روش‌های کنترل خوردگی در ساختمان‌ها

مقدمه

کنترل خوردگی موضوع اصلی این مقاله می‌باشد. قصد داریم که تمامی مواد مربوط به این موضوع را پوشش دهیم پس تا آخر این مقاله ما را همراهی کنید…

یکی از مشکلات عمده نیروگاه‌های کشور همچون سایر صنایع، سوراخ‌شدن لوله‌های کندانسور و مبدل‌های حرارتی مربوط به آب‌های خنک‌کن می‌باشد.

به‌منظور بررسی علل تخریب لوله‌های مذکور و بهبود در وضعیت کنترل شیمیایی چند نیروگاه کشور، تحقیقات وسیعی به مدت دو سال در آزمایشگاه و همچنین در محل نیروگاه به عمل آمد.

نتایج حاصله نشان داده است که رسوب گل‌ولای به دلیل بالابودن میزان مواد معلق آب، ایجاد سل‌های غلظتی اکسیژن، وجود باکتری‌های SRB و عدم تزریق مداوم کلر باعث بروز مشکلاتی شده که در نهایت به زوال لوله‌ها می‌انجامد.

1. کنترل خوردگی

کنترل خوردگی از سه جنبه ایمنی، اقتصادی و کاهش منابع طبیعی حائز اهمیت است. تجهیزات، ماشین‌آلات و قطعات در کارخانه‌ها در اثر خوردگی شکسته می‌شوند که علاوه بر خسارت مالی، خسارات جانی نیز در پی می‌تواند داشته باشد.

در زیر به چند مثال خوردگی در صنایع اشاره می‌شود:

• زنگ‌زدن فولاد و چدن در تانک‌ها و لوله‌های آب صنایع مختلف و سازه‌های مستقر در آب دریاها مانند سکوها و پای پل‌ها و اسکله‌ها
• نشت آباز سامانه لوله‌کشی‌های فلزی ساختمان‌های مسکونی در اثر سوراخ‌شدگی و ترک‌های ناشی از پوسیدگی
• خوردگی فلزاتمس، آلومینیم و چدن در سامانه‌های خنک‌کننده
• خوردگی آلیاژها در فرایندهای شیمیایی مانند آلیاژهای پایه آهن، مس و نیکل
• خوردگی اگزوز خودرو در اثر تماس فلز با گازهای حاصل از احتراق
• خوردگی پره‌های توربین‌های گازی در اثر تماس با گازهای داغ ناشی از احتراق
• تخریب سازه‌های بتنی و سنگی در اثر واکنش با رطوبت و آلودگی‌های اسیدی موجود در هوا از قبیل اکسیدهای گوگرد و نیتروژن

از نظر ایمنی نیز باید مسائل خوردگی دقت شود که آلاینده‌های سمی فلزات سنگین وارد مواد غذایی و دارویی نشود، به‌خصوص وقتی که واکنشگاه‌های با فشار بالا برای تولید مواد غذایی و دارویی استفاده می‌شوند، جنس داخلی واکنشگاه‌ها باید از موادی انتخاب شوند که دچار خوردگی نشوند!

خوردگی سبب کاهش منابع طبیعی می‌شود. برای مثال، فولاد از سنگ‌آهن به دست می‌آید! لذا برای تولید فولاد بیشتر، سنگ‌آهن بیشتری از معدن‌ها استخراج می‌شود و مقدار سنگ‌آهن به‌شدت در طبیعت‌کاهش می‌یابد.

به‌علاوه هزینه‌های زیادی برای تبدیل آن به فولاد خام و محصولات فولادی صرف می‌شود؛ بنابراین کاهش مقدار خوردگی سبب کاهش زیان اقتصادی و حفاظت از منابع ملی می‌شود.

2. روش‌های جلوگیری از خوردگی (حفاظت از خوردگی)

1. حفاظت آندی
2. حفاظت کاتدی
3. مواد کندکننده
4. پوشش‌ها
5. انتخاب مواد
6. طراحی مناسب دستگاه‌ها

در ادامه هر کدام از این روش‌ها را به طور کامل و صریح شرح می‎‌‎دهیم.

1.2. حفاظت آندی

عبارت است از کاهش خوردگی فلزات توسط اعمال جریان به‌طوری‌که پتانسیل فلز را الکتروپوزیتیو می‌کند و به حالت رویین در آورد. از این روش برای کاهش خوردگی فلزات فعال رویین در محیط‌ خورنده بسیار قوی استفاده می‌کنند.

