کنترل خوردگی در سیستم آب و بخار

پایش خوردگی یا مانیتورینگ خوردگی می‌تواند به عنوان پایش پیوسته خوردگی یا خورندگی روی یک تجهیز باارزش در نظر گرفته و تعریف شود. روش‌های بسیاری برای مقایسه میزان نرخ خوردگی واقعی و پیش بینی شده و یا اندازه گیری برای جلوگیری از خوردگی یا تعدیل آن انجام می شود. اما همه پایش های خوردگی به میزان فرسایش که در فرایند پلنت و با دبی بالا یا ذرات جامد اتفاق می افتد حساس نیستند. پایش خوردگی با تکنیک های مخصوص می تواند درمورد خوردگی های داخلی تجهیزات فرایند مفید و موثر باشد. اگرچه محدوده وسیعی از کاربردها برای آن وجود دارد.

بازدارنده خوردگی یک ماده شیمیایی یا ترکیبی از مواد است که وقتی در غلظت های پایین به محیط خورنده اضافه شود، بدون تغییر محیط به طور موثر سرعت خوردگی فلز را کاهش داده یا از وقوع آن جلوگیری می کند. بازدارنده های خوردگی می توانند به صورت جامد، مایع یا گاز باشند. بازدارنده ها می توانند آلی و یا معدنی باشند.​​​​​​​

بازدارنده

فعالیت موجودات زنده مانند باکتری های هوازی و بی هوازی، جلبک ها، قارچ ها، کپک ها، صدف ها و ... شرایط آب را برای آشامیدن و مصارف صنعتی نامساعد می سازد. این موجودات زنده قادرند در محدوده وسیعی از pH (بین صفر تا 11)، دما (بین 30 تا 180 درجه فارنهایت) و فشاری معادل 15000psi در محیط های مختلفی مانند خاک، آب طبیعی، آب دریا، محصولات نفتی و مایعات روغن کاری به حیات خود ادامه دهند. روش های متعددی برای رهایی از مشکلات ناشی از موجودات زنده مطرح هستند که از متداول ترین آن ها می توان به بایوسیدها یا میکروب کش ها اشاره کرد.

بایوسید

گر فتگی غشاء، به معنی رسوب ذرات در غشاء است، که باعث مسدود شدن آن می شود. بدون استفاده از مواد جلوگیری کننده از رسوب، غشاهای اسمز معکوس (RO) و جریان های عبوری از المان های غشاء، به علت ته‌نشینی گازهای کم محلول مانند کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم و سولفات استرانسیوم، دچار گرفتگی خواهند شد. اکثر آب های طبیعی حاوی مقادیر بالایی از کلسیم، سولفات و یون های بی‌کربنات هستند. گرفتگی سطح در اثر این رسوبات، باعث کاهش نرخ نفوذ می شود، که این خود منجر به کاهش بازده فرایند و افزایش هزینه های عملیاتی خواهد شد. از روش های کنترل گرفتگی می توان به اسیدی کردن، نرم کردن به وسیله تبادل یونی، اضافه کردن ضدرسوب اشاره کرد.

ضدرسوب

استفاده از کوپن های خوردگی یکی از طولانی ترین روش های مورد استفاده برای مطالعه و پایش خوردگی و بررسی اثرات آن می باشد. کوپن های خوردگی از لحاظ ابعادی معمولا کوچک هستند و به راحتی قابل نصب و بازیابی می باشندو ابزاری اقتصادی برای تعیین علت و اثر خوردگی هستند. کوپن های خوردگی به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند که عبارتند از کوپن های استاندارد و کوپن های سیستم دو اینچ.

