ما مدى معرفتك بتآكل المعدات الكيميائية وطرق حمايتها؟

Thread Content

مع تطور الاقتصاد، يزداد الطلب على المنتجات الكيميائية باستمرار، وبالتالي يعمل المزيد من معدات الإنتاج بأكثر من طاقتها المصممة لها. لذلك، أصبح من الضروري بالنسبة للشركات الكيميائية في جميع أنحاء العالم منع حدوث أعطال في المعدات نتيجة التآكل، وذلك لتجنب الخسائر الناجمة عن ذلك. يعتقد العديد من الخبراء أن تدابير حماية المواد ومكافحة التآكل تُعد ضمانًا مهمًا لتقليل تكاليف الصيانة وضمان تشغيل المصانع بشكل آمن ومستقر. 　　يمكن ملاحظة التلف الناتج عن التآكل في كل مكان، وتحدث حوادث التآكل بشكل متكرر. ويرجع ذلك، إلى جانب الطبيعة التلقائية للتآكل نفسه، إلى درجة كبيرة إلى قلة تقدير الناس لخطورة التآكل، وعدم فهمهم الكامل لأهمية الوقاية منه، بالإضافة إلى نقص المعرفة اللازمة في مجال علوم التآكل والوقاية منه، وعدم اتخاذ تدابير وقائية، أو اتخاذ تدابير غير مناسبة للوقاية من التآكل. 　　توجد في مصانع الإنتاج الكيميائي وسائط مسببة للتآكل بشكل شائع، وتتعرض معدات الآلات الكيميائية للتآكل بشكل أكثر حدة مقارنة بمعدات الصناعات الأخرى. وفي القطاع الصناعي، غالبًا ما يكون معدل تآكل معدات مصانع الإنتاج الكيميائي أسرع مقارنة بالصناعات الأخرى. لذلك، من الضروري اتخاذ تدابير فعالة لمنع التآكل، من خلال الأخذ في الاعتبار جوانب التصميم والبناء والحماية أثناء التشغيل، بهدف تحسين قدرة المنع وإطالة عمر المعدات. إن تحسين قدرة معدات الهندسة الكيميائية على مقاومة التآكل له أهمية كبيرة في مجالات الإنتاج الكيميائي المعاصرة. أولاً، بخصوص التآكل: تعريف التآكل: هو تدمير المواد نتيجة للتفاعلات الكيميائية أو العوامل الكيميائية. على المستوى البسيط، يحدث التآكل بسبب التفاعلات الكيميائية والكهروكيميائية بين المادة والبيئة المحيطة بها، مما يؤدي إلى تلف وظائف المادة نفسها إلى حد ما. بعد تعرض معدات الصناعات الكيميائية للتآكل، يمكن أن تتغير خصائصها المختلفة مثل لونها وشكلها وخصائصها الميكانيكية إلى درجات متفاوتة، مما يؤدي إلى تلف هذه المعدات بالإضافة إلى هدر كبير في الطاقة والموارد. وهذا بدوره يؤثر بشكل كبير على تكاليف الإنتاج في الشركات الكيميائية، مما يسبب لها خسائر اقتصادية. لذلك، فإن اتخاذ تدابير وقائية فعالة ضد التآكل، وتحسين قدرة معدات الصناعات الكيميائية على مقاومة التآكل، يُعد من المشاكل الرئيسية التي تواجه مجالات الإنتاج في الصناعات الكيميائية في الوقت الحالي. 2 تصنيف التآكل: التآكل هو ظاهرة تدمير المادة نتيجة تفاعلها مع البيئة المحيطة بها. 　　ينقسم التآكل حسب نوع المادة إلى تآكل المعادن وتآكل غير المعادن. 　　ينقسم التآكل حسب شكل السطح إلى تآكل كامل وتآكل موضعي ； يشمل التآكل الموضعي أيضًا تآكل الثقوب الصغيرة، والتآكل الناتج عن الإجهاد، وتآكل الفجوات، والتآكل الكهربائي، والتآكل الناتج عن الاحتكاك، وغيرها ； 　　يمكن تصنيف تآكل المعادن حسب آلياته إلى تآكل فيزيائي، وتآكل كيميائي، وتآكل كهروكيميائي، وغيرها. 　　التآكل الفيزيائي: هو تدمير المادة نتيجة لتأثيرات فيزيائية بحتة، وعادةً ما ينتج عن الذوبان أو النفاذ، مثل ذوبان الحاويات المصنوعة من المعادن المنصهرة، أو ذوبان ونفاذ الملح المنصهر أو القلويات المنصهرة في الحاويات. 　　