از جمله برای محافظت فولاد، فولادهای ضدزنگ آستینتی (۸-۱۸) و آلیاژهای دیگر در محیط‌هایی نظیر اسیدسولفوریک، اسید فسفریک، هیدروکسید سدیم و نیز نمک‌های خورنده‌ای مانند سولفات آلومینیوم و نیترات آمونیوم. به طور خلاصه می‌توان گفت که مقاومت فلز در سیستم حفاظت آندی به علت تشکیل فیلم محافظ سطحی بر روی آن است.

2.2. حفاظت کاتدی

حفاظت کاتدی عبارت است از کاهش یا متوقف کردن خوردگی توسط اعمال یک جریان خارجی یک‌سو و یا اتصال آند فداشونده‌ای به فلز موردنظر، به‌طوری‌که آن فلز در نقش کاتد عمل نماید.

حفاظت کاتدی موارد استفاده بسیار زیاد و گسترده‌ای پیدا کرده است، به‌طوری‌که امروزه جهت محافظت سطوح داخلی و خارجی (خطوطی لوله و تأسیسات زیر زمینی)، (کابل‌های زیر زمینی)، (دریچه‌های کانال‌ها)، (مبدل‌های حرارتی)، (کشتی‌ها و زیر دریایی‌ها)، (مخازن آب)، (اسکله‌ها، بنادر و تأسیسات دریایی) و غیره کاربرد دارد.

3.2. مواد کندکننده خوردگی

کندکننده مواد شیمیایی هستند که با افزودن آن‌ها به مقدار خیلی کم در محیط‌های خورنده، میزان خوردگی به طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد (در مواردی متوقف می‌گردد). تأثیر این مواد به علت کند نمودن واکنش‌های آندی یا کاتدی بوده و یا در نتیجه تشکیل فیلم سطحی محافظی است که مقاومت الکترولیت را افزایش می‌دهد.

به‌طورکلی دو نوع کندکننده وجود دارد:

1. کندکننده‌هایی که دارای خاصیت اکسیدکنندگی هستند
2. کندکننده‌هایی که برای ایجاد فیلم محافظ بر روی فلز از اکسیژن محیط استفاده می‌نمایند

کندکننده‌ها کاربردهایی بسیار وسیعی پیدا کرده‌اند، از جمله در سیستم‌های آب خنک‌کننده (در واحدهای صنعتی و ماشین‌آلات)، انتقال مواد مختلف توسط خطوط لوله، عملیات اسیدشویی و رسوب‌زدایی، محیط‌های غیرآبی (نظیر دستگاه‌ها و واحدهای عملیاتی پالایشگاه و دیگر صنایع شیمیایی – سوخت‌های نفتی – روغن‌ها و غیره)، محیط‌های گازی یا بخار، بسته‌بندی و نگهداری دستگاه‌ها و قطعات.

4.2. پوشش ضدخوردگی

به‌طورکلی مواردی است که جهت ایجاد مانع بین محیط خورنده و سطح قطعه موردنظر به کار برده می‌شود. پوشش‌ها باتوجه‌به مکانیسم نقش آن‌ها، ۴ وظیفه اساسی را بر عهده دارد:

• جلوگیری از تماس محیط با سطح موردنظر، مانند آب‌کاری
• محدودیت تماس محیط با سطح موردنظر، مانند پوشش‌های آلی
• انتشار مواد و ایجاد شرایط حفاظتی یا کندکنندگی از حملات تخریبی بر روی جسم موردنظر، مانند آسترهای کروماته
• تولید جریان الکتریکی حفاظت‌کننده، مانند گالوانیزه کردن

به‌این‌ترتیب پوشش‌ها باتوجه‌به جنس آن‌ها به ۳ دسته تقسیم می‌شود:

• پوشش‌های فلزی
• پوشش‌های آلی
• پوشش‌های معدنی

پوشش‌های فلزی خود به دودسته تقسیم می‌شود:

• پوشش‌های نجیب یا کاتدی
• پوشش‌های فداشونده یا آندی

پوشش‌های آلی نیز انواع زیادی دارد (نظیر رنگ‌ها، لاک‌ها، لعاب‌ها، لاستیک‌ها، پلاستیک‌ها مواد قیری و غیره).

