كاتب التقرير : م.رشيد الخولي

منسق الموضوع : م.رشيد الخولي

طريقة الأتصال بالكاتب : غير متوفرة حالياً

حماية معدات التحميض للآبار النفطية من التآكل‬

يعرف تآكل المعادن بأنه تلف المعادن أو فقدانها لخواصها الفيزيائية و الكيميائية نتيجة لتفاعلها مع وسط عدائي .

1 - أسباب التآكل :

تتلخص أسباب التآكل واهتراء المواد الإنشائية في التجهيزات المختلفة في مايلي:

1- المواد الآكالة الموجودة في الأجواء المعمول بها مثل الحموض و الأسس و الأملاح و المركبات الكبريتية و الكلورية و الفلورية .... الخ .

2- تأثير الشروط السائدة من ضغط و درجة حرارة و تركيز .

3- طبيعة و تركيب المواد المكونة للتجهيزات و مقاومتها للأجواء المعمول بها .

4-التأثير الميكانيكي الناتج عن الاحتكاك و التبريد و التسخين وتدفق الموائع .

2- أنواع التآكل :

1- التآكل الكيميائي :

عبارة عن تخريب سطح المعدن عند تلامسه مع عنصر كيميائي دون أن يرافق ذلك ظهور تيار كهربائي في المعدن .

2- التآكل الكهروكيميائي :

عبارة عن تخريب سطح المعدن عند تلامسه مع عنصر كيميائي مع ظهور تيار كهربائي في المعدن .

ويتلخص جوهر التآكل الكهروكيميائي في أنه نتيجة للتأثير المتبادل بين المعدن والوسط المحيط به ( طين ، ماء ) حيث يحدث تخريب للمعدن مع ظهور تيار كهربائي فعند تلامس المعدن مع الماء المستقطب فإن الذرات السطحية للمعدن تتزحزح من مكانها بتأثير قوة حقل جزيئات الماء و التي بمساعدة حجمها الصغير تتغلغل في جسم المعدن .

هذا التأثير الذي يسمى عادةً المعالجة بالماء قد يكون كبيراً بحيث أنه يحدث ضعفاً بين ذرات المعدن مع إلكتروناتها الخارجية ، و أيون المعدن 2+Fe يحصل على إمكانية الهروب إلى الوسط السائل و فور هروبه تحيط به ذرات المعدن و تتعامل معه و بالتالي يتحرر إلكترونان على سطح المعدن و ينتقلان إلى السائل فيتعادل الأوكسجين و الماء و ينتج بالتالي OH¯ و الذي يعود ليتفاعل مع الحديد من جديد.

־+ 1/2 O2 + H2O → 2OH ־2e

Fe+2 + 2OH- → Fe(OH)2

و عند تواجد كمية كافية من الأوكسجين في السائل فإن ماءات الحديد تتفاعل معه و تتحول إلى هيدرات راسبة كما في المعادلة :

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

و هكذا يحدث التآكل الكهروكيميائي للمعدن .

3 – أشكال التآكل :

تصنف أشكال التآكل في الحياة التطبيقية حسب خواص و مواصفات التآكل و هذا ما يسهل عملية البحث عن أسباب حدوث التآكل و معرفتها و اختيار الطريقة الملائمة للمعالجة .

استنادا إلى أشكال التشققات أو التخريب كنتيجة لعملية التآكل يمكن تمييز الأشكال التالية :

1-التآكل المستمر :

يتحقق على كامل السطح المعدني و يمكن أن يكون منتظما أو غير منتظم .

• التآكل المنتظم :

يتم بسرعة تآكل واحدة و منتظمة على كامل سطح المعدن مثال على ذلك صدأ صفيحة حديدية متروكة لفترة زمنية طويلة في وسط رطب حيث يلاحظ ظهور طبقة رقيقة و منتظمة تغطي سطح الصفيحة ( ذات لون أحمر داكن ) .

• التآكل الغير منتظم :

يحدث على أجزاء مختلفة من سطح المعدن و بسرعة تآكل غير متساوية .

2- التآكل التماسي :

يحدث هذا التآكل نتيجة التماس بين معدنين أو أكثر موجودين في وسط متآين ( متشرد كهربائياً) .

3- التآكل النقطي :

يحصل في الأخاديد و في الشقوق الموجودة على سطح المعدن حيث تكون الشقوق و الأخاديد في حالة تماس مع سائل متآين . وهناك حالة خاصة لهذا النوع من التآكل يطلق عليها اسم التآكل الخيطي أو الشعري و الذي يظهر على سطوح بعض المعادن المطلية بمادة واقية من التآكل و المعرضة لتأثيرات العوامل الجوية و في هذه الحالة تلعب المسامات أو الثقوب السطحية الرقيقة دور الأخاديد .

