فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل 1- بررسی علل خوردگی لوله های نفت و راه های پیشگیری از آن 8
1-1- مقدمه 8
1-2- خوردگی 8
1-3- روش های تعیین میزان خوردگی درون لوله ها 9
1-4- راه های پیشگیری از خوردگی لوله ها 11
1-5- نتیجه گیری 18
فصل 2- خوردگی و حفاظت کاتدی 19
2-1- مقدمه 19
2-2- خوردگی داخلی 19
2-2-1- اثر آب و اکسیژن 19
2-2-2- اثر باکتری ها 20
2-2-3- راههای جلوگیری از خوردگی داخلی 20
2-2-4- مقایسه ضد زنگ آبی و روغنی 22
2-2-5- مقایسه دو روش آب زدایی و تزریق ضد زنگ 23
2-2-6- معایب آب زدایی نسبت به تزریق ضد زنگ 24
2-2-7- پوشش داخلی 24
2-3- خوردگی خارجی لوله و راه های جلوگیری از آن 25
2-4- .پوشش ها 27
2-5- پوشش ها و حفاظت کاتدی 27
2-5-1- انواع مواد پوششی 29
2-5-2- انتخاب پوشش مناسب 35
2-5-3- عایق کاری 37
2-5-3-1- عایق کاری پلی پروپیلن 39
2-5-3-2- مزایا و مضرات 40
2-6- تئوری اصلی حفاظت کاتدی 40
2-7- کاربرد عملی حفاظت کاتدی 43
2-7-1- حفاظت کاتدی با آندهای فدا شونده 45
2-7-2- حفاظت کاتدی با جریان اعمالی 45
فصل 3- حفاظت کاتدی خطوط لوله 47
3-1- پیشگفتار 47
3-2- حفاظت کاتدی بوسیله جریان اعمالی 48
3-3- فاکتو رهای مورد نظر جهت طراحی سیستم حفاظت کاتدی: 49
3-4- رابطه مقاومت ، جریان و پتانسیل با یکدیگر: 51
3-5- اندازه گیری پتانسیل و شدت جریان: 54
3-6- اندازه گیری مقاومت زمین : 57
3-7- طراحی بستر آندی و نصب ایستگاه حفاظت: 60
3-8- نظارت بر سیستم حفاظت کاتدی: 65
3-9- آندهای فدا شونده : 68
3-10- پوشش کردن خطوط لوله 70
فصل 4- کاربرد حفاظت کاتدیک در پیشگیری از خوردگی خطوط انتقال نفت و گاز 75
4-1- مقدمه 75
4-2- مهمترین واکنشهای اکسید و احیا 78
4-3- منابع 80
فصل 5- پایش خوردگی خطوط لوله نفت و گاز از طریق سیستم های مخابراتی 81
5-1- مقدمه 81
5-2- روشهای تبادل اطلاعات در پایش از راه دور 82
5-3- انتخاب تکنولوژی پایش حفاظت کاتدی 86
5-4- جمع بندی 87
5-5- منابع 88
فصل 6- معرفی روش های جدید حفاظت از خوردگی کف مخازن نفت و مایعات گازی 89
6-1- مقدمه 89
6-2- مشکلات روش های حفاظت کاتدی: 89
6-3- روش های جدید حفاظت خوردگی کف مخازن 91
فصل 7- کاربرد معیارهای اطمینان حفاظت کاتدیک در پروژه های صنایع نفت، گاز و پتروشیمی 94
7-1- مقدمه 94
7-2- معیارهای اطمینان از حفاظت کاتدی 94
7-3- جمعبندی 98
7-4- مراجع 98
مقدمه
هزینه سنگین ایجاد خطوط لوله با توجه به شرایط بد جغرافیایی ایران ایجاب می کند که از این خطوط لوله حفاظت و نگهداری به عمل آید. خطوط لوله ای که محتوی مواد خطرناک و آتش زاست ، در صورت عدم رعایت نکات فنی در هنگام طراحی و نصب تجهیزات حفاظت از خوردگی، می تواند خطرات جانبی و مالی زیادی را بدنبال داشته باشد.