پوشش‌های معدنی که مهم‌ترین آن‌ها (پوشش‌های شیشه‌ای)، (پوشش‌های سیمانی) و (پوشش‌های تبدیل شیمیایی) می‌باشد.

خاطرنشان می‌سازد که در اجرای عملیات مربوط به پوشش‌دادن به‌ویژه در مورد مواد سنتتیک (فعال سطح) عامل بسیار مهم مؤثری است.

3. انتخاب مواد مناسب

به علت پیشرفت سریع صنایع و گسترش آن در زمینه‌های گوناگون به‌ویژه در یک قرن اخیر، استفاده از مواد و مصالح صنعتی مختلف دامنه بسیار وسیعی پیدا کرده است.

به‌طوری‌که امروزه به‌منظور ساخت قطعات و وسایل و دستگاه‌های موردنیاز در صنایع اتومبیل‌سازی، خطوط لوله، پل‌سازی، نیروگاه‌ها، واحدهای عملیاتی (به‌خصوص صنایع شیمیایی)، عملیات دریایی، معادن، سفینه‌های فضایی و غیره.

از فلزات و آلیاژها گوناگون، مواد طبیعی، چوب، بتن و سرامیک، مواد مصنوعی و سینتیک (لاستیک و پلاستیک‌ها) و کامپوزیت‌ها استفاده می‌گردد.

انتخاب هر کدام از آن‌ها باتوجه‌به خواص و مشخصات مربوطه و عملکرد آن‌ها در برابر عوامل محیط صورت می‌پذیرد. به‌طورکلی هر ماده‌ای ممکن است فقط در کاربرد معین و مشخصی نسات به سایر مواد مناسب‌تر باشد.

به‌طورکلی از ۱۱۶ عنصر شناخته شده در حدود ۸۰ مورد آن‌ها را فلزات تشکیل می‌دهد که هر کدام خواص مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی ویژه خود را دارد و نیز میزان و سرعت و رفتار خوردگی آن‌ها در محیط‌ها و شرایط معینی با دیگری متفاوت می‌باشد.

در تهیه و ساخت آلیاژها که تقریباً نیمی از این عناصر فلزی شرکت دارد، پیشرفت‌های سریع وسیعی انجام‌گرفته است. به‌طوری‌که تاکنون بیش از ۴۰۰۰۰ نوع آلیاژ ساخته شده است و باگذشت زمان تعداد زیادی نیز به این رقم اضافه می‌شود.

در عمل عوامل مختلفی در کاربرد مواد مدنظر قرار می‌گیرد. مثلاً اگر قیمت‌ها و قابل‌دسترسی بودن (موجود بودن) به‌عنوان عامل مؤثر محسوب نمی‌شد، می‌توانستیم بهترین و مقاوم‌ترین مواد در برابر خوردگی را انتخاب کنیم.

عوامل مهم مداخله‌گر در این مورد عبارت است از:

• قیمت
• رفتار خوردگی
• قابلیت جوشکاری و لحیم‌کاری
• خاصیت شکل‌پذیری (خمشی، کششی و غیره)
• خواص مکانیکی مقاومت کششی، مقاومت در برابر ضربه، خستگی و غیره
• قابلیت انعطاف یا شکل‌پذیری و قابلیت در برابر کشش
• مقاومت در برابر دماهای پایین و بالا
• موجود بودن یا قابل‌دسترسی بودن (به حالت موردنظر)
• سازگاری به دیگر مواد موجود در سیستم
• خواص و رفتار حرارتی و الکتریکی
• صفات ممیزه نظیر چگالی، خاصیت مغناطیسی و مقررات هسته‌ای

و به‌طورکلی می‌توان گفت که عوامل عبارت‌اند از (قیمت) و (رفتار خوردگی). به‌این‌ترتیب دانستن این که چه ماده‌ای انتخاب شود بهتر است، موضوع ساده‌ای نیست! مثلاً در مواردی چوب از همه مناسب‌تر است، در شرایطی ممکن است لازم باشد تا برای لوله‌ها یا مخازن، پوشش خاصی در نظر گرفته شود (از جمله لول‌هایی با پوشش سرامیک)، و یا در برخی از موارد باید از (آلیاژهای بسیار مرغوب) استفاده گردد.

