اندازه گیری بی درنگ میزان خوردگی

بیشتر روش های رایج بررسی خوردگی که توسط مهندسان مجرب خوردگی مورد استفاده قرار می گیرند در برگیرنده تجزیه و تحلیل نمونه های Coupon موجود در خط لوله هستند.

این نمونه ها قبل از قرار گرفتن در معرض مواد موجود در فرایند، به طور دقیق وزن می شوند و وضعیت فیزیکی آنها به منظور آشکار شدن هر گونه نقص احتمالی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. نتایج این بررسی به عنوان مبنایی برای تعیین میزان فرسایش کلی و ناحیه ای فلز در برابر مواد موجود،‌مورد استفاده قرار می گیرند. Coupon های اضافی که در سایر موقعیت ها قرار دارند منجر به جمع آوری حجم بیشتری از اطلاعات برای ارزیابی و دستیابی به تصویر دقیقتری از خوردگی می شوند.

ابزارهای موجود برای ارزیابی خوردگی، اطلاعات دقیقی برای تعیین نرخ فرسایش در اختیار کارشناسان قرار می دهند. ولی این داده ها تنها برای متخصصین سودمند است و نه برای متصدی یا مهندس سامانه های کنترل. هم اکنون فناوری ترانسمیترهای خوردگی در حال تغییر دادن این روند است.

این ترانسمیترها شامل الگوریتم های بسیار جدید و انحصاری و نیز روش های تجزیه و تحلیل داده هستند که به طور دقیق نرخ خوردگی و خوردگی محلی (Pitting) را اندازه گیری می کنند. آنالیز اعوجاج هارمونیک۱ (HDA) برای بهبود عملکرد روش مقاومت قطبی خطی۲ (LPR) که در صنعت از مقبولیت بالایی برخوردار است به منظور اندازه گیری میزان خوردگی به کار

می رود. برای ارتقای بیشتر عملکرد،‌ یک مقدار Stem Geary با کاربرد خاص (B-Value) را می توان در ترانسمیتر ذخیره کرده و آن را متناسب با نوع لوله و مواد موجود در فرایند به طور دقیق تنظیم کرد.

در طی یک چرخه اندازه گیری،‌ترانسمیترهای فرسایش، نویز الکتروشیمیایی را (ECN) از روشی جالب اندازه گیری می کنند. نتایج این اندازه گیری به همراه داده های مربوط به نرخ خوردگی، می تواند بیان کننده میزان خوردگی محلی باشد. در پایان هر چرخه اندازه گیری، نرخ خوردگی (یا مقدار Pitting ) محاسبه شده و به صورت یک سیگنال ۴-۲۰ mA در اختیار پرسنل کارخانه قرار داده می شود.

روش LPR مدتهاست که به عنوان یک استاندارد صنعتی در مانیتورینگ خوردگی عمومی بکار گرفته می شود. این روش بر اساس روابط Stem-Greary استوار است. این ارتباط B-Value ، تحریک بالقوه را با جریان خوردگی اندازه گیری شده مرتبط ساخته و بدین طریق مقاومت قطبی را اندازه گیری می کند. سپس این اندازه گیری برای تعیین نرخ خوردگی عمومی به کار می رود. از آنجا که استفاده از B-Value صحیح در این روش، امری بسیار مهم است این روش به تنهایی یک روش اندازه گیری غیرقابل اطمینان برای تعیین نرخ خوردگی به شمار می رود.

تجزیه و تحلیل HDA از تکامل روش LPR به دست می آید. با اعمال یک موج سینوسی فرکانس پایین به جریان اندازه گیری، مقاومت محلول خورنده از طریق تجزیه و تحلیل هارمونیکی سیگنال های حاصله محاسبه می شود. با داشتن مقاومت قطبی و نیز مقاومت محلول، نرخ خوردگی عمومی را به طور دقیق تری می توان تعیین کرد.

در نهایت، روش ECN امکان محاسبه نرخ خوردگی محلی را فراهم می کنند. ECN ، اندازه گیری نوسانات خود به خودی تولید شده در محل اتصال محلول و فلز در حال خوردگی است. این اندازه گیری تنها با استفاده از یک پُروبِ سه الکترودی امکان پذیر بوده و به منظور تعیین خوردگی محلی به کار می رود.