کوپن های خوردگی

 به عنوان مؤثرترین روش حفاظتی به منظور جلوگیری از خوردگی سازه‌های مدفون در خاک شناخته شده‌است که به‌طور گسترده در حفاظت از خوردگی لوله‌های توزیع و انتقال گاز، مواد نفتی و آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. حفاظت کاتدی عبارت است از جلوگیری یا کاهش سرعت خوردگی فلزات توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی (یکسو) یا تماس آن با یک آند از بین رونده، روی سطح فلز مورد نظر که دارای مناطق کاتدی و آندی باشد (در مناطق آندی خوردگی صورت می‌گیرد). در این حال مناطق آندی تبدیل به کاتد شده و در نتیجه دستگاه یا شبکه مورد نظر کلاً کاتدی می‌شود. حفاظت کاتدی از مهم‌ترین و مؤثرترین طرق کنترل خوردگی می‌باشد، به‌طوری‌که با اجرای این روش می‌توان فلزات را بدون اینکه خورده شوند به مدتی طولانی در محیط‌های خورنده نگهداری نمود. مکانیزم حفاظت کاتدی مربوط به جریان خارجی است که در نتیجه آن عناصر کاتدی پیل‌های موضعی به پتانسیل مدار باز آندها پلاریزاسون می‌شوند، یعنی در این حالت تمام سطح فلز هم پتانسیل گشته (پتانسیل‌های آند و کاتد معادل هم می‌شوند) و جریان‌های خوردگی متوقف می‌گردند. همچنین می‌توان چنین بیان کرد که به علت ایجاد یک شدت جریان خارجی شبکه‌ای از جریان مثبت در کلیه مناطق سطح فلز وارد شده و بدین ترتیب از ورود یون‌های فلز به محلول یا محیط اطراف جلوگیری به عمل می‌آید. عملیات حفاظت کاتدی را می‌توان در مورد خوردگی فلزاتی از قبیل فولاد، مس، سرب، و برنج در زمین (خاک) و محلول‌های مختلف آبی به کار برد.
به کمک حفاظت کاتدی می‌توان از خوردگی حفره‌ای فلزات روئین از جمله فولادهای ضد زنگ جلوگیری نمود. برای اجرای سیستم حفاظت کاتدی دو روش کلی وجود دارد:
الف) با استفاده از آندهای از بین رونده که در آن فلزات فعالی مانند منیزیم یا روی را به عنوان آند به کار می‌برند.
​​​​​​​ب) با استفاده از اعمل جریان خارجی یکسو که در این روش از منبع جریانی مانند ژنراتور، رکتیفایر (یکسوکننده) یا باتری همراه با یک آند کمکی که معمولاً از جنس آهن یا گرافیت است استفاده می‌شود.

حفاظت کاتدی

سایش و فرسایش از جمله معضلات موجود در صنایع گوناگون می باشد. در حوزه مهندسی سطح به منظور جلوگیری از سایش از پوشش های رویه سخت استفاده می شود. برای اعمال پوشش های رویه سخت از انواع فرایندهای پاشش حرارتی، جوشکاری و یا لیزر استفاده می شود که فرایندهای جوشکاری به دلیل ارزان تر بودن و تنوع بالاتر بیشتر موردتوجه صنایع قرار گرفته اند. آلیاژهایی که به عنوان پوشش رویه سخت مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از آلیاژهای پایه آهن، پایه کبالت و پایه نیکل و علاوه بر پوشش های آلیاژی می‌توان از کامپوزیت های حاوی ذرات تقویت کننده نیز استفاده کرد.

پوشش های مقاوم به سایش

تخریب مواد از طریق خوردگی یکی از شایع ترین مشکلات موجود در صنایع گوناگون می باشد. انواع خوردگی که ممکن است قطعات با آنها رو به رو شوند عبارتند از خوردگی اتمسفری، خوردگی میکروبی، خوردگی یکنواخت، خوردگی موضعی، خوردگی دمای بالا و ...
از جمله روش های مقابله با انواع خوردگی پوشش دهی می باشد که به طور کلی انواع پوشش های مورداستفاده عبارتند از پوشش های فلزی و آلی که پوشش های فلزی می توانند از طریق فرایندهای آبکاری الکتریکی، پاشش شعله ای، روکش کاری، غوطه وری گرم، PVD یا CVD ایجاد می شوند. پوشش های آلی عبارتند از رنگها، حلال ها و یا لاک ها که نسبت به روش های دیگر کاربرد وسیع تری در حفاظت فلزات دارند.