1.3. ضدخوردگی معدنی

معمولاً نمک‌های کریستالی مانند سدیم کرومات، فسفات‌ها (تری سدیم فسفات) یا مولیبدات، تنها آنیون‌های این ترکیبات هستند که خوردگی فلزات را کاهش می‌دهند. زمانی که از فلز روی به‌جای سدیم استفاده می‌شود، کاتیون روی می‌تواند اثرات مثبت و سودمندی داشته باشد.

2.3. ضدخوردگی آنیونیک آلی

سدیم سولفونات، فسفونات‌ها، یا مرکاپتوبنزوتری ازول (MBT) به‌طورکلی برای محلول‌های خنک‌کننده و محلول‌های ضد یخ استفاده می‌شود.

3.3. ضدخوردگی کاتیونی آلی

این مواد یا به فرم مایع یا به شکل جامد فوم مانند هستند. بخش فعال آن‌ها به‌طورکلی ترکیبات آلیفاتیک و آروماتیک با گروه‌های آمین با بار مثبت است.

4. قبل از انتخاب ضدخوردگی مناسب باید به چه نکاتی توجه کرد؟

بازدارنده‌هایی که به طور عمده مصرف فراوان دارند معمولاً مخلوط‌هایی شامل چندین نوع ضدخوردگی هستند که هر ترکیب را به دلیل خاصیتی که شدیدتر اعمال می‌کند و موردنیاز یک شاخه از صنعت می‌باشد، انتخاب می‌شود.

در ادامه برخی از نکات کلی که قبل از انتخاب ترکیب ضدخوردگی مناسب برای یک محیط خاص، باید به آن توجه کرد بررسی شده است:

باتوجه‌به اینکه مواد ضدخوردگی ابتدا ذخیره و سپس مصرف می‌شوند، لذا ترکیب ضدخوردگی باید بتواند تا دمای پایین (-30 درجه سانتی‌گراد) به صورت مایع باقی بماند.

چون قابلیت انحلال ضدخوردگی به ماهیت محیط بستگی دارد، لذا بر حسب اینکه مصرف‌کننده ضدخوردگی را در محیط آبی یا آلی استفاده می‌کند باید ضدخوردگی مناسب به او پیشنهاد گردد.

استفاده از ضدخورگی نباید باعث بروز مشکلات بعدی شود. یکی از این مشکلات احتمال ایجاد امولسیون آب و ترکیب هیدروکربنه است که باید آن را در نظر گرفت. طبیعی است که به دلیل ماهیت متفاوت مواد نفتی و یا گازهای طبیعی موجود در چاه‌ها و مخازن ذخیره طبیعی، ماهیت مواد ضدخوردگی بکار گرفته شده نیز تغییر پیدا می‌کند.

از جمله عواملی که باید موردتوجه قرار گیرند می‌توان به نوع سیستم اعم از چاه نفتی یا چاه گاز، سیستم تزریق آب، حضور یا عدم حضور H2S در نفت یا گاز و… اشاره کرد.

5. حذف عوامل خورنده از محیط

به‌منظور حذف عوامل خورنده از محیط می‌توان از روش‌های زیر بهره برد:

• حذف اکسیژن از آب‌وهوا، از طریق تقلیل فشار محیط یا با عبور گاز ازت و یا افزودن مواد شیمیایی مانند سولفیت یا هیدرازین. البته در این مورد غلظت مناسب باتوجه‌به شرایط محیط عامل مهمی است که در حذف اکسیژن تأثیر دارد.
• حذف اسیدها از محیط، با خنثی کردن آن از طریق افزودن مواد شیمیایی مانند اکسید کلسیم.
• ذف املاح موجود در آب، به کمک تعویض‌کننده‌های یونی یا اسمز معکوسبه‌منظور تقلیل قابلیت هدایت الکتریکی.
• حذف نسبی بخار آب از محیط، با استفاده از خشک‌کننده‌ها از جمله سیلیکاژل.
• کاهش درجه حرارت محیط، حدود 6 الی7 درجه پایین تر از سایر نقاط به‌منظور کاهش رطوبت نسبی محیط.
• حذف ذرات جامد معلق در آب‌وهوا، توسط صافی‌های تصفیه و فیلترهای گاز و دوده.