مانیتورینگ بی درنگ خوردگی

استفاده از یک سیگنال کنترل ۴-۲۰mA برای متصدی تجهیزات، امکان تفسیر وضعیت خوردگی را به صورت بی درنگ فراهم می آورد.متصدی قادر است وضعیت موجود نرخ خوردگی را با وضعیت پیشین آن مقایسه کند و به سرعت تغییرات پدید آمده در کیفیت آب، تغییرات شیمیایی و عملکرد بازدارنده (inhibitor) را تعیین کند. تمامی این شرایط که ممکن است بر خوردگی خط لوله تاثیر بگذارند، می توانند با استفاده از سامانه مانیتورینگ بی درنگ خوردگی بسیار دقیق ردیابی و کنترل شوند. علاوه بر این،‌متصدی کارخانه ای که ازچنین سامانه ای استفاده می کند، می تواند برای تعویض تجهیز مشکوک به عنوان بخشی از یک برنامه تعمیر و نگهداری پیشگویانه برنامه ریزی کند.

فناوری ترانسمیتر خوردگی برای نظارت بی درنگ بر خوردگی عمومی و محلی به جای تشخیص پس از وقوع مورد استفاده قرار می گیرد.

هم اکنون می توان به جای تشخیص وقوع خوردگی در یک دوره زمانی با استفاده از روش تحلیل Coupon ، میزان خوردگی را مانند دیگر متغیرهای فرایند از قبیل فشار، شار، سطح،‌ حرارت و PH توسط متصدی کارخانه یا مهندس سامانه کنترل و با استفاده از واسطِ انسان- ماشین موجود اندازه گیری کرد.

فناوری ترانسمیتر خوردگی قادر است حتی وقتی که نرخ خوردگی عمومی پایین است میزان خوردگی محلی را تشخیص دهد. این یک موضوع بحرانی است زیرا خوردگی محلی درصورتی که در مراحل اولیه، شناسایی و خنثی نشود، می تواند بسیار خطرناک باشد.

متغیرهای Online از قبیل فشار، ‌سطح و حرارت برای هر فرایندی بی نهایت مهم هستند، بنابراین تلاش برای دسترسی به اطلاعات Online خوردگی نیز منطقی به نظر می رسد. خطرات مربوط به سرریز یا لوله های فرسوده مهم تر از آن هستند که به صورت Off line محاسبه شوند.

تعاریف و مشخصات

پروب های مورد استفاده برای آشکار سازی خوردگی از سه الکترود تشکیل شده اند: دو تا برای اندازه گیری و یکی به عنوان مرجع. به منظور دستیابی به یک اندازه گیری صحیح، الکترودها باید از جنس همان ماده ای باشند که لوله یا تانک تحت نظارت از آن ساخته شده است. الکترودهای Sacrificial تحت تاثیر سیگنال کوچکی قرار گرفته و به طور مستقیم در جریان یک محیط خورنده قرار می گیرند. این سیگنال ها توسط ترانسمیتر در مدت۷ دقیقه به منظور دستیابی به اطلاعات دقیقی از خوردگی تجزیه و تحلیل می شوند.

انواع مختلفی از پروب های مکانیکی برای سوار شدن مستقیم یا از راه دور در طول های ثابت یا قابل تنظیم، موجودند. درجه حرارت محیط فرایند می تواند تا۱۲۵ درجه سانتیگراد باشد، در حالی که ترانسمیتر می تواند در محیطی با درجه حرارت۲۸- تا۷۰+ درجه سانتیگراد کار کند. ماده درون تانک یا لوله باید حداقل شامل۱ درصد آب باشد. ترانسمیترهای خوردگی برای نصب در هر کاربرد صنعتی از تجهیزات فاضلاب تا فرایندهای شیمیایی تا پالایش نفت، طراحی شده اند. اگر محیط بی خطر (غیرانفجاری) باشد، این ترانسمیترها به سادگی قابل اتصال به یک ورودی آنالوگ سامانه DCS یا PLC و قابل نصب بر طبق مقررات محلی، ایالتی و ملی هستند.

برای کاربردهای گروه۲ اگر ماده خورنده درون لوله غیر قابل اشتعال باشد می توان توسط مدارات دارای توان الکتریکی پایین، به طور مستقیم ترانسمیتر را درون موقعیت خطرناک گروه۲ نصب کرد. در این پیکربندی، سیگنال کنترل (مدار ۴-۲۰mA) باید مطابق استاندارد »NEC« و به شیوه های سیم کشی گروه۲، ایجاد شود.

طرح های مخصوص می توانند برای کاربردهای گروه یک تعدیل شوند. واحدهای »ذاتاً ایمن« (IS) نیاز به استفاده از یک سد ایزولاسیون میان کارت I/O (ورودی/خروجی) و ترانسمیتر دارند. یک مانع IS انرژی را در ناحیه گروه یک محدود کرده و به کمک ترانسمیتر پتانسیل شدیدی که می تواند منجر به مشتعل شدن ناحیه خطر شود را تخلیه می کند.

