امروزه مشکلات زیادی در رابطه با خوردگی لوله ها مشاهده شده است و تلاش های زیادی در جهت جلوگیری از این رخداد صورت گرفته است. انواع پوشش های استفاده شده برای جلوگیری از خوردگی لوله ها بر قیمت لوله تاثیرگذار می باشد. مقرون به صرفه ترین روش برای انتقال سیالات از محلی به محل دیگر استفاده از خطوط لوله می باشد. از خطوط لوله برای انتقال آب، گاز، نفت و فرآورده های نفتی استفاده می شود.
قیمت لوله ها در جنس های مختلف متفاوت می باشد. این لوله ها، بسته به فشار سیال دارای ابعاد متفاوتی می باشند. از لوله با قطر بین 6 تا 48 اینچ برای انتقال های برون شهری استفاده می شود. در شبکه های توزیع گاز شهری از لوله های تا قطر 5/0 اینچ هم استفاده می شود.
اکثر خطوط لوله چه در شبکه های توزیع و چه در خطوط انتقالی در زیر خاک مدفون هستند. برای جلوگیری از خوردگی این فولادها از روش هایی مانند پوشش دهی و حفاظت کاتدی کمک گرفته می شود. پوشش های مختلفی در صنایع نفت و گاز برای محافظت از خطوط لوله مدفون در خاک استفاده می شود که هرکدام دارای مزایا و معایبی می باشند.
یکی از پوشش های مورد استفاده در این صنعت پوشش ها و اتصالات پلی اتیلن است. مشکل عمده این پوشش ها کنده شدن از سطح لوله است که باعث شده است استفاده از این پوشش ها به مرور زمان منسوخ گردد و بر قیمت لوله استیل و سایر لوله ها نیز تاثیرگذار می باشد.
به علت نرم بودن پوشش پلی اتیلن این پوشش به هنگام جدا شدن از سطح لوله دچار کندگی نمی شود بلکه یک فضای خالی مابین فلز و پوشش ایجاد می شود که از قسمت دهانه با خاک در ارتباط است. علت ایجاد این جدایش ها می تواند میزان نامناسب جریان حفاظت کاتدی، تنش های موجود در محیط، عدم آماده سازی مناسب سطحی لوله و تر و خشک شدن های متناوب باشد. بیشتر این جدایش ها در نزدیکی خط جوش می باشند زیرا در این منطقه به دلیل برآمدگی گرده جوش، پوشش مستعد به جدایش است.
خوردگی میکروبی و یا به اصطلاح صحیح تر خوردگی تاثیر پذیر از عوامل میکروبیولوژیکی نوعی از خوردگی است که در آن فعالیت میکروارگانیسم ها سبب رخداد و یا پیشرفت واکنش های خوردگی می گردد. مکانیزم این نوع خوردگی به نوع میکروارگانیسم موجود در محیط وابسته بوده و بر حسب آن متغیر است.
توسعه و تولید فولادهای استحکام بالا برای خطوط لوله نقش مهم و پراهمیتی را در این صنعت ایفا کرد و با جایگزینی فولادهای جدید سبب کاهش هزینه ها گردید و قیمت لوله کاهش یافت. در رابطه با فولاد مورد استفاده برای لوله های سرچاهی نیاز به استحکام بالایی نیست و در این موارد باید با توجه به هندسه، سازه به گونه ای طراحی شوند که تنش تسلیم افزایش یابد.
در شرایطی که درون لوله مایع جریان دارد در صورت حضور دی اکسید کربن، هیدروژن سولفید و یون های کلرید محیط بسیار خورنده ای در درون لوله ایجاد می شود. برای چنین شرایطی باید یا از مواد با مقاومت به خوردگی بالا یا از لوله های فولادی کم آلیاژ که توسط مواد پرآلیاژ روکش کاری شده اند، استفاده شود.
پس از بررسی های بسیار بر روی انتخاب ترکیب مناسب برای فولادهای خطوط لوله، سرانجام لوله های با قطر زیاد که به صورت طولی جوشکاری شده اند به منظور انتقال نفت و گاز مورد استفاده قرار گرفتند. فولاد انتخاب شده برای یک لوله باید نسبت به تنش های موجود در هنگام نصب و بعد از نصب مقاوم باشد و علاوه بر استحکام زیاد از چقرمگی شکست بالایی برخوردار باشد.