الف) خوردگی لوله ها در هنگام ساخت : ورق های فولادی تحت تاثیر نیروی پرس قرار می گیرند که گاهی تاثیر این نیروها سبب فشردگی و ناهمگنی درون شبکه فلزی می شود. در این حالت تنش داخلی در ورقه فولادی بوجود می آید که به خوردگی آن در محیط الکترولیتی کمک می کند. قسمت جوشکاری ورقه ها تاثیر گرمایی که هنگام عمل جوشکاری روی دو قسمت مجاور جوش می گذارد ورقه فولادی را نسبت به خوردگی حساس می کند.نوع عمل جوشکاری نیز در بوجود آمدن تغییر در ساختمان کریستالی موثر است بطوری که اگر جوشکاری با قوس الکتریکی باشد مدت زیادی گرما روی قسمت مجاور تاثیر می کند ولی اگر جوشکاری موضعی با جرقه الکترود معمولی باشد مدت کمتری گرما در محل باقی می ماند.آزمایشی که برای اطمینان از بی عیب بودن خطوط لوله به لحاظ جوشکاری در هنگام راه اندازی خطوط لوله انجام می شود ، آزمایش فشار هیدرواستاتیک می باشد که فشاری بیشتر از فشار طراحی شده بوسیله آب به خطوط لوله وارد می کنند تا نقاط جوشکاری شده ای که دارای عیوب هستند بوسیله نشت آب مشخص گردند.
ب) خوردگی لوله ها در هنگام بهره برداری : این خوردگی ها به دو قسمت عمده تقسیم می شوند: 1)خوردگی های داخل لوله : این خوردگیها توسط مواد شیمیایی خورنده موجود در نفت و گاز بوجود می آیند. از عمده ترکیبات شیمیایی موجود در نفت و گاز که باعث خوردگی های داخلی می شوند می توان ترکیبات : گوگردی، دی اکسیدکربن، اکسیژن و آب همراه نفت و گاز را نام برد. مقدار گوگرد در نفت بستگی به منطقه ای دارد که در آنجا نفت تشکیل گردیده است. گاز هیدروژن سولفوره به تنهایی باعث خوردگی نمی شود اما زمانی که با قطرات آب همراه گردد تشکیل اسید را می دهد و باعث خوردگی می گردد و هنگامیکه با گازهای دی اکسیدکربن و اکسیژن همراه باشد خوردگی بسیار شدیدتر می شود.
- روش های تعیین میزان خوردگی درون لوله ها
روش پروب : این روش بدین صورت است که با توجه به تغییری که در مقاومت عنصر پروب در زمانهای مختلف ظاهر می شود مقدار خوردگی را می توان مشخص کرد. خوردگی با از بین بردن مقداری از عنصر پروب باعث افزایش مقاومت الکتریکی عنصر می شود و هرچه خوردگی افزایش یابد ، مقاومت الکتریکی نیز افزایش می یابد. این تغییرات پس از مدت زمانی محاسبه و میزان خوردگی آن مشخص خواهد شد.
روش کوپن گذاری : کوپن قطعه فلز کوچک با وزن مشخص می باشد که درمسیر جریان سیال قرار می گیرد تا در یک مدت زمان مشخص خورده شود و سپس آن را از سیستم خارج می کنند و با توجه به میزان وزن کاسته شده ، سرعت و میزان خوردگی را تعیین می کنند.
2) خوردگی های بیرون لوله : این نوع خوردگی ها بستگی به عوامل طبیعی و شرایط محیطی اطراف لوله دارند که این عوامل را بطور کامل نمی توان از بین برد اما باید تلاش نمود تا آنها را به حداقل رساند. این عوامل عبارتند از :
- خاکی که لوله در آن مدفون است .
- آبرفتها و مرداب ها و زمین های سنگ لاخی که لوله ها از میان آنها می گذرند.