4- التآكل القرحي :

يتولد في مواضع محددة من سطح المعدن حيث يتسع إلى أحجام على الرغم من أنها ليست كبيرة إلا أنها تسبب انشراخا عميقا للمعدن حيث يحدث نتيجة لذلك ما يطلق عليه اسم القرحة المعدنية ( التآكل القرحي ) و التي تلاحظ بشكل واضح على السطوح المعدنية و حتى المقاومة منها للتآكل في حالة غمرها في محاليل حاوية على شوارد الكلور العدائية ( النشطة ) تجاه المعدن كمياه البحار .

5- التآكل البنيوي (تآكل بين البلورات) :

يظهر هذا التآكل على طول الحدود الفاصلة بين بلورات المعدن أو الخليطة المعدنية و يعود سببه إلى السرعة الكلية لانحلال الحدود بين البلورات مما يؤدي إلى تهديم المعدن . و في هذه الحالة فإن الخواص الميكانيكية للمعدن تسوء بشكل ملحوظ رغم أن الشكل الخارجي له لا يطرأ عليه أي تبديل .

4 – العوامل المؤثرة في تآكل المعادن :

أولاً : العوامل الداخلية :

1- البنية الكيميائية و الفيزيائية للمعادن :

تتصف المعادن ذات النقاوة العالية بمقاومة عالية للتآكل . إن وجود شوائب في المعادن يؤدي إلى تسريع عملية التآكل سواء أكانت هذه الشوائب معدنية أم لا معدنية و لكن هذا ليس دائما فالتطعيم بالكروم و السيليسيوم و عناصر أخرى يرفع من مقاومة المعدن للتآكل .

إلا أن الحصول على معدن نقي مكلف بالإضافة إلى أنه غير مناسب من ناحية الاستخدام فالحديد النقي مثلا طري جداً لذلك لا يستخدم لتصنيع الهياكل والمعدات .

الخلائط المعدنية نوعان : وحيدة الطور و ثنائية الطور .

الأولى هي الأفضل لأن الثانية تكون غير متجانسة في البنية الكيميائية و الفيزيائية و هذا يؤدي إلى تسريع التآكل .

2- المعالجة الميكانيكية و الحرارية :

تتبع هذه المعالجة لإكساب المعدن خواص و صفات محددة فمثلاً تقسية الفولاذ

( تسخين + تبريد سريع )لزيادة متانته و قساوته .

تحصل عند المعالجة الحرارية تغيرات غير مرغوب فيها في بنية المعدن الأمر الذي يؤدي إلى تطوير أو تسريع التآكل البنيوي ( بين بلورات المعدن ) .

المعالجة بالقطع لا تسبب إجهادات داخلية كبيرة، لكنها تحدد نقاوة و درجة صقل المعدن المعالج و كلما كان سطح المعدن مصقولا بشكل جيد كلما زادت مقاومة المعدن للتآكل . يعود السببفي حصول التآكل الناتج عن الإجهادات الداخلية إلى تشكل مناطق بلورية غير منتظمة نتيجة للاجهادات تفصل بين مناطق بلورية منتظمة حيث تشكل المناطق البلورية غير المنتظمة المصعد الذي يتآكل .

ثانياً - العوامل الخارجية :

1- تأثير الأوساط الحمضية :

إن الشوارد الهيدروجينية في الوسط الأكال ذات تأثير كبير على تآكل المعادن وهذا الأمر وثيق الصلة بتغير آلية العملية . إن تغير الـ PH للوسط يؤدي إلى سرعة تآكل المعادن المختلفة .

2- تأثير سرعة جريان الالكتروليت :

إن تأثير سرعة جريان الالكتروليت على سرعة تآكل المعادن ذو طبيعة معقدة و يختلف باختلاف طبيعة المعدن و لكن عموما يزداد التآكل بازدياد السرعة .

3- تأثير الأملاح المنحلة :

يؤثر تركيز الأملاح المنحلة في الماء و بشكل مختلف على سرعة تآكل المعادن حسب طبيعة هذه الأملاح الكيميائية و لكن بشكل عام زيادة تركيز الأملاح تؤدي إلى زيادة الناقلية الكهربائية و بالتالي زيادة التآكل .

5- تأثير درجة الحرارة :

تزداد سرعة تآكل المعادن بزيادة درجة الحرارة بشكل مبدئي . مثلا سرعة تآكل الفولاذ في حمض كلور الماء تتضاعف عند زيادة درجة الحرارة بمقدار ( 10س

)

5 – الطرق المتبعة في ضبط التآكل :

هناك خمس طرق أساسية لضبط التآكل و هي :

1- التغيير في بنية المادة :

يمكن أن يكون هذا التغيير كليا أو جزئيا .

• التغيير الكلي : وهو خطوة هامة في هذا المجال فمثلا عند استخدام الفولاذ في الوسط الحمضي يمكن الحصول على نتيجة أفضل عند استبداله بالنحاس أو النيكل أو خلائط الستانلس ستيل .

• التغيير الجزئي : وذلك عند تغيير نوع السطح الملامس للوسط المحيط .

