ضدخوردگی لوله‌های نفتی

لایه‌های محافظ فولادی که به طور گسترده در کشور مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل الاستومر نفتی، جلد PE و جلد پنبه‌ای PE، الاستومر زغال‌سنگی اپوکسی، رنگ سرامیکی زغال‌سنگی، پودر اپوکسی و ساختار ترکیبی سه‌لایه، نوار پوشش سرد الاستومر زغال‌سنگی نوع PF، و نوار پوشش سرد الاستومر زغال‌سنگی نوع RPC می‌باشند. در حال حاضر، رایج‌ترین روش‌های محافظت از لوله‌ها عبارتند از ساختار ترکیبی سه‌لایه PE، اپوکسی پودری تک‌لایه، نوار پوشش سرد نوع PF، و نوار پوشش سرد نوع RPC.

روش‌های محافظت در برابر خوردگی: الف، محافظت با لایه‌پوششی؛ برای محافظت از لوله‌ها، از رنگ‌های مناسب برای پوشاندن سطح فلزی لوله‌های تمیز شده استفاده می‌شود؛ این کار باعث جداسازی سطح لوله از مواد خورنده مختلف می‌شود و یکی از روش‌های اساسی برای محافظت از لوله‌ها محسوب می‌گردد. از دهه ۷۰، به دلیل کشیدن لوله‌ها در محیط‌های سخت مانند مناطق قطبی و اقیانوس‌ها، و همچنین گرم کردن نفت برای انتقال آن که منجر به افزایش دمای لوله‌ها می‌شود، الزامات بیشتری برای عملکرد پوشش‌های لوله‌ها مطرح شده است. بنابراین، از لایه‌های ضدخوردگی در لوله‌ها، به طور فزاینده‌ای از مواد ترکیبی یا ساختارهای ترکیبی استفاده می‌شود. ۱. لایه عایق‌کننده در برابر خوردگی روی دیواره خارجی: انواع مواد لایه‌پوش روی دیواره خارجی لوله‌ها و شرایط استفاده از آن‌ها. ②لایه عایق ضدخوردگی دیواره داخلی: لایه نازکی که برای جلوگیری از خوردگی درون لوله، کاهش مقاومت اصطکاکی و افزایش حجم انتقال مایع، روی دیواره داخلی لوله زده می‌شود. رزین‌های رایج برای پوشش‌دهی، رزین اپوکسی تثبیت‌شده با آمین و رزین اپوکسی پلی‌آمید هستند و ضخامت لایه پوشش بین ۰٫۰۳۸ تا ۰٫۲ میلی‌متر است. برای اطمینان از چسبندگی محکم پوشش به دیواره لوله، باید سطح داخلی لوله تصفیه شود. از دهه ۷۰، روندی وجود دارد که از مواد یکسانی برای پوشش دیواره‌های داخلی و خارجی لوله استفاده شود تا بتوان پوشش‌دهی دیواره‌های داخلی و خارجی را به طور همزمان انجام داد. ③لایه عایق‌بندی و ضدزنگ: بر روی لوله‌های انتقال نفت خام یا سوخت با قطر متوسط و کوچک، برای کاهش اتلاف گرما از لوله به خاک، یک لایه ترکیبی عایق‌بندی و ضدزنگ روی سطح خارجی لوله اعمال می‌شود. ماده عایق رایج، پلاستیک کرم‌مانند پلی‌اورتان سخت است که دامنه دمایی مناسب آن بین –۱۸۵ تا ۹۵ درجه سانتی‌گراد می‌باشد. این ماده دارای بافتی نرم است؛ برای افزایش استحکام آن، یک لایه پلی‌اتیلن با چگالی بالا در خارج از لایه عایق‌بندی قرار داده می‌شود تا ساختاری ترکیبی ایجاد شده و از نفوذ آب‌های زیرزمینی به داخل لایه عایق‌بندی جلوگیری گردد. ب، حفاظت الکتریکی: روشی برای محافظت از فلز در برابر خوردگی، از طریق تغییر پتانسیل الکترودی فلز نسبت به محیط اطراف آن. حفاظت لوله‌های بلندمسافتی با روش الکتریکی تنها شامل حفاظت کاتدی و روش جلوگیری از خوردگی الکتریکی می‌شود. ①محافظت کاتدی: روشی برای قطبی‌سازی فلز مورد نگهداری به صورت کاتد، جهت جلوگیری از خوردگی فلز. استفاده از این روش