التآكل الكيميائي: التلف الناتج عن التفاعل الكيميائي المباشر بين المعادن والمواد غير الكهرلية. عملية التآكل هي تفاعل أكسدة-اختزال بحت، حيث تصطدم ذرات وسط التآكل مباشرة بذرات سطح المعدن لتكوين منتجات التآكل، ولا يتم إنتاج تيار كهربائي خلال هذا التفاعل، وهو ما يتوافق مع قوانين الديناميكا الكيميائية. 　　التآكل الكهروكيميائي: التلف الناتج عن التفاعل الكهروكيميائي بين المعدن ومحلول الإلكتروليت. في عملية التفاعل، يفقد الأنود الإلكترونات بينما يكتسب الكاثود الإلكترونات، بالإضافة إلى تدفق الإلكترونات (التيار)، وتتوافق هذه العملية مع قوانين الديناميكا الكهروكيميائية. ٣ أضرار التآكل في صناعة الكيماويات، تُعد المعادن المادة الأساسية في تصنيع المعدات، ونظرًا لتعرضها المستمر لوسائط تآكلية قوية مثل المحاليل الحمضية والقاعدية والأملاح والمذيبات العضوية والغازات المؤكسدة، فإنها تتعرض للتآكل. لا يسبب التآكل خسائر فادحة في المعادن والسبائك فحسب، مما يؤثر على عمر الأجهزة، بل يقلل أيضًا من فترات صيانة الأجهزة، مما يزيد من الوقت غير المستغل في الإنتاج وتكاليف الإصلاح ； يزيد التآكل من حدة ظواهر التسرب والتسربات في المعدات والأنابيب، مما يسبب خسائر كبيرة في المواد الخام والمنتجات النهائية، ويؤثر على جودة المنتجات، ويلوث البيئة، ويشكل خطرًا على صحة الإنسان ； تؤدي حوادث مثل انفجار المعدات والحرائق الناجمة عن التآكل إلى تدمير المعدات وتوقف الإنتاج، مما يسبب خسائر اقتصادية هائلة بل ويهدد حياة الأشخاص أيضًا. ثانيًا: تدابير مكافحة التآكل في المعدات الكيميائية
تشمل تقنيات مكافحة التآكل المستخدمة حاليًا: تطوير مواد مقاومة للتآكل، وتقنيات حماية السطوح من التآكل، وتقنيات إبطاء عملية التآكل، بالإضافة إلى الحماية الكهروكيميائية. ١. تطوير مواد مقاومة للتآكل: معظم المواد المستخدمة في صناعة المعدات الميكانيكية العامة هي فولاذ الكربون العادي، ومميزاته انخفاض سعره وسهولة توافره وقابليته للمعالجة. في الظروف العادية، لا يشكل التآكل خطرًا كبيرًا عليه، ولكن عند استخدامه في بيئات صناعة الكيماويات التي تحتوي على مواد مسببة للتآكل بتركيزات عالية، فإن قدرته على مقاومة التآكل ضعيفة، مما يجعله عرضة للتلف بسبب التآكل. مثل فولاذ Q235 المستخدم بشكل شائع، فإن معدل تآكله في البيئات التي تحتوي على غازات حمضية أو رذاذ ملحي يصل إلى 0.5–1.0 مم/سنة. وتقوم الشركات بطلاء أجزاء المعدات بشكل دوري لحمايتها من التآكل، لكن في حال ظهور خدوش أو تساقط جزئي في طبقة الطلاء، فإن ذلك يؤدي إلى حدوث تآكل كهروكيميائي يتوسع باستمرار، مما يقلل من عمر المعدات. لذلك، لا ينبغي للشركات الكيميائية استخدام هذا النوع من الفولاذ كمادة خام للمعدات الميكانيكية. ويجب استخدام الفولاذ المقاوم للتآكل مثل 16MnCu و09MnCuPTi وغيرها من أنواع الفولاذ ذات المحتوى المنخفض من السبائك، كمواد أساسية لصناعة المعدات. على الرغم من أن هذا النوع من الفولاذ أغلى من النوع السابق، إلا أن الفوائد الاقتصادية الإجمالية له أعلى بكثير. تُظهر الإحصائيات أن عمر الأجهزة المصنوعة من الفولاذ ذو المسبوكات المنخفضة يكون 2 إلى 3 أضعاف عمر الأجهزة المصنوعة من الفولاذ الكربوني العادي، ولذلك فإن نسبة الجودة مقابل السعر لدى الفولاذ ذو المسبوكات المنخفضة أعلى بكثير. 　　يُعد تطوير المواد المقاومة للتآكل نقطة الانطلاق لتقدم تقنيات مكافحة التآكل، وكل تقدم تقني في مختلف العصور البشرية مرتبط ارتباطًا وثيقًا به. تنقسم المواد المقاومة للتآكل بشكل رئيسي إلى مواد معدنية، ومواد بوليمرية، ومواد غير معدنية غير عضوية. 　　