6. خوردگی اسکلت فلزی چیست؟

به هر فرایندی که باعث فرسایش اجزای فلزی شود، خوردگی می‌گوییم و رایج‌ترین نمونه خوردگی در فولاد دیده می‌شود. توجه داشته باشید که اغلب فرایندهای خوردگی، الکتروشیمیایی به شمار می‌روند. فلزات مختلف در حضور یک سیال رسانا به نام الکترولیت، پتانسیل الکتریکی تولید می‌کنند که در زمان مناسب، باعث ایجاد جریان الکتریکی می‌شود.
به قسمتی از سازه فلزی که قابلیت خوردگی دارد، آند گفته می‌شود. بخش دیگری از آن که خورده نمی‌شود، ولی وجود آن برای سیستم مهم است، کاتد نامیده می‌شود. برخی از مهم‌ترین نکات در مورد خوردگی به شرح زیر است:

•  در خوردگی‌های رایج، اغلب نوعی فلز در آب و کمی نمک (به‌عنوان الکترولیت) دخالت دارند.
• گاهی اوقات خوردگی در حضور اکسیژن با آب خالص ایجاد می‌شود. در چنین مواردی، اکسیژن با هیدروژنِ تولید شده در کاتد ترکیب می‌شود و اجازه می‌دهد تا واکنش ادامه یابد.
• عناصر دیگر مانند باکتری‌های مخصوص در خاک که هیدروژن را جذب می‌کنند نیز می‌توانند به‌عنوان عاملی تحریک‌کننده عمل کرده و واکنش خوردگی را تقویت کنند.
• فولاد به دلیل قیمت و ظرفیت نسبتاً مناسب، فلزی رایج در ساختمان‌ها محسوب می‌شود. با پوشش‌های مناسب می‌توان از فولاد به‌اندازه کافی حفاظت کرد. البته برای کاربردهای خاص می‌توانید فلزات بادوام‌تری را استفاده کنید.

1.6. چه عناصری از ساختمان فلزی دچار خوردگی می‌شوند؟

• اجزایی که به‌عنوان سطوح خارجی، سقف، آفتاب‌گیر و سقف ساختمان‌ها استفاده می‌شوند.
• اجزایی که به‌عنوان فولاد سازه‌ای یا در ترکیب با مصالح موردنیاز ساختمانی استفاده می‌شوند.
•  بخش‌هایی از سازه که در لوله‌کشی، مخزن آب گرم و کانال‌ها به کار می‌روند.
•  برخی از عناصر سازه که در زیر خاک مدفون شده‌اند.

7. سؤالات متداول

1.7. روش‌های محافظت از فلزات در برابر خوردگی

برای محافظت از فلزات در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی راه‌های زیادی وجود دارد که برای نمونه می‌توان به پوشش زینک فلیک، گالوانیزاسیون و آبکاری اشاره کرد. توضیحات بیشتر در متن مقاله.

2.7. انواع مختلف بازدارنده‌ها

انواع مختلف بازدارنده برحسب نوع فلز موردنظر و محیط اطراف آن وجود دارد. از نظر کیفی بازدارنده‌ها به دودسته کلی تصفیه‌کننده‌های محیط‌زیست و بازدارنده‌های حد واسط تقسیم می‌شوند.

3.7. نحوه عملکرد حفاظت کاتدی

حفاظت کاتدی به‌عنوان یکی از روش‌های جلوگیری از خوردگی فلزات موجب کنترل و کم‌شدن خوردگی فلز می‌شود. این حفاظت از طریق کاتد کردن فلز به‌واسطه ایجاد جریان و یا وجود یک آند به‌عنوان عنصر فداشونده برقرار می‌شود.

جمع‌بندی ونتیجه‌گیری

در این مقاله با انواع خوردگی و اهمیت پیشگیری و کنترل آشنا شدیم. خوردگی عموما به دلیل وقوع مجموعه‌ای از واکنش‌های الکتروشیمیایی در فلزات صورت می‌گیرد. خوردگی موضعی در فلزات خطرناک‌ترین نوع خوردگی است و در صورت وقوع آن، ممکن است به طور غیر منتظره‌ای سازه منهدم گردد. با وجود قدرتی که خوردگی در تخریب مواد دارد، اما با درک مناسب از مکانیزم‌ها و واکنش‌های آن، قادر خواهیم بود اقدامات مناسبی جهت پیشگیری و کنترل آن انجام دهیم.

جهت آشنایی کامل با  “روش‌های کنترل خوردگی در ساختمان‌ها” به پکیج “جزوات کاربردی” در بخش گنجینه فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید.