خوردیکگی های سیستم خنک کن

توصیف اولیه: همانگونه که عنوان شد خوردگی وقوع زوال فلز بدلیل تماس آن با آب برج خنک کن است.خوردگی زمانی رخ می د هد که جریان الکتریکی توسط آب (الکترولیت) از بخشی از فلز (آند) به سمت بخش دیگری از فلز (کاتد) جاری شود. در موضع خروج جریان از فلز (آند) خوردگی روی می دهد اشکال خوردگی مرتبط با سیستمهای آب صنعتی در شکل 10-1 نشان داده شده اند.

تعاريف اصلی درخوردگي

خوردگی Corrosion  : تخريب يا زوال يك ماده يا يك فلز در اثر واكنش هاي الكتروشيميايي با محيط اطراف خودش .

 Corrosion Rate: سرعتي كه ميزان پيشرفت خوردگي را نشان مي دهد برحسب MDD ( ميلي گرم بر دسي متر مربع و برروز ) كه در واقع ميزان وزن از دست رفته درواحد سطح درروز مي باشد يا  MPY  ( هزارم اينچ در سال ) كه تغيير ضخامت در سال را نشان مي دهد.

 

 

 

شکل 10-1- فرمهای خوردگی

طبقه­بندی انواع خوردگی براساس ظاهر فلز خورده شده

تشخیص نوع خوردگی براساس شکل ظاهری، در اکثر موارد با استفاده از چشم غیر مسلح مقدور می­باشد. گرچه در برخی موارد استفاده از ذره­بین یا میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی کم به این بررسی کمک می­کند و حتی در برخی  موارد ضروری است.از این منظر به­طور کلی خوردگی می­تواند یکنواخت یا موضعی باشد.

 

از نظر شکل خوردگی، 8 نوع منحصر به­فرد خوردگی وجود دارد که عبارتند از:

 

1-خوردگی یکنواخت یا سرتاسری (Uniform) 2-خوردگی گالوانیک یا دوفلزی (Galvanic)
3-خورگی شیاری (Crevice) 4-خوردگی حفره­ای (Pitting)
5- خوردگی سایشی (Erosion-Corrosion) 6- خوردگی بین دانه­ای (Intergranular)
7- جدایش انتخابی (Selective Leaching) 8-خوردگی توأم با تنش (Stress Corrosion)

 

درادامه شرح کوتاهی براین موارد وانواع دیگری از خوردگی ها خواهیم داشت

  • خوردگي يكنواخت يا سرتاسري ( تخريب يكنواخت برسطح فلز مشخص مي باشد ).

معمول ترين و متداولترين نوع خوردگي بوده كه بوسيله يك نوع واكنش شيميايي يا الكتروشيميايي بطور يكنواخت در سرتاسر سطحي كه در تماس با محلول خورنده قراردارد مشخص مي شود فلز نازك ونازكتر شده و از بين ميرود مثلاً ك قطعه فولاد يا روي در اسيد سولفوريك معمولاً با سرعت يكساني درتمام نقاط قطعه خورده خواهد شد اين نوع خوردگي از نظر تن آژ فلز خورده شده بالاترين رقم را دارد و مي توان با انتخاب مواد و پوشش مناسب و حفاظت كاتدي آن را متوقف يا كند كرد.

  • خوردگي گالوانيكي يا دوفلزي: زماني كه دو فلز غير همجنس كه در تماس الكتريكي با يكد يگر هستند، در معرض يك محلول هادي قرار مي گيرند، فلز مقاومتر خورده نمي شود، اما آهنگ خوردگي فلز فعالتر كه مقاومت خوردگي كمتري دارد، افزايش مي يابد. به علت وجود جريان هاي الكتريكي بين فلزات غيرهمجنس، اين نوع خوردگي، گالوانيك يا دو فلزي ناميده مي شود.
  • خوردگي شياري : وقتي دو فلز غير همجنس در تماس الكتريكي بايكديگر دريك محلول هادي يا خورنده قرار بگيرند اختلاف پتانسيل بين آن دو باعث برقراري جريان الكترون بين آنها مي شود فلز با مقاومت خوردگي و اختلاف پتانسيل كمتر آند شده و خورده مي شود و فلز ديگر كاتد شده خورده نمي شود واگرهم خورده شودمقدار خوردگي خيلي كم است بشرطي كه سطح آند بيشتر از سطح كاتد باشد .خوردگي شياري شيار وشكاف ها مناطق مرده اي هستند كه آب در آنها جريان ندارد وپس از مدتي بين اين نقاط و نواحي اطراف اختلاف غلظت اكسيژن بوجود مي آيد . سرعت خوردگي داخل شيارها خيلي زياد بوده و درصورت ادامه منجر به سوراخ شدن ناحيه زيرشيار خواهد شد .
  • خوردگي حفره اي:نوعي خوردگي موضعي است كه اغلب در تجهيزات مربوط به آب به چشم مي خورد و بدليل تشكيل مناطق فعال آندي مي باشد.حفره دارشدن نوعي خوردگي شديد موضعي است كه باعث سوراخ شدن فلز با قطر هاي مختلف مي شود .این نوع خوردگي يكي از مخرب ترين نوع از انواع خوردگي ها بوده كه در اثر سوارخ شدن قطعات فلزي باعث بلا استفاده شدن آنها مي شود در حاليكه كاهش وزن در اين نوع خوردگي ناچيز است .

