تأثیر سیستم رسوب زدا هیدروفلو در رفع خوردگی میکروبیولوژیکی یا MIC

مشکلات خوردگی؟ سیستم رسوب زدا هیدروفلو می‌تواند کمک کننده باشد.

در این مقاله خوردگی و انواع آن را بررسی می‌کنیم. همچنین نشان می‌دهیم که دستگاه رسوب زدا هیدروفلو چگونه در کاهش خوردگی کمک کننده است.

 

خوردگی یا زنگ زدگی چیست؟

خوردگی یک فرآیند طبیعی است که یک فلز تصفیه شده را به شکل شیمیایی پایدارتر مانند اکسید، هیدروکسید یا سولفید تبدیل می‌کند. این تخریب تدریجی مواد (معمولاً یک فلز) توسط واکنش شیمیایی و یا الکتروشیمیایی با محیط آنهاست. رسوب زدا هیدروفلو چگونه می‌تواند خوردگی سطح داخلی لوله را کاهش دهد؟

چند اثر متفاوت وجود دارد که به کاهش خوردگی کمک می‌کند.

• امکان استفاده از آب سخت به جای آب نرم که خورنده است.
• جلوگیری از رشد مگنتیت (پوشش محافظ).
• اثر پوستی میدان الکترومغناطیسی.

یکی از مزایای آشکار و فوری استفاده از دستگاه رسوبزدا هیدروفلو با توجه به میزان خوردگی این واقعیت است که استفاده از این فناوری به سیستم اجازه می‌دهد تا با استفاده از آب سخت راه اندازی شود.

آب سخت آبی است که حاوی مقادیر زیادی مواد معدنی مانند مقداری کلسیم و منیزیم محلول در آب است. این باعث می‌شود که pH افزایش یابد و اسیدی آن کمتر شود زیرا اتاق یونی کمتری وجود دارد.
آب نرم بسیار خورنده است. دلیل این امر را می‌توان به چندین روش مرتبط در نظر گرفت. یکی از راه‌های فکر کردن به این موضوع این است که آب نرم دارای pH پایین‌تری است، یعنی اسیدی‌تر است و بنابراین می‌تواند باعث خوردگی شود. دلیل دیگر آن این است که آب نرم دارای اتاق یونی است و بنابراین می‌خواهد فلز را حل کند.

 

 

دستگاه رسوب زدا هیدروفلو به یک سیستم اجازه می‌دهد تا با استفاده از آب سخت به جای آب نرم، با تمام مزایای نتیجه بخش برای کاهش خوردگی اجرا شود. البته این مزیت فقط برای سیستم‌هایی رخ می‌دهد که از آب نرم به سخت تغییر می‌کنند. حتی اگر سیستم‌ها از قبل روی آب سخت کار می‌کنند (و با تمیز کردن با رسوبات آهک مقابله می‌کنند)، هنوز هم اثر مثبتی روی خوردگی وجود دارد.

 

در زیر لیستی از اصطلاحات مهم هنگام صحبت در مورد خوردگی آمده است:

خوردگی یکنواخت

رایج ترین شکل خوردگی است که در سطح بزرگ اتفاق می‌افتد و مشخصه آن است که خوردگی به طور یکنواخت در کل سطح یا بخش بزرگی از سطح پیش می‌رود. کدر شدن سطح روشن یا صیقلی، حکاکی شدن توسط پاک کننده‌های اسیدی یا اکسیداسیون (تغییر رنگ) فولاد نمونه‌هایی از خوردگی یکنواخت هستند.

خوردگی حفره‌ای

خوردگی حفره‌ای، سوراخ یا گودال است که در یک منطقه یا نقطه‌ای کوچک ایجاد می‌شود. این نوع خوردگی بسیار تهاجمی است و تشخیص آن دشوار است. حفره‌ها یا سوراخ‌ها توسط مقدار کمی خوردگی (زنگ) روی سطح پوشیده می‌شوند. هنگامی که یک واکنش کاتدی در یک منطقه بزرگ (پوشش) یک واکنش آندی را در یک منطقه کوچک (فلز در معرض) حفظ می‌کند، یک گودال، حفره یا سوراخ کوچک ایجاد می‌شود. اکسیداسیون در فلز حتی زمانی که اکسیژن وجود ندارد اتفاق می‌افتد.

خوردگی شکافی

خوردگی شکافی حمله موضعی به یک سطح فلزی در یا بلافاصله در مجاورت شکاف یا شکاف بین دو سطح اتصال دهنده است که در آن محلول به دام افتاده و تجدید نمی‌شود.