پوشش های مقاوم به خوردگی

حفاظت آندی

حفاظت آندی یکی از تکنیک های الکتروشیمیایی برای کنترل خوردگی در صنعت است. از این روش برای کنترل خوردگی در فلزاتی استفاده می شود که قابلیت پسیو (رویین) شدن داشته باشند. در واقع، اصل اساسی در حفاظت آندی، نگه داشتن فلز در محدوده پسیو است. در این روش، بر خلاف روش حفاظت کاتدیک، سعی می شود که فلز تا حد قابل قبولی خورده شود. در واقع این خوردگی اولیه، برای رویین شدن فلز و محافظت آن در برابر خوردگی های بیشتر لازم است! این کار تا جایی ادامه می یابد که یک پوسته محافظ بر روی سطح فلز ایجاد شود. این پوسته نازک، چسبنده و متراکم است و از ادامه خوردگی جلوگیری می کند

اعمال پوشش های مقاوم به خوردگی و سایش​​​​​

در صنایع گوناگون قطعات در شرایط کاری مخربی قرار دارند. مکانیزم های آسیبی که عمدتا مواد با آنها روبه‌رو هستند عبارتند از : خوردگی، سایش، فرسایش و ... . ساخت قطعات مقاوم در برابر سایش و خوردگی  از جمله رویکردهای متداول جهت مقابله با این پدیده های مخرب می‌باشد. استفاده از مواد مقاوم موجب افزایش طول عمر قطعات و صرفه های اقتصادی قابل توجهی میشود.

ساخت قطعات مقاوم به خوردگی و سایش

در صنایع گوناگون قطعات در شرایط کاری مخربی قرار دارند. مکانیزم های آسیبی که عمدتا مواد با آنها روبه‌رو هستند عبارتند از : خوردگی، سایش، فرسایش و ... . اعمال پوشش های مقاوم به سایش و خوردگی از جمله رویکردهای متداول جهت مقابله با این پدیده های مخرب می‌باشد. استفاده از پوششهای مقاوم به خوردگی و سایش موجب افزایش طول عمر قطعات و صرفه های اقتصادی قابل توجهی میشود.

تعمیر و بازسازی قطعات تخریب شده

امروزه، علاقه‌مندی به کاهش هزينه‌های جايگزينی و تعمير دستگاه‌ها، حفظ کيفيت و کميت توليد، کاهش مشکلات زيست‌ محيطی و افزايش ايمنی کار با دستگاه‌ها، نگهداری مناسب آن‌ها را اجتناب ناپذير کرده است.
در بسياری از فرآيندهای توليدی، تميز و آماده کردن سطح قطعات، زمينه‌ساز انجام موفق عمليات بعدی مثل انجام انواع پوشش‌کاری و تعميرات می‌باشد. در صنايع خودروسازی عمر و کيفيت رنگ بدنه يکی از فاکتورهای ﻣﺆثر در انتخاب مشتری مي‌باشد.
در صنايع آبکاری و تعميرات در صنايع بزرگ مثل صنايع هواپيمايی، حمل و نقل ريلی و تجهيزات صنايع نفت، گاز و پتروشيمی کيفيت تميزی سطح قطعات قبل از فرآيند اصلی از حساسيت بالايی برخوردار است.
با توجه به حساسيت بالای شستشوی شيميايی در بسياری از بخش‌های صنعت و هزينه‌های بالای آن، تغيير در نگرش‌های موجود و دنبال کردن ديدگاه‌های علمی و تخصصی حائز اهميت مي‌باشد.

شستشوی شیمیایی انواع تجهیزات

در صنعت به منظور بهبود کارایی و یا کاهش عیوب قطعات را تحت عملیات حرارتی قرار می دهند.با توجه به خواص موردنیاز در قطعات از سیکل های مختلف عملیات حرارتی استفاده می شود. از جمله تکنیک های عملیات حرارتی میتوان به بازپخت، سخت‌کاری پوسته، پیرسخت‌کاری، برگشت دادن، کربن دهی، نرمال سازی و کوئنچ کردن اشاره کرد. عملیات حرارتی عموما بر قطعات فولادی و چدنی اعمال می شود و موجب تغییر در ریزساختار آنها و در نتیجه تغییر در خواص و عملکرد نهایی قطعات خواهد شد.

عملیات حرارتی

متالوگرافی  معمولی شامل جدا کردن بخشی از قطعه و بررسی آن در آزمایشگاه می باشد. رپلیکا در واقع متالوگرافی غیرمخرب در محل می باشد. با پیشرفت تکنولوژی وسایل آماده سازی و بررسی ریزساختار به صورت قابل حمل تولید گردیده است. آزمون رپلیکا امکان شناسایی و تشخیص مکانیزم های تخریب از قبیل خستگی، خزش، ترک خوردگی ناشی از تنش و گرافیته شدن را در مراحل اولیه و امکان نظارت این عیوب را فراهم می نماید که موجب تسهیل تصمیم گیری جهت تعمیر یا تعویض قطعات می شود.

آزمون رپلیکا

تست التراسونیک (UT)

آزمایش فراصوتی یا تست التراسونیک UT یکی از روش های بسیار دقیق بازرسی غیر مخرب (NDT) است. در تست التراسونیک UT امواج صوتی با فرکانس بالا (در محدوده مگاهرتز) به داخل نمونه ی مورد بازرسی وارد می شوند تا عیوب داخلی شناسایی شده و خواص مواد بررسی گردد. امواج صوتی با کاهش مقداری از انرژی خود به دلیل پدیده ی تضعیف صوت در داخل مواد حرکت می کنند و در فصل مشترک ها و مرزها منعکس می شوند.
تست جوش UT شامل بررسی این باریکه های منعکس شده برای شناسایی عیوب و تعیین موقعیت آنها و همچنین ارزیابی های کمی، ردیابی و تحلیل می شود. امروزه تست التراسونیک UT به دلیل قدرت نفوذ بالای امواج فراصوتی، حساسیت بالای تجهیزات مربوط به آن، هزینه های نسبتا پایین و سرعت عمل مناسب در کنترل کیفیت محصولات فرآیندهای تولید از قبیل کشش، نورد، فورجینگ، اکستروژن و جوشکاری کاربرد وسیعی دارد.

آزمایش مایع نافذ یا PT روش دیگری از آزمایش ­های NDT برای شناسایی عیوب سطحی و همچنین عیوب زیرسطحی است که به سطح راه دارند. آزمایش PT بهترین روش برای بازرسی انواع ترک ­های سطحی، تخلخل، تورق، عدم اتصال در جوش یا لبه­ های باز و هرگونه نشتی در جوش مخازن ذخیره و تیوب ­ها است. امروزه در صنایع مختلف، آزمایش PT بطور موفقیت آمیزی بر روی فلزات آهنی و غیر آهنی، سرامیک ها، قطعات متالورژی پودر، قطعات جوشکاری­ شده، شیشه ها و برخی پلاستیک ها استفاده می­ شود. در تست PT یک مایع نافذ برای مدت زمانی مشخص، به سطح جسم مورد نظر اعمال می ­شود. این مایع نافذ به علت پدیده مویینگی به داخل عیوب باز سطحی نفوذ می­ کند. در مرحله­ بعد مایع اضافی از روی سطح برداشته می ­شود. سپس سطح خشک شده و ماده آشکارساز جذب می ­شود و نیز موقعیت، اندازه و ماهیت ناپیوستگی در صورت وجود آشکار می­ گردد. بنابراین آزمایش PT با مشاهده­ سطح قطعه و دیدن کنتراست رنگی که بین مایع نافذ باقی­ مانده که از درون عیب به بیرون کشیده شده و سطح قطعه انجام می ­گیرد. باید مراقب بود که اجزای شیمیایی مایع نافذ و ماده آشکارساز بر قطعه­ مورد آزمایش اثر منفی نگذارد.

تست PT (مایعات نافذ)

تست ذرات مغناطیسی (MT) یکی از تست های غیر مخرب است که به طور گسترده برای شناسایی عیوب سطحی و زیرسطحی در صنعت استفاده می شود. در بسیاری از موارد برای مواد فرومغناطیس تست MT ارجحیت دارد؛ چراکه با استفاده از آن، حتی عیوب زیرسطحی که به سطح راه ندارند نیز شناسایی می شوند.  بازرسی ذرات مغناطیسی  یا تست MT به عنوان یکی از روش های آزمون غیر مخرب برای تشخیص ناپیوستگی های سطح و زیر سطح در مواد آهنی یا فرومغناطیس به کار گرفته می شود. این روش بازرسی شامل استفاده از میدان مغناطیسی خارجی و یا استفاده از جریان الکتریکی از طریق مواد که به نوبه خود شار مغناطیسی در مواد  تولید می کنند می شود. ذرات قابل مشاهده آهنی بر روی سطح آزمون اسپری یا پاشیده می شوند نیز نقشی اساسی در تست MT ایفا می کنند.

تست MT (ذرات مغناطیسی)

تست RT (رادیوگرافی)

 در میان روش های مختلف بازرسی های غیر مخرب یا NDT، تست رادیوگرافی RT بیشترین کاربرد را برای شناسایی عیوب داخلی مانند تخلخل ها و حفره ها دارد. لازم به ذکر است با جهت گیری و تجربه مناسب، عیوب صفحه ای نیز توسط تست RT قابل شناسایی هستند. رادیوگرافی صنعتی بیش از ۴۰ سال است که به طور مداوم و یکنواخت در حال توسعه است. چراکه تنها با این آزمایش و آزمایش فراصوتی می توان عیوب را در هر کجا از حجم قطعات سنگین و بزرگ تشخیص داد. رادیوگرافی یک روش حجمی در NDT است که براساس اختلاف جذب بین تشعشعات نفوذ کننده در نمونه مورد آزمایش صورت می پذیرد. در واقع به استفاده از تشعشعات الکترومغناطیس با طول موج کوتاه (مانند پرتو X و پرتو گاما) یا استفاده از تشعشعات ذرات (آلفا، بتا یا نوترون) برای ردیابی عیوب داخلی قطعات تست رادیوگرافی RT یا رادیوگرافی صنعتی گفته می شود. در تست RT از پرتوهای ایکس و گاما برای شناسایی عیوب درون قطعه استفاده می شود. این پرتوها دارای طول موج‌های بسیار کوتاه هستند و به همین دلیل انرژی بسیار زیادی داشته و قدرت نفوذ و عبور از درون قطعه را دارند.  امروزه در صنعت ایران و جهان، تست RT روشی بسیار مستند و قابل اعتماد، برای حفظ قطعات مهم از تخریب به شمار می رود.

تست PAUT) Phase Array)