برای جلوگیری از خوردگی کشتی‌ها، بیش از ۱۵۰ سال سابقه دارد ； اولین بار در سال ۱۹۲۸ در لوله‌کشی‌ها مورد استفاده قرار گرفت؛ در این روش، از اصل فرسایش کاتد در سلول‌های فرسایش فلزی و عدم فرسایش آند، برای جلوگیری از فرسایش فلزات بهره گرفته شد. با استفاده از جریان الکتریکی خارجی، می‌توان سطح فلز تحت محافظت در محلول الکترولیتی را به طور کامل کاتدی پولار کرد؛ در این صورت، خوردگی رخ نخواهد داد. دو معیار برای تشخیص اینکه آیا لوله تحت حفاظت کاتدی قرار دارد یا خیر، وجود دارد. یکی، پتانسیل حداقلی محافظتی است؛ این پتانسیل، پتانسیلی است که فلز در محلول الکترولیتی در حالت کاتدی دارد تا زمانی که فرآیند خوردگی متوقف شود ； مقدار آن به عواملی مانند محیط وابسته است؛ مقدار رایج آن -۸۵۰ میلی‌ولت است (بر اساس اندازه‌گیری با الکترود مرجع مس-سولفات مس، همین‌طور). دوم، پتانسیل حداکثری محافظتی است؛ یعنی بالاترین مقدار پتانسیلی که سطح فلز تحت محافظت می‌تواند به آن برسد. هنگامی که پولاریزاسیون کاتدی بیش از حد باشد، هیدروژن در فاصله بین سطح لوله و لایه روکش تولید می‌شود که منجر به جدا شدن لایه روکش از سطح لوله می‌گردد؛ بنابراین باید پتانسیل نقطه تلاقی جریان‌ها در محدوده مجاز نگه داشته شود تا لایه روکش از آسیب در امان بماند. این مقدار به ویژگی‌های لایه پوششی مربوط می‌شود و معمولاً بین –۱.۲۰ تا –۲.۰ ولت است. برای اجرای محافظت کاتدی لوله‌های زیرزمینی، دو روش وجود دارد: روش جریان الکتریکی خارجی و روش آند قربانی. روش جریان خارجی از یک منبع تغذیه مستقیم استفاده می‌کند؛ قطب منفی به لوله‌ای که قرار است محافظت شود متصل می‌شود و قطب مثبت به بستر آند متصل می‌گردد. پس از اتصال مدار، لوله کاتدی شد. هنگامی که پتانسیل لوله نسبت به زمین به حداقل پتانسیل محافظتی برسد، محافظت کاتدی کامل به دست می‌آید. اتصالات آن همانند شکل ۳ است. تمام منابع تغذیه جریان مستقیم رایج قابل استفاده هستند و در میان آن‌ها، رکتیفایرها بسیار رایج‌ترند. خروجی مستقیم معمولاً کمتر از ۶۰ ولت و ۳۰ آمپر است. منابع تغذیه جریان مستقیم نوین شامل ژنراتورهای تفاوت دما، سلول‌های خورشیدی و غیره هستند که عمدتاً در مناطق کم‌برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. زمین‌گیر آند، رسانایی است که به قطب مثبت منبع جریان مستقیم متصل بوده و تماس الکتریکی خوبی با زمین دارد؛ که به آن دستگاه زمین‌گیری آند نیز گفته می‌شود ； مواد رایج شامل فولاد کربنی، آهن پرسیلیسیم، گرافیت و اکسید آهن مغناطیسی است. بستر آندود در مکان‌هایی قرار می‌گیرد که مقاومت الکتریکی خاک پایین باشد، جریان حفاظتی به راحتی توزیع شود و همچنین مزاحمتی برای سازه‌های زیرزمینی مجاور ایجاد نکند. آند‌ها متناسب با محل کاشت لوله‌ها هستند و دو نوع آند وجود دارد: آند‌های کم‌عمق در فاصله‌های دور و آند‌های عمیق. برای اندازه‌گیری پارامترهای محافظت کاتدی و ارزیابی کارایی آن در لوله‌ها، لازم است نقاط اندازه‌گیری و قطعات بررسی در امتداد لوله‌ها تعبیه شوند. دستگاه‌های اندازه‌گیری مورد استفاده شامل ولتمتر با مقاومت بالا، آمپرمتر، الکترودهای