تمامی این موارد بر قیمت لوله نیز تاثیرگذار می باشد. در طبقه بندی توسعه فولادهای خط لوله فولادهای X52 با گذشت زمان جایگاهشان را به گروه های بالاتری مانند X60 داده اند که به روش ترمودینامیکی تولید می شوند.
فولادهای گروه بالاتر مانند X80، با داشتن عناصر آلیاژی بیشتر و تغییرات در روش تولیدشان، جایگزین فولادهای X70 شده اند. در گروه های بالاتر از گروه X80 به دلیل کربن کم، جوش پذیری به شدت بهبود یافته است. امروزه با افزودن عناصر آلیاژی دیگری نظیر مس، نیکل و مولیبدن، نسل جدیدی از این فولادها به وجود آمده است که به فولاد X100 معروف هستند.
هرچه مقاومت به خوردگی در لوله ها بیشتر باشد، قیمت لوله نیز افزایش می یابد. برای مثال می توان به قیمت لوله گالوانیزه اشاره کرد. انواع خوردگی در فولادهای خطوط لوله به دو دسته کلی تقسیم بندی می شود: خوردگی خارجی و خوردگی داخلی. این دسته بندی مکانیزم خوردگی را مشخص نمی کند و صرفا به محل وقوع آن اشاره دارد. لذا عامل هریک از این ها می تواند یکی از انواع مکانیزهای خوردگی باشد که در ادامه مکانیزم های رایج در هر کدام بیان خواهد شد.
خوردگی درون لوله را خوردگی داخلی می نامند. در این خوردگی ترکیب سیال و مشخصات فیزیکی آن مانند: سرعت و چگالی بسیار اهمیت دارد. وجود ترکیباتی مانند هیدروژن سولفید در سیال درون لوله سبب جذب هیدروژن به ساختار فولاد می شوند و شکست ناشی از تردی هیدروژنی و یا خوردگی تنشی را ترغیب می کنند.
اگر جریان درون لوله متلاطم باشد شرایط را برای خوردگی سایشی فراهم می کند لذا سرعت سیال باید از سرعت بحرانی لوله کمتر باشد. وجود باکتری ها درون سیال جاری درون لوله سبب می گردد تا خوردگی میکروبی در محل های مستعد رخ دهد.
خوردگی میکروبی درون لوله های انتقال فراورده های نفتی به دلیل باقی ماندن آبی که در مرحله هیدروتست لوله ها وارد آن ها شده بود دیده شده است. قیمت لوله مقاوم در برابر خوردگی میکروبی نیز متفاوت می باشد.
خوردگی در قسمت بیرونی لوله که در تماس با خاک است را صرف نظر از مکانیزم آن خوردگی خارجی می نامند. تقریبا تمامی خطوط لوله مدفون در خاک به منظور جلوگیری از خوردگی دارای پوشش بوده و همزمان با آن پتانسیل حفاظتی نیز بر خط اعمال می شود.
در شرایطی که پوشش و حفاظت کاتدی کامل و به درستی عمل کنند، خوردگی در خارج لوله اتفاق نمی افتد زیرا سطح فلز با خاک تماس نداشته و امکان عبور جریان وجود ندارد. اما در شرایطی که پوشش دچار عیب شود حتی در حضور حفاظت کاتدی نیز امکان خوردگی در سطح خارجی وجود دارد.
پوشش ها به دلایلی نظیر: میزان نامناسب چسبندگی، آب گریزی، پتانسیل حفاظتی و تنش های موجود در زیر خاک دچار آسیب می شوند. جدایش پوشش از سطح فلز سبب می گردد تا فلز مستقیم با الکترولیت (خاک) در تماس باشد. میزان خورندگی خاک و نوع خوردگی که ممکن است در چنین شرایطی بستگی به میزان مقاومت خاک، یون ها و املاح موجود در خاک، حضور یا عدم حضور باکتری ها و مورفولوژی پوشش تخریب شده دارد.
عمدتا خوردگی های خارجی لوله به صورت موضعی هستند و شامل خوردگی تنشی، حفره دار شدن در اثر خوردگی میکروبی و یا یون های مخرب محیط نظیر یون کلر و خوردگی شیاری می باشند. روش متداول در جلوگیری از وقوع خوردگی خارجی اعمال پوشش و حفاظت کاتدی مناسب توامان است.