2 – تغيير الوسط المحيط :

يتم ذلك من خلال بعض الإجراءات مثل : استخدام موانع التآكل – كسح المواد الآكالة – تغيرات بسيطة في الحرارة أو الضغط .

3 – حواجز مضادة للتآكل :

حيث يعتبر الطلاء من أهم الحواجز المتبعة في هذا المجال .

4- الحمايات الكهروكيميائية :

وهي كل ما يدرج تحت ما يسمى بالحمايات الكاتودية أو الأنودية .

5 – الطريقة الخامسة و هي تتنوع من إنقاص بسيط للتآكل إلى تغيرات نوعية لأنواع خاصة من المعدات و تتضمن هذه الاعتبارات مايلي :

أ- إنقاص التآكل .

ب- ضبط سرعة التآكل .

ج- استخدام فتحات التصريف .

د- تخفيف الإجهاد و يتضمن الإجهاد الحراري و الإجهاد الميكانيكي .

6 – موانع التآكل ( مثبطات التآكل ) :

يطلق هذا المفهوم على المواد التي إذا أدخلت إلى الوسط الأكال فإنها تخفض سرعة التآكل للمعدن عند تماسه مع وسط أكال .

تستخدم موانع التآكل على نطاق واسع في مجال حماية المعادن من التآكل في الجمل المفتوحة و المغلقة ، وتستخدم أيضا من أجل الوقاية المسبقة من ظاهرة التآكل وذلك للكثير من المعدات و الأجهزة في مختلف فروع الصناعة و يمكن التعرف على آلية عملها ببساطة حيث تتم دراسة خصائص المادة الأكالة و من ثم استخدام المثبطات المناسبة لها و التي تقوم بتشكيل طبقة ترتبط بشكل الكتروستاتيكي مع المعدن تمنع وصول المادة الآكلة إليه و تكون لهذه الطبقة سماكة معينة و ذلك حسب فعالية مثبط التآكل .

7 – تصنيف مثبطات التآكل :

1- حسب التركيبة الكيميائية : مثبطات عضوية و مثبطات لا عضوية .

2- حسب قيمة PH الوسط التي تستعمل فيه : مثبطات حمضية – مثبطات قلوية – مثبطات معتدلة .

3- حسب شروط استخدام المثبطات : مثبطات طيارة و مثبطات المحاليل .

4-حسب آلية التأثير : مثبطات أنودية – مثبطات كاتودية – مثبطات مختلطة .

• المثبطات الأنودية :

تسبب عرقلة في التفاعلات الأنودية و تنتمي لهذه المجموعة المؤكسدات اللاعضوية ( الكرومات و النتريتات ) و كذلك المركبات التي تشكل على سطح المعدن راسب صعب الانحلال أمثال( NaOH , NaCO3 , Na3PO4 ) .

• المثبطات الكاتودية :

تؤثر على سرعة التفاعلات الكاتودية و تنتمي لهذه المجموعة المواد المرجعة التي تتحد مع الأوكسجين و تخفض محتواه في المحلول مثل سولفيت الصوديوم و الهيدرازين و المواد الواقية لسطح الكاتود نتيجة لتشكيلها طبقة رقيقة من مركبات صعبة الانحلال مثل ( Ca(HCO3)2 , ZnSO4 ) .

• المثبطات المختلطة :

تبطئ التفاعلات الأنودية و الكاتودية المتسببة في عملية التآكل و على قدم المساواة و إلى هذا النوع من المثبطات تنتمي البولي فوسفات و السيليكات .

8 – الحماية المهبطية :

تعتمد على شحن المنشآت المعدنية أو الملامسة للأوساط التشردية بشحنة كهربائية سالبة بحيث يحصل عليها استقطاب مهبطي إلى درجة كمون معينة و لهذه الغاية يستعمل تيار كهربائي مستمر بحيث يوصل المأخذ السالب بالجسم المراد حمايته و الموجب بمصاعد من الحديد أو الفحم تركب في نفس الوسط التشردي المحيط بالجسم المعدني .

أما المبادئ الأساسية للحماية المهبطية :

1- في أي نوع من خلايا التحليل الكهربائي و مهما كان سبب جريان التيار الكهربائي يحدث دوما تآكل في المصعد أما المهبط فلا يحدث له أي تآكل .

2 - يتصرف السطح الداخلي و كأنه مهبط أما النقاط التي تغادر منها التيارات فتقوم بدور المصعد و يحدث عندها التآكل .

3- عملية تآكل المعدن هي تلك المرحلة التي تتحول فيها ذرات هذا المعدن إلى شوارد موجبة و في حال وصل سطح معدن إلى قطبية سالبة مناسبة ( تؤمن عدد كاف من الشحنات السالبة ) عندها تخضع كل شاردة حديد موجبة إلى عملية تعادل كهربائي و بالتالي لا يصبح هناك أي شحنات موجبة تساعد على تأين المعدن .