پیشرفت در زمینه مانیتورینگ خوردگی

فرایند خوردگی هنگامی آغاز می شود که یک فلز یا آلیاژ در معرض یک مایع هادی الکتریسیته قرار گیرد. در این صورت فلز یا آلیاژ مذکور طی یک فرایند الکترومکانیکی فرسایش خواهد یافت. مثال زیر یک واکنش ساده فلز (آهن) در برابر یک محلول اسیدی را نشان می دهد:

در اثر قرار گرفتن فلز سطح لوله یا تانک درون محلول مجاور (مایعی که سبب خوردگی می شود)، یک ناحیه آندی متشکل از یون Fe2+ تشکیل می شود. این فرایند منجر به افزایش الکترون ها در سطح فلز می شود. الکترون های اضافی به نقطه کاتدی مجاور جریان یافته که در نتیجه این حرکت جریان خوردگی (I corr) پدید می آید.

سپس عامل اکسید کننده موجود در محلول خورنده، این الکترون های اضافی را مصرف

می کند. نقاط آندیک و کاتدیک به طور دایم موقعیت خود را تغییر داده و در سطح کلی هادی (فلز) وجود دارند. این پیکر بندی تصادفی اندازه گیری مستقیم Icorr را غیرممکن می سازد. به منظور غلبه بر این محدودیت به وسیله فناوری ترانسمیتر خوردگی، یک پروب الکتریکی مشتمل بر سه الکترود اندازه گیری از جنس فلز یکسان با بدنه لوله یا مخزن را درون محلول خورنده قرار می دهند. با استفاده از این پروب می توان پتانسیلی میان الکترودها اعمال کرده و جریان نتیجه را اندازه گیری کرد. همان فرایند خوردگی مولد Icorr ، بر این جریان اثر می گذارد.

اگر الکترودها با نرخ بالایی خورده شوند، یون های فلز (در این مثال Fe2+ ) به آسانی وارد محلول شده و با اعمال یک پتانسیل (ولتاژ) کم به الکترودها، جریان به نسبت زیادی در مقایسه با Icorr خواهیم داشت. به همین شکل، اگر الکترودها با نرخ پایینی خورده شده و یون ها به آرامی وارد محلول شوند و از آن عبور کنند، با اعمال یک پتانسیل کوچک به الکترودها، جریان کوچکی نیز تولید خواهد شد.

ترانسمیترهای خوردگی با استفاده از الگوریتم ها و تجزیه و تحلیل داده ها، قادرند اطلاعات به دست آمده را تفسیر کرده و آن را به صورت یک سیگنال ۴-۲۰ mA در دسترس قرار دهند.

مبانی خوردگیخوردگی چیست؟

خوردگی تخریب شیمیایی یک ماده (در بیشتر مواقع یک فلز) در نتیجه واکنش با محیط.

چه وقت خوردگی اتفاق می افتد؟

خوردگی می تواند به طور طبیعی رخ دهد،‌در زیر به چند مورد از شرایط ایجاد کننده خوردگی اشاره شده است:

– سامانه های آب سردکن

– سامانه های تصفیه مجدد

– تصفیه آب آشامیدنی و سامانه های توزیع آب

– تصفیه فاضلاب

– تولید خمیر و کاغذ

– تولید هیدروکربن با ‌آب آزاد

آند چیست؟

الکترودی که در آن اکسیداسیون یا خوردگی اتفاق می افتد (الکترودهای خورنده)

کاتد چیست؟

مخالف آند است. الکترودی که کاهش (و نه عملاً خوردگی) در آن رخ می دهد.

Pitting چیست؟

خوردگی محلی شدید، به صورت عمقی و تنها در چند نقطه.

تجزیه و تحلیل Coupon چیست؟

فناوری متعارفی که به منظور نظارت بر خوردگی به کار می رود با تکه هایی از فلز به نام Coupon سروکار دارد. این تکه های فلز پیش از وارد شدن به فرایند، وزن می شوند. پس از مدتی این ذرات مورد بررسی قرار می گیرند تا معلوم شود چه میزان کاهش وزن داشته اند. در نتیجه این تجزیه و تحلیل نرخ خوردگی مشخص شده و میزان بازدارنده های لازم برای جلوگیری از خوردگی تخمین زده می شود.

پاورقی

۱- Harmonic Distortion Analysis

۲- Linear Polarization Performance