 

خوردگی گالوانیکی

خوردگی گالوانیکی بسیار رایج است و زمانی رخ می‌دهد که دو فلز با بارهای الکتروشیمیایی متفاوت از طریق یک مسیر رسانا به هم متصل شوند. خوردگی زمانی اتفاق می‌افتد که یون‌های فلزی از فلز آندی به فلز کاتدی حرکت می‌کنند. در این مورد، یک پوشش مقاوم در برابر خوردگی اعمال می‌شود تا از انتقال یون‌ها یا شرایطی که باعث آن می‌شود جلوگیری کند.

هنگامی که یک فلز ناخالص وجود داشته باشد، خوردگی گالوانیکی نیز می‌تواند رخ دهد. اگر فلزی حاوی ترکیبی از آلیاژهایی باشد که بارهای متفاوتی دارند، یکی از فلزات می‌تواند خورده شود. این به عنوان خوردگی بین دانه‌ای شناخته می‌شود. فلز آندی ضعیف‌تر و مقاوم‌تر است و یون‌های خود را به فلز کاتدی قوی‌تر و دارای بار مثبت از دست می‌دهد. بدون قرار گرفتن در معرض جریان الکتریکی، فلز به طور یکنواخت خورده می‌شود. پس از آن به عنوان خوردگی عمومی شناخته می‌شود.

ترک خوردگی تنشی (SCC)

ترک خوردگی ناشی از تنش می‌تواند به طور جدی به یک جزء فراتر از نقطه تعمیر آسیب برساند. هنگامی که یک جزء فلزی در معرض تنش کششی شدید قرار می‌گیرد، می‌تواند SCC را در امتداد مرز رگه تجربه کند. ترک شکل می گیرد، که از این پس هدف خوردگی بیشتر است. دلایل متعددی برای SCC وجود دارد، از جمله تنش ناشی از کار سرد، جوشکاری و عملیات حرارتی.

این عوامل، همراه با قرار گرفتن در معرض محیطی که اغلب باعث افزایش و تشدید ترک خوردگی تنشی می‌شود، می‌تواند به این معنی باشد که بخشی از تحمل خوردگی تنشی جزئی به تجربه شکست یا آسیب غیرقابل جبران می‌رسد. در برنج، شکست ناشی از ترک خوردگی ناشی از تنش، “ترک فصلی” نامیده می‌شود. در فولاد، به عنوان “تردی سوزاننده” شناخته می‌شود. تردی هیدروژنی فولاد نیز به عنوان یک پدیده خوردگی در نظر گرفته می‌شود.

 

خوردگی عمومی

خوردگی عمومی به دلیل زنگ زدگی رخ می‌دهد. هنگامی که فلز، به ویژه فولاد، در معرض آب قرار می‌گیرد، سطح اکسید می‌شود و یک لایه نازک زنگ ظاهر می‌شود. مانند خوردگی گالوانیکی، خوردگی عمومی نیز الکتروشیمیایی است. برای جلوگیری از اکسیداسیون، یک پوشش پیشگیرانه باید در واکنش تداخل ایجاد کند.

خوردگی موضعی

خوردگی موضعی زمانی اتفاق می‌افتد که بخش کوچکی از یک جزء دچار خوردگی شود یا با تنش‌های خاص خوردگی مواجه شود. از آنجایی که ناحیه کوچک “محلی” با سرعت بسیار بیشتری نسبت به بقیه اجزاء دچار خوردگی می‌شود و خوردگی در کنار سایر فرآیندها مانند تنش و فرسودگی عمل می‌کند، نتیجه بسیار بدتر از نتیجه تنش یا فرسودگی به تنهایی است.

خوردگی عامل سوزاننده زمانی رخ می‌دهد که گاز، مایعات یا جامدات ناخالص، مواد را فرسوده کنند. اگرچه بیشتر گازهای ناخالص به شکل خشک به فلز آسیب نمی‌رسانند، اما زمانی که در معرض رطوبت قرار می‌گیرند حل می‌شوند و قطرات خورنده مضر را تشکیل می‌دهند. سولفید هیدروژن نمونه‌ای از این عوامل سوزاننده است.

خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیک (MIC)

در میان مکانیسم‌های مختلف خوردگی احتمالی، خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیک چیزی است که ارتباط نزدیکی با فعالیت میکروارگانیسم‌های زنده در خاک، از جمله ریزجلبک‌ها، باکتری‌ها، آرکیاها و قارچ‌ها دارد. خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیک می‌تواند در محیط ها و شرایط کاری که در آن خوردگی دیگری وجود ندارد، یا می‌تواند در ترکیب با سایر خرابی‌های خوردگی رخ دهد. مهمتر از آن، میکروارگانیسم‌ها می‌توانند سینتیک واکنش‌های خوردگی آندی/کاتدی را تسریع کنند، به‌گونه‌ای که می‌توانند به عنوان موجودات «کاتالیزوری» در نظر گرفته شوند. میکروارگانیسم‌ها بیشتر برای ایجاد یک حمله موضعی از جمله آلیاژ زدایی، حفره، خوردگی گالوانیکی موضعی و ترک خوردگی ناشی از تنش شناخته شده‌اند.