دراین فرم خوردگی اندازه حفره ها غالباً آنقدر كوچك است كه به سختي مي توان آنها را ديد واغلب بوسيله محصولات خوردگي پوشيده مي شوند.

حفره ها معمولاً در جهت نيروي جاذبه و روي سطوح افقي بوجود وبه سمت پايين رشد مي كنند وتعداد كمتري روي سطح عمودي تشكيل مي شوند. دوره شروع حفره دارشدن معمولاً طولاني بوده وتمايل به خالي كردن زير سطح فلز را دارند .

اكثر انهدام هاي ناشي از حفره دار شدن در اثر كلرور ها ويون هاي حاوي كلر مي باشد به نحوی که  مقاوم ترين آلياژ ها بوسيله كلرور هايCuCl2   و FeCl3   بدون حضور اكسيژن ؛ حفره دار شده وخورده مي شوند.

اصولابوسيله هيدروكسيدها ؛كروماتها و يا نمك هاي سيليكاتي مي توان مانع حفره دارشدن فلز شد.خوردگي حفره اي در محيط خورنده ساكن و مرده اتفاق و درصورت گردش محيط خورنده سرعت اين نوع خوردگي تقليل مي يابد .

  • خوردگي سايشي :اين خوردگي به سرعت سيال مربوط است و ازدو زيرمجموعه برخورد وكاويتاسيون تشكيل مي شود.

دراین حالت ؛ جريان غيريكنواخت وآشفته سيال مخصوصاً اگر حاوي مواد جامد معلق  وگازهاي محلول باشد اغلب فيلم اكسيدي پسيو را بطور فيزيكي تخريب نموده وسبب افزايش خوردگي موضعي مي گرددكه نتيجه اش ايجاد حفره هاي به شكل نعل اسب مي باشد اغلب فلزات در اثر برخورد سيال دچار اين نوع خوردگي مي شوند.

آلياژهاي مس به اين نوع خوردگي مستعدتر بوده بطوريكه سرعت سيال در لوله هاي مسي بايد كمتر از 5 ft/s  باشد و اگر مقدار ذرات جامد معلق و گازهاي حل شده در سيال زيادتر باشد سرعت سيال بايد كمتر از مقدار ياد شده باشد.

برنج آدميرالتي؛ برنز آلومينيوم و آلياژ هاي نيكل ­_ مس  در مقابل پديده برخورد نسبت به ساير آلياژهاي مس مقاوم تر هستند

كاويتاسيون؛ تحت شرايط فشار متغير در آب ها حاوي گازهاي محلول اين خوردگي به چشم مي خورد .

در مناطق فشار پايين سيال گازهاي موجود از حالت محلول بيرون آمده و تشكيل حباب مي دهند كه همراه با جريان آب به مناطق پرفشار حركت نموده  و در اثر ازدياد فشار ؛ روي سطح فلز منفجر مي شوند . نتيجه اين انفجار ايجاد شوك با فشاري به بزرگي چندين هزار psi مي باشد اين شوك هاي شديد به طور فيزيكي فيلم اكسيد محافظ را تخريب نموده ودانه هاي سطح فلز را از جاي خود كنده و حفره ايجاد مي نمايند.

حفرها اغلب عميق بوده و بصورت دايره اي بدون برآمدگي مي باشند . اين خوردگي در بسياري از سطوح پروانه ها ؛ خميدگي هاي تيز در سيستم لوله كشي ها وقسمت هاي شارژ شير و روي مخازن  مي تواند بوجود آيد غلظت بالاي نيتروژن حل شده شرايط را بدتر مي كند استفاده از يك ممانعت كننده  خوردگي كه فيلم مناسبي را تشكيل مي دهد مي تواند به ميزان زيادي اين نوع خوردگي را كاهش دهد.

