مواد ضد خوردگی

مواد ضد خوردگی

مواد ضد خوردگی به ترکیبات شیمیایی گفته می شود که با غلظتهای کم به سیالهای در تماس با فلزات برای کاهش سرعت خوردگی افزوده می شوند. بازدارنده های ضد خوردگی به دو گروه بازدارنده های سطحی و تنظیم کننده های محیطی تقسیم می شوند.

مواد ضد خوردگی(بازدارنده ها) از جمله ترکیباتی هستند که به هنگام تزریق مقدار کمی از آنها به سیال در تماس با سطوح فلزی که در معرض خوردگی قرار گرفته اند، باعث کاهش سرعت خوردگی می شوند. معمولا مکانیسم خوردگی الکتروشیمیایی است و اکسیژن، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن از جمله عواملی است که معمولا باعث ایجاد خوردگی در تجهیزات می شود؛ میزان تاثیر گذاری مثبت ترکیبات ضد خوردگی تابع عوامل مختلفی از جمله نوع فلز، PH، ترکیبات، ناخالصی، دما، هندسه تجهیزات و میزان غلظت بازدارنده است؛ مواد ضد خوردگی باید دارای خصوصیات منحصر به فرد باشد برای مثال در هنگام بهره گیری از بازدارنده ها به میزان کم، باید در برابر پتانسیل خوردگی موجود از عملکرد موثری برخوردار باشد، و از تمامی فلزات موجود که در معرض خوردگی هستند، محافظت کنند. همچنین در شرایط عملیاتی بحرانی(دما یا سرعت بالا) موثر واقع شود و در مواردی که غلظت خوردگی دچار تغییر شود نباید میزان خوردگی افزایش پیدا کند. از بازدارنده ها در سیستم های خنک کننده، واحد های پالایشگاهی، خطوط انتقال مواد، واحد های تولید نفت وگاز، فرایند های تصفیه آب، بویلر ها و در صنعت تولید رنگ می توان بهره برد.

مواد ضد خوردگی بر اساس نوع فلز در معرض خوردگی و شرایط محیطی آن طبقه بندی می شود و عموما به دو دسته interface inhibitor و conditions environmental تقسیم بندی می شود. بازدارنده های دسته دوم میزان خوردگی را با کاهش یا عاری سازی محیط از عوامل خورنده تا حدودی کنترل می کنند. به عنوان مثال، مواد حذف کننده اکسیژن در محیط های خنثی یا قلیایی از طریق کاهش میزان اکسیژن از بروز واکنش کاتدی بر روی سطح فلز و ایجاد خوردگی جلوگیری می کند. بازدارنده های دسته اول عامل خوردگی را با تشکیل یک فیلم بر روی سطح فلز غیر فعال کرده که این دسته از بازدارنده ها خود به دو شاخه بازدارنده های فاز مایع و گاز تفکیک می شود؛ بازدارنده های فاز مایع به سه بخش کاتدی، آندی و مختلط طبقه بندی می شود که جهت مهار عوامل خورنده در واکنش های کاتدی، آندی و یا هر دوی آن (مختلط) با ایجاد فرایند الکتروشیمیایی تاثیر گذار هستند.

مواد ضد خوردگی

مواد ضد خوردگي آندي (Anodic inhibitors)

اين مواد با تشكيل يك لايه محافظ در آند از اكسيد شدن فلز در واكنش اكسيداسيون جلوگيري مي كنند. اين مواد كارايي بسيار مناسبي در محاظفت از لوله و مخازن فلزي از خود نشان مي دهد ولي غلظت پايين اين نوع ماده ضدخوردگي در سيال در جريان لوله نه تنها اثر ضد خوردگي ندارد بلكه سبب ميشود كه كليه پتانسيل خوردگي در محل هايي كه پوشش دهي مناسب توسط محلول آندي رخ نداده است، اتفاق بيافتد. پديده Pitting موضعي از اثرات جانبي تزريق كم اين مواد به درون خطوط لوله يا مخازن فلزي است. این دسته از بازدارنده ها را به نام passivator هم معرفی می شوند. از جمله بازدارنده های آنیونی می توان به کرومات، نیترات، تنگستات و مولیبدات ها اشاره کرد. بازدارنده های passiving به دو دسته تقسیم بندی می شود. دسته اول اکسید کننده های آنیونی که شامل نیترات و نیتریت می باشد که در عدم حضور اکسیژن باعث غیر فعال سازی شرایط خورندگی فلز و استیل می شود و دسته دوم یون هایی که اکسید کننده نیستند مانند فسفات، تنگستات و مولیبدات که در حضور اکسیژن باعث غیر فعال سازی فلز و استیل می شود.