 

MIC به هر شکلی که باشد با تشکیل یک بایوفیلم بر روی بستر فلزی شروع می‌شود. سلول‌های باکتری به زیرلایه ماده متصل می‌شوند، جایی که رشد می‌کنند، تولید مثل می‌کنند، مواد مغذی را مصرف می‌کنند و یک ماده پلیمری خارج سلولی (EPS) تولید می‌کنند. سایر محصولات متابولیک نیز یک سلول خوردگی موضعی تولید می‌کنند و به طور جمعی بایوفیلم را می‌سازند. همچنین به خوبی شناخته شده‌است که میکروارگانیسم‌ها می‌توانند از مواد شیمیایی به عنوان منابع غذایی استفاده کرده و آنها را اکسید کنند.

 

 

خوردگی میکروبی به دو دسته خوردگی هوازی و بی‌هوازی تقسیم می‌شود که دومی باعث ایجاد نرخ خوردگی بالاتر می‌شود، در حالی که هوازی با نرخ خوردگی پایین‌تری همراه است. وقتی صحبت از خوردگی زیستی فلزات می‌شود، باکتری‌های کاهنده آهن (IRB)، باکتری‌های اکسید کننده آهن و منگنز، باکتری‌های تولید کننده اسید (APB) و باکتری‌های کاهنده سولفات (SRB) میکروارگانیسم‌هایی هستند که به رسمیت شناخته شده‌اند. اثرات مخرب‌تر IRB یکی از مقصران اصلی است که باعث تخریب زیستی شدید سطوح فلزی خارجی می‌شود.

خوردگی زیستی ناشی از SRB در داخل سطوح فلزی در ارتباط با محتوای کم اکسیژن و مایع راکد داخل لوله، شرایط مطلوبی را برای رشد SRB فراهم می‌کند. علاوه بر این، SRB می‌تواند در زیر رسوبات خاک، آب، هیدروکربن‌ها، مواد شیمیایی و غیره ظاهر شود. سینتیک خوردگی در فولادها تحت تأثیر میکروارگانیسم‌ها، از جمله SRB، می‌تواند تا ده برابر سریعتر از سینتیک در غیاب میکرو ارگانیسم‌ها باشد. گزارش شده است که میکروارگانیسم‌های SRB می‌تواند در صورت عدم دسترسی به منابع کربن آلی، الکترون‌ها را مستقیماً از آهن دریافت کند. این می‌تواند زمانی رخ دهد که خاک به عنوان یک مانع بین سطح فلز و محیط خارجی عمل کند.

به طور خلاصه، MIC سطح فلز را از طریق فعالیت متابولیکی میکروارگانیسم‌ها خراب می‌کند. آسیب ناشی از MIC به سه مرحله تقسیم می‌شود: تشکیل بایوفیلم، تغییر محیط روی سطح فلز و در نهایت خراب شدن فلز. باکتری‌های رایج مرتبط با MIC عبارتند از باکتری‌های کاهنده آهن (IRB)، باکتری‌های کاهنده سولفات (SRB) و باکتری‌های تولید کننده اسید (APB). آسیب MIC عمدتاً منجر به خوردگی حفره‌ای، خوردگی شکافی و ترک خوردگی ناشی از تنش می‌شود.

مگنتیت چیست؟

مگنتیت اکسید آهن Fe3O4 است و به سنگ معدن آهن اطلاق می‌شود که به عنوان یک کانی ایزومتریک سیاه رنگ از گروه اسپینل وجود دارد. این یک اکسید مهم آهن است زیرا بسیار قطبی و مغناطیسی است.

هنگامی که دستگاه رسوب زدا هیدروفلو روی لوله اعمال می‌شود، مگنتیت به روشی متفاوت شکل می‌گیرد. مگنتیت به جای اینکه به عنوان یک ماده پوسته پوسته تشکیل شود، به صورت یک لایه سخت و سیاه روی سطح لوله تشکیل می‌شود. این به عنوان یک مانع بین آهن موجود در لوله و آب (به ویژه اکسیژن موجود در آب) عمل می‌کند و خوردگی بیشتر را کند می‌کند. از این نظر باعث می‌شود که مگنتیت مانند اکسیدهای سایر فلزات، به عنوان مثال، مس و روی عمل کند. آلومینیوم وقتی تازه بریده می‌شود ظاهری براق دارد که به زودی به رنگ خاکستری مات محو می‌شود. این به این دلیل است که سطحی که به تازگی بریده شده‌است، آلومینیوم را در معرض دید قرار می‌دهد، که پس از قرار گرفتن در معرض اکسیژن هوا، به اکسید آلومینیوم تبدیل می‌شود.