آنالیز تخریب و تخمین عمر قطعات و تجهیزات صنعتی
4-1 بررسی ریشه‌ای علل تخریب در تجهیزات صنعتی (RCA)
پیشرفت دانش و تکنولوژی، اکثر فرایندها و تجهیزات صنعتی را نسبت به گذشته پیچیده‌تر کرده است که این مسئله شناخت پارامترها و دلایل واقعی موثر بر نحوه عملکرد، عوامل خرابی و یا عوامل وقوع حوادث ناگوار و نامطلوب در صنایع را تبدیل به امری دشوار می‌نماید. وقوع حوادث غیرمترقبه‌ای مانند آنچه ناشی از خرابی‌های تصادفی و غیرتصادفی و یا اشتباهات فرایندی است، پیامدهای ایمنی و عملیاتی جدی را برای مجموعه‌های صنعتی به همراه دارد. جلوگیری از تکرار چنین حوادثی و افزایش قابلیت اطمینان از چالش‌های مهم پیش‌روی صنایع امروزی است. با توجه به عوامل متعدد اثرگذار، ماهیت پیچیده و ظرافت‌های خاص موجود در فرایند کاری صنایع، چاره‌جویی برای جلوگیری از تکرار بسیاری از حوادث ناخوشایند، نیازمند انجام بررسی‌های دقیق، فنی و کارشناسی، با بهره‌گیری از روشی استاندارد، کارا و تخصصی در این خصوص است. یکی از روش‌های استاندارد و معتبر در این زمینه، بهره‌گیری از تحلیل علل ریشه‌ای است. امروزه تکنیک‌های تحلیل علل ریشه‌ای خرابی تبدیل به جزئی جدایی‌ناپذیر در صنایع گوناگونی چون صنایع هوافضا، هسته‌ای، نفت و گاز، تاسیسات، برق و مخابرات، صنایع معدنی و غیره شده و تصور کارکرد صنایع پیشرو بدون بهره‌گیری از تکنیک‌های RCA ممکن نیست.

پیشرفت دانش و تکنولوژی، اکثر فرایندها و تجهیزات صنعتی را نسبت به گذشته پیچیده‌تر کرده است که این مسئله شناخت پارامترها و دلایل واقعی موثر بر نحوه عملکرد، عوامل خرابی و یا عوامل وقوع حوادث ناگوار و نامطلوب در صنایع را تبدیل به امری دشوار می‌نماید. وقوع حوادث غیرمترقبه‌ای مانند آنچه ناشی از خرابی‌های تصادفی و غیرتصادفی و یا اشتباهات فرایندی است، پیامدهای ایمنی و عملیاتی جدی را برای مجموعه‌های صنعتی به همراه دارد. جلوگیری از تکرار چنین حوادثی و افزایش قابلیت اطمینان از چالش‌های مهم پیش‌روی صنایع امروزی است. با توجه به عوامل متعدد اثرگذار، ماهیت پیچیده و ظرافت‌های خاص موجود در فرایند کاری صنایع، چاره‌جویی برای جلوگیری از تکرار بسیاری از حوادث ناخوشایند، نیازمند انجام بررسی‌های دقیق، فنی و کارشناسی، با بهره‌گیری از روشی استاندارد، کارا و تخصصی در این خصوص است. یکی از روش‌های استاندارد و معتبر در این زمینه، بهره‌گیری از تحلیل علل ریشه‌ای است. امروزه تکنیک‌های تحلیل علل ریشه‌ای خرابی تبدیل به جزئی جدایی‌ناپذیر در صنایع گوناگونی چون صنایع هوافضا، هسته‌ای، نفت و گاز، تاسیسات، برق و مخابرات، صنایع معدنی و غیره شده و تصور کارکرد صنایع پیشرو بدون بهره‌گیری از تکنیک‌های RCA ممکن نیست.

بررسی ریشه‌ای علل تخریب در تجهیزات صنعتی (RCA)

آنالیز تخریب و تخمین طول عمر تجهیزات

مبحث تخمین عمر یکی از مهم‌ترین مسائل مورد بررسی جهت تعیین زمان تعویض یا تعمیر قطعات می‌باشد. تخمین عمر موجب ایجاد بستری برای پیش‌بینی‌های اقتصادی در جهت ارتقای عملکرد سیستم‌ها و قطعات کاری در صنایع مختلف می‌باشد. به منظور شناسایی دقیق مکانیزم‌های تخریب در قطعات و تجهیزات صنعتی، فرایند آنالیز تخریب اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. بررسی سطح مقطع شکست قطعات و مکانیزم ایجاد و رشد ترک، یکی از روش‌های آنالیز تخریب می‌باشد.