تُعد المواد المعدنية والسبائك من المكونات الأساسية للمواد الهيكلية، حيث يحتل الفولاذ مكانة رئيسية فيها، لكن تتمتع خصائص مقاومة التآكل لدى الفولاذ بقيود معينة. شهد تطوير واستخدام المعادن المركبة ذات الأداء العالي والمعادن غير الفلزية تقدمًا سريعًا، مما ساعد إلى حد ما في حل مشاكل التآكل المحلي والتآكل في البيئات الخاصة. مثل السبائك المقاومة للتآكل ذات المحتوى العالي من الموليبدينوم، والفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور، والفولاذ المقاوم للصدأ من النوع الفيريتي عالي النقاء، والسبائك القائمة على النيكل، والفولاذ المخلوط منخفض التركيز، بالإضافة إلى التيتانيوم وسبائكه. تُستخدم المواد غير المعدنية المقاومة للتآكل على نطاق واسع حاليًا في الإنتاج الكيميائي، سواء في الداخل أو الخارج. تتمتع المواد غير المعدنية بخصائص مقاومة ممتازة للتآكل، بينما يمكن تحسين خصائصها الميكانيكية من خلال طرق مثل التقوية، وقد ظهر اتجاه في بعض المجالات نحو استبدال الفولاذ بها. المواد التي يتم تطويرها حاليًا مثل: البلاستيك المقاوم للتآكل، الفايبرغلاس، الجرافيت، الزجاج المعالج، والسيراميك الهندسي. من بين الوسائل المستخدمة حاليًا لمقاومة التآكل، فإن تكلفة طبقات الحماية على السطوح وتقنيات تحسين خصائص سطوح المعادن تشكل حوالي 87% من إجمالي تكاليف مقاومة التآكل. إن استخدام تقنيات الحماية المناسبة للسطوح هو وسيلة ضرورية لزيادة عمر الأجهزة، وتقليل تكاليف الصيانة، بالإضافة إلى تحسين مستوى إدارة الأجهزة. في الوقت نفسه، ساعد استخدام تقنيات الحماية من التآكل السطحي في **تحسين قدرة المادة بأكملها على مقاومة التآكل. تشمل تقنيات الحماية من التآكل السطحي المستخدمة بشكل شائع في الصناعات الكيميائية والبتروكيميائية الطلاء والتغليف والطلاء الكهربائي والتغلغل، بالإضافة إلى مختلف التقنيات المتقدمة التي ظهرت في السنوات الأخيرة، ومن بينها يُعد الطلاء والتغليف الأكثر استخدامًا. 　　2.1 الطلاءات المقاومة للتآكل لطالما كان تطوير الطلاءات المقاومة للتآكل مجالًا يحظى باهتمام كبير في البحث العلمي. وفي الصناعة الكيميائية، تُستخدم هذه الطلاءات بشكل أساسي في جدران المباني والمنشآت والأجهزة والخزانات من الداخل والخارج، بالإضافة إلى خطوط نقل المياه والنفط والغاز. ووفقًا للإحصائيات، فإن سبب تلف طبقات الحماية من التآكل يعود في حوالي 75% من الحالات إلى عدم معالجة سطح المادة بشكل صحيح، ولذلك فإن التركيز على جودة معالجة السطح أمر ضروري للغاية. هناك عدة أنواع من الطلاءات ذات الإمكانيات الكبيرة للتطور، مثل الطلاءات الغنية بالزنك، والطلاءات المقاومة للتآكل الشديد، والطلاءات المقاومة لدرجات الحرارة العالية، والطلاءات الخزفية، والطلاءات التي تساعد في إخفاء الصدأ، بالإضافة إلى الطلاءات المصنوعة من الراتنجات الفلورية. وهذه الطلاءات هي التي يتم دراستها بشكل مكثف على المستوى الدولي في الوقت الحالي. 　　2.2 تقنية الطلاء الداخلي والأنابيب المركبة تستخدم تقنية الطلاء الداخلي مواد ذات قوة عالية (مثل الفولاذ الكربوني، والبلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية، والحديد المصبوب، إلخ) كمواد هيكلية، بينما يتم استخدام مواد ذات خصائص مقاومة عالية للتآكل كطبقة داخلية. تنقسم تقنيات البطانات إلى بطانات محكمة وبطانات غير محكمة، وتركز الدول الأجنبية على تطوير تقنية البطانات المحكمة. تُستخدم تقنية الطلاء الواقي بشكل شائع في المعدات الكيميائية والأنابيب وغيرها. 　　