سولفات مس و غیره هستند. از دهه ۷۰، سیستم‌های اندازه‌گیری از راه دور پارامترهای محافظت کاتدیک، که با بررسی خطوط لوله در هوا ترکیب شده‌اند، مورد استفاده قرار گرفتند؛ این سیستم‌ها به همراه کامپیوترهای الکترونیکی، داده‌های جمع‌آوری‌شده را پردازش می‌کنند. فاصله محافظتی یک ایستگاه در روش محافظت کاتدی با جریان خارجی، معمولاً می‌تواند به چندین ده کیلومتر برسد و این روش بیشتر برای محافظت کاتدی لوله‌های انتقال طولانی استفاده می‌شود. روش آند قربانی، استفاده از فلزی با پتانسیل منفی‌تر نسبت به الکترود فلز مورد حفاظت برای اتصال به آن فلز است؛ این دو در محلول الکترولیتی، یک سلول خورشیدی ایجاد می‌کنند. فلزاتی با پتانسیل منفی‌تر (مانند منیزیم، روی، آلومینیوم و آلیاژهای آن‌ها) به عنوان آند استفاده می‌شوند و در حین تولید جریان، به تدریج از بین می‌روند؛ فلز لوله‌هایی که تحت محافظت قرار دارند، به عنوان کاتد عمل کرده و از خوردگی در امان می‌مانند. به همین دلیل، فلزاتی با پتانسیل منفی‌تر را آند فداکار می‌نامند. اتصالات آن همانند شکل ۴ است. لوله‌های زیرزمینی از روش محافظت با آند وقفه‌ای استفاده می‌کنند که عوامل تعیین‌کننده آن شامل جریانی است که در آند ایجاد می‌شود، تعداد آندها و طول محدوده محافظتی می‌باشد. پس از تعیین نوع آند، پارامترهای فوق تحت تأثیر مقاومت زمین‌گیری آند و مقاومت نشت در بخش مربوط به لوله حفاظتی آند قرار می‌گیرند. نوع اول به مقاومت الکتریکی خاک بستگی دارد، در حالی که نوع دوم به مقاومت پوشش لوله و کیفیت اجرای آن پوشش بستگی دارد. عمر مفید آند قربانی، به وزن آن بستگی دارد و بسته به نیاز، می‌تواند از چند سال تا چند دهه باشد. آند قربانی دارای مزایایی مانند هزینه سرمایه‌گذاری کم، مدیریت آسان، نیازی به منبع تغذیه خارجی نداشتن و اثربخشی خوب در جلوگیری از خوردگی ناشی از اختلالات، است؛ بنابراین به طور گسترده در حفاظت از لوله‌های فلزی زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ②روش‌های جلوگیری از خوردگی الکتریکی: یکی، اتخاذ تدابیر در تجهیزات مرتبط با منابع جریان‌های ناخواسته است تا جریان نشتی به حداقل برسد ； دوم اینکه، هنگام نصب لوله‌ها، سعی کنید از مناطقی که دارای جریان‌های الکتریکی ناخواسته هستند، دوری کنید؛ یا کیفیت لایه عایق و ضدخوردگی بخش‌های تحت تأثیر اختلالات را بهبود بخشید، و از روش‌هایی مانند استفاده از محافظ‌ها و نصب فلنج‌های عایق استفاده کنید ； سوم، ایجاد محافظت در برابر جریان‌های مزاحم در لوله‌ها است؛ یعنی هدایت جریان‌های ناخواسته از لوله‌های تحت تأثیر، به شبکه برقی که منشأ جریان‌های نشتی است، تا خوردگی لوله‌ها ناشی از این جریان‌ها از بین برود. بر اساس محدوده کاربرد و عملکردهای متفاوت تجهیزات تخلیه، آن‌ها به سه دسته تخلیه مستقیم، تخلیه قطبی و تخلیه اجباری تقسیم می‌شوند. برای محافظت در برابر ولتاژهای اختلال‌زا، بسیاری از **مقررات فنی تدوین کرده‌اند؛ که عمدتاً از دو روش، یعنی استفاده از فاصله‌های ایمن و هدایت جریان از طریق لوله‌ها، برای جلوگیری از آسیب به لوله‌ها استفاده می‌شود.