  • خوردگي بين دانه اي:اگريك فلز در يك شرايط خاص ناپايدار باشد خورده مي شود چون مرزدانه ها تحت شرايط خاصي معمولاً كمي فعالتر از خود دانه ها مي باشد . خوردگي موضعي و متمركز در مرز دانه ها يا نواحي نزديك به آنها ؛ بطوريكه خود دانه ها خورده نشده اند را خوردگي بين دانه اي مي نامند و در نتيجه پيدايش اين نوع خوردگي فلز يا آلياژ پودر شده (دانه وكريستال جدا شده ) و يا استحكام خود را از دست مي دهند.
  • خوردگي جدايش انتخابي: نوعي خوردگي است كه در آن يك جزء از آلياژ تحت تاثير محيط اطراف خود از زمينه خارج و وارد محلول  مي گردد و به سه طريق ذيل حاصل مي شود.

7-1زدايش روي ( حل شدن روي در برنج سبب توده اي از فلز مس با تخلخل هاي كوچك باقي مانده و راسب مي شود)

7-2گرافيته شدن  ( زدايش انتخابي آهن در چدن هاي خاكستري و در نتيجه شبكه اي سست وضعيف از گرافيت به جاري مي ماند و در مرز دانه ها در PH  كم و در اسيدهاي آلوده به گاز سولفيدهيدروژن اتفاق مي افتد  )

7-3آلومينيوم زدائي  ( اين شكل خوردگي در آلياژ آلومينيوم _ برنز و در محيط هاي آبي ديده مي شود )

  • خوردگي غلظتي يا خوردگي زيررسوب:در نتيجه كنترل ضعيف رسوب در سيال بروز كرده سبب كاهش انتقال حرارت و راندمان سيستم مي شود . انباشته شدن رسوبات ومحصولات خوردگي و تجمع آنها سبب برآمدگي ها و نقاط متورم شده و موجب خوردگي موضعي و همچنين سبب انسداد مسير انتقال سيال مي شود . در نتيجه انباشته شدن رسوبات روي فلز ؛ خوردگي با تشكيل پيل هاي اختلاف غلظتي اكسيژن تشديد مي گردد.

آب بالاي رسوب اكسيژن حل دارد و زير رسوب اكسيژن ندارد بنابراين يك پيل اختلاف دمشي تشكيل مي گردد. سطح اكسژن دار كاتد وسطح بدون اكسيژن آند شده و در شرايط نسبتاً نامطلوب ( كاتد بزرگ وآند كوچك ) برقرار وخوردگي زيررسوب شروع وشديد مي شود. محصولات خوردگي بوجود آمده رسوبات بعدي را ايجاد ؛ كه خود منشاء جديدي براي تشكيل پيل هاي جديد اختلاف دمشي ميباشند. برآمدگي هاي رسوبي حاوي غلظت- هاي بالائي از سولفات ؛ كلرايد و ديگر يون هاي خورنده مي باشند .