2.3 تقنيات التشطيب السطحي الأخرى: يُستخدم الطلاء الكهربائي والطلاء الكيميائي في تطبيقات مقاومة التآكل الكيميائي، ومن أبرز أنواع الطلاء الكهربائي طلاء الكروم وطلاء الزنك وطلاء النيكل. يُعد تثبيت طبقة الزنك من المجالات النشطة للغاية؛ فقد أدى استخدام طبقات التثبيت الملونة المحتوية على كميات قليلة من الكروم أو بدون كروم، بالإضافة إلى طبقات التثبيت السوداء والخضراء، وكذلك الطبقات ذات التثبيت القوي (التي تحتوي على راتنج السيليكون أو راتنجات أخرى)، إلى تحسين مقاومة طبقة الزنك للتآكل في بيئات الهواء البحري والصناعي، بالإضافة إلى بيئات المياه الصناعية ومياه الأنهار. الطلاء الكيميائي هو تقنية تُستخدم فيها أملاح المعادن والمواد المختزلة في نفس المحلول لإجراء تفاعلات أكسدة-اختزال ذاتية التحفيز، مما يؤدي إلى ترسيب طبقة من المعدن على سطح الجسم الصلب. سبائك النيكل والفوسفور المطلية كيميائيًا، بالإضافة إلى سبائك النيكل الثلاثية، تتمتع هذه المنتجات بمقاومة أفضل للتآكل مقارنة بالمنتجات المطلية كهربائيًا، كما أن لديها خيارات أكثر. وهي من أسرع عمليات المعالجة السطحية تطورًا حاليًا، سواء في الداخل أو الخارج. 　　الرش: الرش هو تقنية تُستخدم فيها اللهب أو البلازما أو القوس الكهربائي لإنتاج طبقة سطحية مقاومة للتآكل والتآكل على المواد والمنتجات، سواء كانت من المعادن أو السبائك أو المواد غير العضوية أو العضوية. 　　المعالجة الحرارية الكيميائية: لقد تم استخدام المعالجة الحرارية الكيميائية، وخاصة عمليات تغطية السطوح بالألومنيوم أو الكروم، على نطاق واسع في مجال حماية الآلات الكيميائية من التآكل خلال العقد الماضي. 　　الفوسفاتة: تُعد الفوسفاتة عملية معالجة أساسية قبل الطلاء، وقد تم استخدامها لسنوات عديدة. خلال العقد الماضي تقريبًا، أحدثت عمليات الفوسفاتة بالمعادن القلوية ثلاثية التركيب في درجات حرارة منخفضة أو درجات حرارة الغرفة تقدمًا نوعيًا في تقنيات الفوسفاتة. 3 الحماية الكهروكيميائية: تعني الحماية الكهروكيميائية استخدام تيار كهربائي خارجي لتغيير جهد التآكل لدى المعادن (بما في ذلك السبائك)، وبالتالي تقليل معدل تآكلها. يمكن تقسيم الحماية الكهروكيميائية إلى حماية كاثودية وحماية أنودية. لقد حظيت تقنيات الحماية الكهروكيميائية باهتمام واسع وتطبيق واسع في مجال مكافحة التآكل في الصناعات الكيميائية، وهي وسيلة فعالة واقتصادية وعملية لمكافحة التآكل. 　　الحماية الكاثودية تتم عن طريق تمرير تيار كاثودي كافٍ على سطح المعدن، مما يجعل جهد المعدن سالبًا ويقلل من سرعة ذوبانه. عادةً، لا ينبغي أن تكون البنية الهيكلية للأجهزة المحمية معقدة للغاية؛ ففي الأجهزة ذات البنية المعقدة، يكون كثافة التيار عالية بالقرب من الأنود المساعد، بينما تكون كثافة التيار منخفضة بعيدًا عنه، مما يؤدي إلى عدم حصول الجهاز على تيار حماية كافٍ. بل إنه لا يوفر أي حماية، مما يؤدي إلى ما يُسمى بـ "ظاهرة الحجب". يُستخدم الحماية الكاثودية بشكل أساسي في الهياكل المعدنية الموجودة في المياه والتربة، لكن يجب استخدامه عادةً في البيئات التي تتميز ببنية معدات بسيطة وقدرة منخفضة على تآكل المواد. يمكن للحماية الكاثودية، بالإضافة إلى منع التآكل المتساوي العادي، أن تمنع أيضًا التآكل النقطي في بعض المواد، والتآكل بين البلورات، والتآكل الناتج عن الصدمات، والتآكل الانتقائي وغيرها. 　　