خاکها از نظر ترکیب شیمیایی ، PH، میزان رطوبت و اندازه دانه ها با هم اختلاف دارند. اختلاف اندازه دانه های خاک باعث تفاوت هواگیری و میزان رطوبت آنها می شود. هرچه خاک دانه های درشت تری داشته باشد ، هوا و رطوبت بیشتری جذب می کند و خوردگی افزایش می یابد. خوردگی میکروبی ، یکی دیگر از عواملی است که در خاکها باعث خوردگی می شود. این موجودات به سبب ترشح مواد شیمیایی بر روی لوله اثر گذاشته و خوردگی ایجاد می کنند و این نوع خوردگی بیشتر در خاکهای غیرهوازی مشاهده می شود و معمولا شامل یک نوع باکتری احیا کننده سولفاتی می باشد که در خاکهای اسیدی حاوی سولفات یافت می شوند که یونهای سولفات را به سولفور احیا می کنند.بنابراین به پوشش های بسیار خوب برای جلوگیری از این نوع خوردگی نیاز می باشد.
برای لوله های کارگذاشته شده در خاک، جریان های الکتریکی سرگردان بدترین نوع خوردگی را ایجاد می کنند. چنین جریانهایی معمولا از سیستم حفاظت کاتدی، سیستم حمل و نقل برقی ، کارگاههای آبکاری الکتریکی و وسایل جوشکاری ناشی می شوند.
- راه های پیشگیری از خوردگی لوله ها
همانطور که در قبل اشاره شد خوردگی لوله ها به دو قسمت عمده ، داخل و بیرون لوله تقسیم گردید. ابتدا به راهکار پیشگیری از خوردگی داخل لوله اشاره می کنیم.
عمده ترین سیستم حفاظت از خوردگی های داخل لوله ها که در صنعت نفت و گاز بکار می روند استفاده از ممانعت کننده ها می باشد. ممانعت کننده ها موادی هستند که وقتی به مقدار کم به یک محیط خورنده اضافه می شوند سرعت خوردگی را کاهش می دهند در واقع ممانعت کننده ها یک کاتالیزور بازدارنده می باشند. ممانعت کننده ها که مواد آلی می باشند با تشکیل پوسته نازک و نفوذ ناپذیر روی سطح لوله با ایجاد اختلال در یکی از واکنش های کاتدی یا آندی مانع از خوردگی می گردند. ممانعت کننده ها از نظر نوع فلز ، محیط خورنده ، درجه حرارت و غلظت معمولا منحصر به فرد هستند . در صورتیکه غلظت ممانعت کننده کمتر از اندازه کافی باشد ممکن است خوردگی هایی مانند خوردگی موضعی تسریع یابد بنابراین اگر غلظت ممانعت کننده کمتر از مقدار کافی باشد ، خسارت بیشتر از زمانی خواهد بود که ممانعت کننده بکاربرده نشده است و برای پرهیز از این خطر بایستی غلظت بطور متناوب تعیین گردد.
روش هایی که برای حفاظت قسمت بیرونی لوله ها بکار برده می شود پوشش های مناسب و سیستم حفاظت کاتدی است . حفاظت کاتدی را می توان به تنهایی بکار برد اما به جریان زیادی نیاز است بنابراین بهترین روش آن است که از یک لایه محافظ مناسب استفاده کرده و بوسیله حفاظت کاتدی آنرا تقویت کنیم. در نواحی آندی از فلز که جریان الکتریسیته از آن به محیط اطراف خارج می شود خوردگی اتفاق می افتد و از نقاط کاتدی که جریان از محیط اطراف به لوله می رسد خوردگی صورت نمی گیرد. بنابراین اگر جریان الکتریسیته از طرف محیط به تمام سطح لوله برسد دیگر خوردگی نخواهیم داشت و بدین ترتیب کل لوله، کاتدی خواهد بود.
حفاظت کاتدی به دو شیوه اعمال می گردد : 1) جریان اعمالی 2) آند فداشونده
در اینجا به بررسی حفلظت کاتدی بوسیله جریان اعمالی می پردازیم. حفاظت کاتدی از این طریق در حقیقت ساخت و کنترل یک سلول خوردگی بزرگ است .همانطور که در شکل 1 مشاهده می گردد در این سلول پایانه منفی جریان مستقیم به خط لوله و پایانه مثبت به یک رسانای مصرف شدنی دفن شده وصل می شود و این رسانا آند نامیده می شود. جریان مستقیم معمولا از طریق یک یکسو کننده به لوله وارد می گردد و در حقیقت یک مدار الکتریکی بوسیله عبور جریان توسط خاک از آند به خط لوله بوجود می آید.
استرس شغلی و راه های پیشگیری از آن