مواد ضد خوردگي کاتدي (Cathodic inhibitors)

اين مواد با تشكيل لايه محافظ در بخش کاتد، شدت خوردگي را از طريق اخلال در واكنش اكسيداسيون كاهش مي دهند. بازدارنده های کاتدی میزان خوردگی را با کم کردن نسبت کاهش(سم کاتدی) و یا با رسوب گزینشی بر روی ناحیه های کاتدی، پتانسیل خوردگی را کاهش می دهد؛ سم کاتدی مانند سولفید ها و سلنید ها بر روی سطح فلز جذب می شود و این در حالیست که ترکیبات آرسنیک، بیسموت و آنتیموان در ناحیه کاتد کاهش پیدا کرده و باعث ایجاد لایه ای فلزی بر روی کاتد می شود؛ در محیط های نزدیک به حالت خنثی و یا قلیایی یون های معدنی ماننده فسفات، سیلیکات و بورات یک فیلم محافظ را تشکیل داده و میزان واکنش کاتدی را کاهش می دهد و این عامل با محدودیت پخش و نفوذ اکسیژن به سطح فلز صورت می گیرد. به علت جذب هیدروژن بر روی سطح فلز سم کاتدی باعث وقوع پدیده hydrogen blisters می شود؛ گفتنی است این عامل در محلول های اسیدی بیشتر به وقوع می پیوندد. پدیده رسوب کاتدی با افزایش قلیایت در قسمت کاتدی ایجاد شده و با تشکیل یک فیلم حل ناپذیر بر روی سطح فلز رسوب صورت می گیرد و همچنین بیشترین عوامل مورد استفاده جهت تشکیل رسوب کاتدی، کربنات کلسیم و منیزیم می باشد.

مواد ضد خوردگي مختلط (Mixed inhibitors)

اين مواد به طور كلي با پوشش دهي كليه سطوح مربوط به آند و كاتد سبب كاهش شدت و سرعت خوردگي مي شود. بیش از ۸۰ درصد مواد ضد خوردگی از ترکیبات آلی ایجاد شده است که نمی توان به صورت مشخص آن ها را به عنوان کاتدی و یا آندی طبقه بندی کرد و این دسته از مواد ضد خوردگی با عنوان بازدارنده های مختلط شناخته می شوند؛ میزان اثر گذاری بازدارنده های آلی با افزایش میزان جذب و سطح فلز رابطه مستقیم دارد؛ اما فرایند جذب، بسته به ساختار ترکیبات بازدارنده و همچنین به میزان بار فلز و نوع الکترولیت وابسته است. بازدارنده های خورندگی مختلط به سه روش جذب فیزیکی، جذب شیمیایی و تشکیل فیلم از فلز حفاظت می کنند. جذب فیزیکی یا الکترو استاتیک در نتیجه جاذبه الکترو استاتیک بین بازدارنده ها و سطح فلز می باشد. آنیون ها مانند یون های هالید داخل محلول، بر روی سطحی از فلز با بار مثبت جذب می شود؛ درنتیجه کاتیون های آلی بر روی قطب های ایجاد شده جذب می شوند. جذب فیزیکی به سرعت تشکیل می شود. اما امکان حذف مواد جذب شده از روی فلز وجود دارد. به عنوان مثال با افزایش دما، کاهش روند جذب و از بین رفتن سطح جذب شده بر روی فلز  افزایش می یابد. موثرترین گونه بازدارنده های خوردگی از طریق جذب شیمیایی سطوح را در برابر خوردگی محافظت می کنند. در این حالت با افزایش دما میزان جذب و بازدارنگی خوردگی افزایش پیدا می کند.

در سیکل های بسته خنک کن در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی تزریق مواد شیمیایی ضد خوردگی بسیار متداول است. به طور معمول از مواد ضدخوردگی آندی نظیر سدیم نیتریت در این مدارهای بسته سیرکولاسیون استفاده می شود. شرکت فران به عنوان تأمین کننده مواد ضد خوردگی، طراح و سازنده پکیج های تزریق مواد شیمیایی، در زمینه انتخاب نوع ماده شیمیایی مناسب و نحوه تزریق به صنایع مختلف مشاوره ارائه می نماید.