پوشش های گوناگونی بر روی فولادهای خط لوله در طی سالیان گذشته اعمال شده است که بر قیمت لوله گاز و نفت تاثیرگذار بوده است. برخی از این پوشش ها به گونه ای هستند که مشکلات کمتری از بعد خوردگی در هنگام کاربرد آن ها دیده شده است. به دلیل آن که جریان حفاظت کاتدی را از خود عبور می دهند و یا از سطح فولاد به طور کلی کنده می شوند.
لذا سطح فولاد در معرض حفاظت کاتدی به طور مستقیم قرار می گیرد. این امر سبب می شود تا پوشش مانع از رسیدن پتانسیل حفاظتی به فولاد نگردد. این پوشش ها به پوشش های مقاوم در برابر خوردگی معروف هستند و حضور آن ها بر قیمت لوله تاثیرگذار می باشد.
پوشش های از نوع اپوکسی های ذوبی در این گروه قرار می گیرند. از طرفی گروهی دیگر از پوشش ها معروف به پوشش های عایق کننده در برابر حفاظت کاتدی هستند. در این نوع پوشش ها چنانچه پوشش به دلیل خسارات مکانیکی در هنگام نصب و بهره برداری و یا در اثر حفاظت کاتدی نامناسب و بیش از حد استاندارد آسیب ببیند.
رطوبت یا آب زیر زمین می تواند به زیر پوشش نفوذ نماید و اصطلاحا آن را از سطح فولاد جدا نماید به طوری که شیاری در زیر پوشش که حاوی محلول گیر افتاده شده است، ایجاد می شود. پوشش های پلی اتیلنی حاوی چنین ویژگی هایی هستند.
یکی دیگر از مکانیزم های خوردگی که تقریبا 20 درصد تخریب های ناشی از خوردگی را منجر می شود خوردگی میکروبی است. وقوع این نوع خوردگی هم در داخل لوله و هم در خارج آن گزارش شده است اما آمار رخداد در خارج لوله بیشتر است. خوردگی میکروبی به خوردگی اطلاق می شود که فعالیت میکروارگانیسم ها سبب شروع یا تشدید آن می شود بنابراین نوع خاصی از خوردگی را ایجاد نمی کند.
اصطلاح خوردگی میکروبی در رابطه با خوردگی ناشی از فعالیت میکروارگانیسم ها به کار می رود. میکروارگانیسم ها، ارگانیسم هایی شامل جلبک ها، باکتری ها و قارچ ها می باشند که با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند. این میکروارگانیسم ها سبب ایجاد نوع خاصی از خوردگی نمی گردند بلکه تخریب های موضعی را مانند حفره دار شدن، جدایش انتخابی، تشدید خوردگی سایشی یا گالوانیکی، خوردگی توام با تنش و یا تردی هیدروژنی شامل می شوند.
میکروارگانیسم ها برای ادامه زندگی به آب، مواد غذایی و پذیرنده های الکترو احتیاج دارند. لازم به ذکر است که هیچ گونه میکروارگانیسمی در آب با اکتیویته یک قابل زندگی و رشد نمی باشد. اکسیژن، سولفات، نیترات، دی اکسید کربن از جمله پذیرنده های الکترون هستند که توسط میکروارگانیسم ها مورد استفاده قرار می گیرند.
جلبک ها ارگانیسم هایی تک سلولی و فتوسنتز کننده می باشند اما قارچ ها خاصیت فتوسنتز ندارند و موجودات آلی را جذب کرده و اسیدهای آلی تولید می کنند. باکتری ها بیشترین سهم را در خوردگی شامل می شوند. باکتری ها بر چندین معیار تقسیم بندی می شوند که یکی از آن ها نیاز به اکسیژن است.
از این منظر باکتری ها به دو دسته هوازی و بی هوازی، تقسیم می شوند. در باکتری های هوازی اکسیژن پذیرنده الکترون خواهد بود. در باکتری های بی هوازی مواد و ترکیبات مختلفی می توانند این نقش را ایفا کنند که یکی دیگر از معیارهای تقسیم بندی باکتری ها براساس پذیرنده های الکترونی می باشد.