  • خوردگي غلظتي يا تردي دراثر سود :يكي از نتايج حاصل از خوردگي غلظتي سود ؛ تردي توسط سود مي باشد .فاكتور هاي مهمي كه سبب اين نوع خوردگي مي شوند عبارتند از غلظت زياد سود در تماس با فلز همراه با تنش هاي كششي و فشاري ؛ شيارهاي كه در فلز وجود داشته بخصوص زير ميخ پرچ ها ؛ شرايط ايده آلي را براي تردي فولاد فراهم مي آورند ودر نتيجه در فلز ترك هاي ايجاد مي شودميزان ترديت با عواملي مانند كشش ناشي از انحناء قطعه ؛ تركيب شيميايي فولاد وغلظت محلول قليايي ارتباط دارد . ترك با تردي حاصله كه در اتم هاي مرزدانه اي روي ميدهد مرتبط بوده و محلو ل هاي قليايي غليظ مي توانند سبب اين نوع ترك بين كريستالي شوند.
  • خوردگي تنشي :شكست فلز ناشي از خوردگي بين دانه اي و ميان دانه اي و در يك آلياژ هردونوع شكست ممكن است بوجودآيد كه نوع شكست بستگي بهمحيط خورنده و ساختمان فلز  وشرايط كاري آن دارد .شكست بين دانه اي مربوط به خوردگي در مرزدانه هاست يعني تحت شرايطي مرزدانه ها نسبت به خود دانه آندي شده و فلز از مرزدانه ها خورده مي شود استحكام مكانيكي خود را از دست داده و نهايتاً انهدام وشكست واقع ميگردد. خوردگي SCC  فولادهاي زنگ نزن آستنيتي حساس شده مثالي از اين نوع است.اغلب هنگام ساخت تنش هاي باقيمانده درساختمان فلز ايجاد مي شود كه وقتي در معرض محيط خورنده قرارمي گيرد ترك هاي درجهت عمودبرامتداد تنش ايجاد مي شوند . اين خوردگي  در اثر افزايش درجه حرارت و غلظت يون هاي مهاجم مثل كلرايد تشديد مي شود.
  • خوردگي ميكروبيولوژي :ميكرواركانيزم ها در همه جاي طبيعت ؛درآب ؛ خاك و هوا پراكنده اند. جلبك ها براي رشد به هوا ؛ آفتاب نياز داشته واكسژن ساز هستند و مي توانند واكنش خوردگي را غير قطبي نموده و خوردگي فلز را تسريع نمايند .قارچ ها باعث بدرنگ شدن آب و چوب شده وكلروفيل ندارند وسوخت وساز آنها ازموادآلي ديگرتامين مي شود .باكتريها براي رشد به هوا؛آفتاب نيازداشته واكسژن ساز هستند وحتي مي توانند اسيد توليد كرده و خوردگي فلز را تسريع نمايند .

اصولا در یک برج خنک کن عمده مشکلات خوردگی برپایه موارد زیرمی باشد

a- خوردگی گالوانیکی : هنگامی که دو فلز متفاوت با یکدیگر جفت می شوند، فلزی که در سری گالوانیک بالاتر است، نقش آند را ایفاء کرده و خورده خواهد شد. به عنوان مثال از فولاد و مس، فولاد در نقش آند ظاهر شده و خورده می شود. اگر فولاد و روی در دماهای مرسوم سیستمهای برج خنک کن با هم جفت شوند، روی به صورت آند در می آید و خورده می شود. یکی از متداولترین علل بروز خوردگی گالوانیکی در سیستمهای آب خنک کن، در تماس بودن ترکیب فلزات فولاد و آلیاژ مسی با یکدیگر است. مس محلول حاصل از خوردگی مس می تواند روی سطوح فولادی را پوشانده و یک پیل گالوانیک ایجاد نماید. نتیجه حاصل خوردگی حفره ای است. به دلیل دشواری حفاظت فولاد در قبال پدیده روکش شدن، بهسازی مس برای دور نگهداشتن آن از شرایط خوردگی ضروری است.

b- خوردگی شکافی: در بسیاری مواضع برج خنک کن نظیر نقطه تماس دو ورقه فولادی پیچ خورده با یکدیگر، شکاف وجود دارد. در موضع شکاف شدت جریان محدود می باشد و در نتیجه اکسیژن موجود در آب سریعتر از اکسیژن قابل جایگزینی مصرف می گردد. در این صورت فلز نقش آند را ایفاء نموده و خورده می شود. وضعیت مذکور حالتی از خوردگی پیل غلظتی است.

c- خوردگی رسوبی : عدم مطلوبیت رسوب مربوط به آلودگی، لجن باکتریایی یا حتی ذرات ریزی می باشد که عموماً به شیوه مشابه در درون شکاف جای گرفته اند. فلز قرار گرفته در زیر رسوب احتمالاً نقش آند را ایفاء نموده و خورده می شود. وضعیت نام برده نیز حالت دیگری از خوردگی پیل غلظتی است.

d- خوردگی عمومی : حتی در یک قطعه واحد از فولاد به دلیل اختلاف در ناخالصی و تنش، نواحی آندی و کاتدی ایجاد خواهد شد. به علاوه یک ناحیه کاتدی به دفعات به ناحیه آندی تغییر حالت خواهد داد و یا بالعکس که پیامد آن خوردگی فولاد با نرخی فراتر یا کمتر از حد یکنواخت می باشد.

e- سرعتهای خوردگی : نرخهای خوردگی را برحسب مایل بر سال (mpy) می سنجند. یک مایل یک هزارم یک اینچ است. حاصل ارزیابی نرخهای خوردگی سیستمهای آب خنک کن در جدول 3 آمده است.

در جدول 4 برخی عوامل که موجب افزایش سرعت خوردگی می شوند و قابلیت کنترل آنها به توسط متصدی سیستم آبی نشان داده شده اند.