با توجه به استفاده از محلول ضدخوردگي آندي در سیکل خنک کن مدار بسته، توجه به موارد ذيل در بكارگيري از محلولهاي حاوی سديم نيتريت حائز اهميت است: ميزان غلظت و مقدار تزريق محلولهاي حاوي سديم نيتريت در مقاصد مربوط به جلوگيري از خوردگي بسيار در راندمان و اثر بخشي آن موثر است. اين محلول از طريق ايجاد فيلم نازك روي سطح داخلي لوله و تجهيزات فلزي از قبيل mild steel، چدن، سطوح گالوانيزه و آلومينيوم و passivate كردن سطوح از خوردگي جلوگيري مي نمايد.

محلول ضد خوردگی

ميزان دقيق غلظت مورد نياز سديم نيتريت در دماهاي مختلف توسط كارخانه توليد كننده مشخص ميشود. ولي غلظتهای كمتر از ppm 300 اين ماده شيميايي نه تنها تأثيرات ضدخوردگي ندارد، بلكه اثر خوردگي را نيز بيشتر نمايد. از اين رو استفاده از آن به عنوان يك ماده ضدخوردگي با ريسك بالا در صنايع شناخته ميشود. در غلظتهاي پايين سديم نيتريت به دليل عدم پوشش دهي مناسب سطحي در بخش آند، سطوح داخلي طي واكنش گالوانيك دچار pitting ميشوند. غلظتهاي بسيار بالاي نيتريت سديم نيز سبب آسيب به آببنديهاي سيستم خنك كننده خواهد شد.
ميزان فعاليت ميكروبيولوژيكي آب موجود در سيستم خنك كننده از عوامل ديگر مخرب در عملكرد مناسب نيتريت سديم ميباشد. وجود باكتريهاي ايجاد كننده عمليات نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون سبب تبديل نيتريت به نيترات، آمونياك و نيتروژن ميشود. لذا سنجش فعاليت ميكروبيولوژيكال آب سيستم خنك كننده و تزريق مقدار مناسب محلول بيوسايد غير اكسيد كننده بسيار با اهميت است. تنظيم PH نیز براي حصول عملكرد مناسب سديم نيتريت از عوامل تأثير گزار است. بهترين بازه PH براي حداكثر سازي راندمان ۸ تا ۱۰ مي باشد. همزماني استفاده از سديم نيتريت و بيوسايدهاي اكسيد كننده سبب افزايش خوردگي در مدار بسته خواهد شد. وجود مواد شيميايي كاهش دهنده نظير سديم سولفيت و هيدرازين، تبديل نيتريت به نيترات را به دنبال داشته و كارايي محلول ضدخوردگي را كاهش مي دهد.
دستيابي به حداكثر اهداف ضد خوردگي در مدارهاي بسته آب خنك كن بدون پايش مستمر كيفيت شيميايي و فيزيكي آب خنك كننده ميسر نمي باشد. علاوه بر اين پايش مستمر كيفيت شيميايي و فيزيكي آب موجود در مدار بسته، پایش و کنترل کیفیت آب makeup ورودي به مدار خنك كننده نيز بسيار حائز اهميت است. پايش و كنترل مستمر موارد ذيل تحت بازه هاي زماني برای آب موجود در مدار بسته و آب make up ضروري است:

  • PH
  • Conductivity
  • Chemical analysis
  • Physical properties Analysis

خوردگی در فلزات مدارهای بسته یا باز محتوی آب، علاوه بر وجود مواد ضدخوردگی به آنالیز آب نیز وابسته است. بالا بودن TDS آب موجود در مدار و وجود یونهایی نظیر کلر، پتانسیل خوردگی سطوح فلزی را افزایش می دهد. در این شرایط تنها کاهش املاح محلول آب در کنار تزریق مواد ضد خوردگی می تواند پایین بودن سرعت خوردگی سطوح فلزی را تضمین کند. دستگاه های صنعتی اسمز معکوس یکی از راه حل های پیشنهادی شرکت مهندسی فران به واحدهای صنعتی که از آب TDS بالا استفاده می کنند، در کنار استفاده از ترکیبات ضد خوردگی است.

شرکت مهندسی فران با تکیه بر دانش متخصصین و کارشناسان خود در زمینه علم مواد و خوردگی، راه حل های مقابله با خوردگی فلزات را در صنایع مختلف ارائه می نماید. شناسایی عوامل خوردگی، شناسایی و تأمین مواد شیمیایی ضد خوردگی مناسب و طراحی و ساخت پکیج تزریق مواد شیمایی ضد خوردگی از جمله خدمات این مجموعه در زمینه محافظت خطوط لوله، تجهیزات فرایندی از طریق تزریق مواد شیمیایی ضد خوردگی است.

Prepared by: Seyed Ahmad Mohamadi