يتمثل الحماية بالأنود في ربط الجزء المعدني المراد حمايته بالقطب الموجب لمصدر تيار مستمر خارجي، مما يؤدي إلى قطبنة الجزء المعدني كأنود في محلول الإلكتروليت إلى جهد معين، وبذلك يتم تحقيق حالة من الخمول المستقر، مما يؤدي إلى كبح تفكك الأنود وانخفاض سرعة التآكل بشكل كبير، وبالتالي حماية الجهاز. بالنسبة للمعادن التي لا تتمتع بخصائص القابلية للتشكيل، لا يمكن استخدام الحماية الأنودية. يُستخدم بشكل رئيسي في: 1. المنشآت المستخدمة في إنتاج كبريتات الحديد، مثل خزانات الفولاذ الكربوني، وأنواع مختلفة من مبادلات التبريد، وأجهزة تصنيع ثلاثي أكسيد الكبريت، وغيرها. 2. المنشآت في محاليل الأمونيا وأملاح الأمونيوم، مثل أبراج التكربن وخزانات تخزين الأمونيا. 　　في الوسط ذو الخاصية الأكسدة القوية، يُفضل أولاً استخدام الحماية الأنودية ； عندما يكون من الممكن استخدام الحماية الأنودية أو الحماية الكاثودية، وعندما لا يكون هناك فرق كبير في فعالية كل منهما، فيجب إعطاء الأولوية لاستخدام الحماية الكاثودية ； إذا لم يكن من الممكن تجاهل تأثير الهشاشة الناتجة عن الهيدروجين، فيجب استخدام الحماية الأنودية. ٤. المواد المخففة: المواد المضادة للتآكل هي مواد يمكنها، حتى في التركيزات المنخفضة جدًا، أن تقلل من سرعة تآكل المعادن في الوسائط المسببة للتآكل. يمكن أن يكون هذا المركب مركبًا واحدًا، أو مركبًا مركبًا مكونًا من عدة مركبات. في صناعة الكيماويات، يُستخدم المواد المضادة للتآكل بشكل أساسي لمنع تآكل أنظمة المياه المستخدمة في التبريد الصناعي، بالإضافة إلى منع التآكل أثناء عمليات التنظيف الكيميائي (التنظيف بالأحماض) للمعدات الكيميائية والأنابيب والغلايات وغيرها. كما يُستخدم كمية قليلة منه في الوقاية من التآكل أثناء عمليات الإنتاج. 　　مواد مضادة للتآكل لأنظمة المياه المستخدمة في التبريد الصناعي: في عمليات الإنتاج الكيميائي، يتم استخدام كميات كبيرة من المياه للتبريد، وبسبب عملية التهوية، يذوب كمية كبيرة من الأكسجين في المياه، مما يؤدي إلى تآكل شديد. نظرًا لأن التآكل يؤدي أيضًا إلى تدهور جودة المياه وإهدار موارد المياه الثمينة، فإن استخدام مواد مضادة للتآكل للوقاية منه يحقق فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة. 　　مواد التثبيط المستخدمة في التنظيف الكيميائي: تتعرض المعدات الكيميائية والأنابيب والغلايات وغيرها لتأثيرات كيميائية أو فيزيائية أو بيولوجية، مما يؤدي إلى تراكم الأوساخ على سطحها (مثل الرواسب والصدأ والزيوت والرواسب البيولوجية). يُطلق على عملية إزالة هذه الأوساخ باستخدام طرق كيميائية لإعادة السطح إلى حالته الأصلية اسم التنظيف الكيميائي. ثالثًا: الخاتمة
باختصار، في عملية الإنتاج في المؤسسات الكيميائية، تعتبر الآلات الكيميائية معدات ضرورية لضمان سير الإنتاج بشكل طبيعي. كما أن مشاكل مقاومة التآكل التي تواجه هذه الآلات أصبحت موضوع اهتمام واسع في المجالات الإنتاجية المتعلقة بالصناعة الكيميائية. لقد أصبح تحسين قدرة معدات الصناعات الكيميائية على مقاومة التآكل، وإطالة عمرها الافتراضي قدر الإمكان، بالإضافة إلى تقليل تكاليف الإنتاج لدى الشركات الكيميائية، من المشاكل الرئيسية التي تواجه قطاع الإنتاج الكيميائي في الوقت الحالي.