منیزیم در دو نوع استاندارد و پتانسیل بالا تولید می شود. در خاکهایی با مقاومت حدود ۱۰۰۰۰اهم – سانتی متر از آند منیزیم پتانسیل بالا استفاده می شود. براساس ابعاد مخزن و مقاومت خاکی که مخزن در آن قرار دارد، تعداد و ابعاد آند های مورد نیاز مشخص می شود. دو اندازه رایج آندهای منیزیم برای محافظت مخازن زیرزمینی،آندهای ۱۷ پوندی و ۳۲ پوندی می باشد. آندها در فاصله و عمق مناسب نسبت به مخزن نصب می شوند. سیم آند به قسمت بالایی مخزن با یک اتصال الکتریکی با مقاومت پایین، متصل می شود. کلیه اتصالات با عایق رطوبتی پوشیده می شود.

در راستای حفاظت کاتدی مخازن ذخیره سازی زیرزمینی دپارتمان فنی و مهندسی شرکت کیهان کارون آماده ی ارایه خدمات مشاوره ای می باشد که بدین منظور می توانید با ما در تماس باشید.