 

به طور مشابه، در نهایت رنگ نارنجی مس (اگر در معرض عناصر بیرونی قرار گیرد) سبز می‌شود. ما معمولاً به این موارد به عنوان “خوردگی” فکر نمی‌کنیم، حتی اگر آنها فلزی هستند که به اکسید تبدیل می‌شوند. این به این دلیل است که این فرآیند خود محدود کننده‌است. مجسمه آزادی نمونه کاملی از این موضوع است. او فرسوده نشده‌است، حتی اگر سبز شده است!

 

اسکین افکت چیست؟

برای درک اثر پوستی و اینکه چگونه می‌تواند خوردگی را کاهش دهد، باید در مورد میدان‌های مغناطیسی بحث کنیم، میدان مغناطیسی یک سیم و یک لوله چگونه به نظر می‌رسد، چگونه این جریان را تحت تاثیر قرار می‌دهد، و چگونه توزیع جریان می‌تواند بر نرخ خوردگی تاثیر بگذارد.

دستگاه رسوب زدا هیدروفلو جریان AC را به لوله القا می‌کند و می‌دانیم که جریان AC عمدتاً در قسمت بیرونی یک هادی (مثلاً یک لوله) جریان دارد. واکنش‌های شیمیایی نیاز به انتقال الکترون دارند و هر الکترون آزاد توسط اثر پوستی از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی از سطح داخلی لوله حذف می‌شود. اتم‌های فلز در مواد لوله در آب حل می‌شوند. برای انجام این کار، آنها باید از اتم‌های خنثی به یونهای باردار تبدیل شوند. یعنی باید یک الکترون را از دست بدهند. سپس الکترون به یون‌های درون آب منتقل می‌شود. بنابراین اثر پوستی، واکنش‌های شیمیایی که باعث خوردگی می‌شوند را کاهش می‌دهد.

 

ابتدا باید به میدان مغناطیسی اطراف یک سیم نگاه کنیم. در ابتدا، اجازه دهید به سادگی سیم نازکی را در نظر بگیریم که دارای جریان مستقیم ثابت (DC) است. میدان مغناطیسی توسط قانون آمپر داده می‌شود و از یک سری خطوط مغناطیسی تشکیل شده‌است که سیم را می‌پوشاند. جهت خطوط میدان توسط “قانون گرفتن دست راست” مشخص می‌شود.

قانون دست راست به شرح زیر است:
مشت کنید، انگشت شست خود را در جهت جریان قرار دهید و انگشتان شما جهت میدان مغناطیسی را نشان خواهند داد.

در داخل مواد لوله، میدان مغناطیسی داریم. نکته مهم این است که میدان ثابت نیست بلکه در حال تغییر است. اکنون، یک میدان مغناطیسی در حال تغییر، یک میدان الکتریکی را القا می‌کند. این حوزه در کدام جهت فعالیت می‌کند؟ خب، یک میدان الکتریکی القایی همیشه با جریانی که باعث آن می‌شود مخالفت می‌کند. به آن “EMF برگشتی” می‌گویند زیرا “برگشت می‌کند” تا جریانی را که در وهله اول باعث آن شده است متوقف کند. از این نظر به عنوان یک مقاومت یا کمی شبیه به نوعی اصطکاک عمل می‌کند.

نتیجه این است که دور از سطحی که میدان قوی است، جریان نیرویی را در مقابل آن احساس می‌کند. نیرویی که احساس می‌کند به گونه‌ای است که جریان دقیقاً لغو می‌شود. در نزدیکی سطح، میدان به صفر می‌رسد و بنابراین هیچ مخالفتی با جریان وجود ندارد. بنابراین ما می‌بینیم که یک جریان AC که از یک هادی عبور می‌کند، تمایل به جریان در سطح، با جریان کمتری در مرکز دارد.

 

تصاویر از داخل لوله همانطور که می‌بینید قبل از نصب دستگاه رسوب زدا هیدروفلو، خوردگی یک مشکل مهم بود. پس از نصب رسوب زدا هیدروفلو، خوردگی به میزان قابل توجهی کاهش یافت.

کاهش خوردگی ناشی از اثر پوستی

با یک واحد رسوب زدا هیدروفلو در محل، هر الکترونی که با انحلال روی در لوله آزاد می‌شود، توسط دستگاه رسوبزدا هیدروفلو به داخل لوله کشیده می‌شود. سپس با اثر پوستی، آنها را به بیرون لوله می‌کشند. این بدان معناست که هیچ الکترونی برای ادامه واکنش‌های شیمیایی در دسترس نیست و زنجیره واکنش را مسدود می‌کند. این بدان معنی است که واکنش نمی‌تواند ادامه یابد و در نتیجه خوردگی کند می‌شود.

 

منبع:
https://www.hydroflow-usa.com/MIC-corrosion