اندازه گيري بي درنگ ميزان خوردگي

منبع: مجله صنعت هوشمند، شماره58،

ترجمه: مريم تيموري

بيشتر روش هاي رايج بررسي خوردگي كه توسط مهندسان مجرب خوردگي مورد استفاده قرار مي گيرند در برگيرنده تجزيه و تحليل نمونه هاي Coupon موجود در خط لوله هستند. اين نمونه ها قبل از قرار گرفتن در معرض مواد موجود در فرايند، به طور دقيق وزن مي شوند و وضعيت فيزيكي آنها به منظور آشكار شدن هر گونه نقص احتمالي مورد تجزيه و تحليل قرار مي گيرد. نتايج اين بررسي به عنوان مبنايي براي تعيين ميزان فرسايش كلي و ناحيه اي فلز در برابر مواد موجود،‌مورد استفاده قرار مي گيرند. Coupon هاي اضافي كه در ساير موقعيت ها قرار دارند منجر به جمع آوري حجم بيشتري از اطلاعات براي ارزيابي و دستيابي به تصوير دقيقتري از خوردگي مي شوند. ابزارهاي موجود براي ارزيابي خوردگي، اطلاعات دقيقي براي تعيين نرخ فرسايش در اختيار كارشناسان قرار مي دهند. ولي اين داده ها تنها براي متخصصين سودمند است و نه براي متصدي يا مهندس سامانه هاي كنترل. هم اكنون فناوري ترانسميترهاي خوردگي در حال تغيير دادن اين روند است. اين ترانسميترها شامل الگوريتم هاي بسيار جديد و انحصاري و نيز روش هاي تجزيه و تحليل داده هستند كه به طور دقيق نرخ خوردگي و خوردگي محلي (Pitting) را اندازه گيري مي كنند. آناليز اعوجاج هارمونيك1 (HDA) براي بهبود عملكرد روش مقاومت قطبيِ خطي2 (LPR) كه در صنعت از مقبوليت بالايي برخوردار است به منظور اندازه گيري ميزان خوردگي به كار مي رود. براي ارتقاي بيشتر عملكرد،‌ يك مقدار Stem Geary با كاربرد خاص (B-Value) را مي توان در ترانسميتر ذخيره كرده و آن را متناسب با نوع لوله و مواد موجود در فرايند به طور دقيق تنظيم كرد. در طي يك چرخه اندازه گيري،‌ترانسميترهاي فرسايش، نويز الكتروشيميايي را (ECN) از روشي جالب اندازه گيري مي كنند. نتايج اين اندازه گيري به همراه داده هاي مربوط به نرخ خوردگي، مي تواند بيان كننده ميزان خوردگي محلي باشد. در پايان هر چرخه اندازه گيري، نرخ خوردگي (يا مقدار Pitting ) محاسبه شده و به صورت يك سيگنال 4-20 mA در اختيار پرسنل كارخانه قرار داده مي شود. روش LPR مدتهاست كه به عنوان يك استاندارد صنعتي در مانيتورينگ خوردگي عمومي بكار گرفته مي شود. اين روش بر اساس روابط Stem-Greary استوار است. اين ارتباط B-Value ، تحريك بالقوه را با جريان خوردگي اندازه گيري شده مرتبط ساخته و بدين طريق مقاومت قطبيِ را اندازه گيري مي كند. سپس اين اندازه گيري براي تعيين نرخ خوردگي عمومي به كار مي رود. از آنجا كه استفاده از B-Value صحيح در اين روش، امري بسيار مهم است اين روش به تنهايي يك روش اندازه گيري غيرقابل اطمينان براي تعيين نرخ خوردگي به شمار مي رود. تجزيه و تحليل HDA از تكامل روش LPR به دست مي آيد. با اعمال يك موج سينوسي فركانس پايين به جريان اندازه گيري، مقاومت محلول خورنده از طريق تجزيه و تحليل هارمونيكي سيگنال هاي حاصله محاسبه مي شود. با داشتن مقاومت قطبي و نيز مقاومت محلول، نرخ خوردگي عمومي را به طور دقيق تري مي توان تعيين كرد. در نهايت، روش ECN امكان محاسبه نرخ خوردگي محلي را فراهم مي كنند. ECN ، اندازه گيري نوسانات خود به خودي توليد شده در محل اتصال محلول و فلز در حال خوردگي است. اين اندازه گيري تنها با استفاده از يك پُروبِ سه الكترودي امكان پذير بوده و به منظور تعيين خوردگي محلي به كار مي رود. مانيتورينگ بي درنگ خوردگي استفاده از يك سيگنال كنترل 4-20mA براي متصدي تجهيزات، امكان تفسير وضعيت خوردگي را به صورت بي درنگ فراهم مي آورد.متصدي قادر است وضعيت موجود نرخ خوردگي را با وضعيت پيشين آن مقايسه كند و به سرعت تغييرات پديد آمده در كيفيت آب، تغييرات شيميايي و عملكرد بازدارنده (inhibitor) را تعيين كند. تمامي اين شرايط كه ممكن است بر خوردگي خط لوله تاثير بگذارند، مي توانند با استفاده از سامانه مانيتورينگ بي درنگ خوردگي بسيار دقيق رديابي و كنترل شوند. علاوه بر اين،‌متصدي كارخانه اي كه ازچنين سامانه اي استفاده مي كند، مي تواند براي تعويض تجهيز مشكوك به عنوان بخشي از يك برنامه تعمير و نگهداري پيشگويانه برنامه ريزي كند. فناوري ترانسميتر خوردگي براي نظارت بي درنگ بر خوردگي عمومي و محلي به جاي تشخيص پس از وقوع مورد استفاده قرار مي گيرد. هم اكنون مي توان به جاي تشخيص وقوع خوردگي در يك دوره زماني با استفاده از روش تحليل Coupon ، ميزان خوردگي را مانند ديگر متغيرهاي فرايند از قبيل فشار، شار، سطح،‌ حرارت و PH توسط متصدي كارخانه يا مهندس سامانه كنترل و با استفاده از واسطِ انسان- ماشين موجود اندازه گيري كرد. فناوري ترانسميتر خوردگي قادر است حتي وقتي كه نرخ خوردگي عمومي پايين است ميزان خوردگي محلي را تشخيص دهد. اين يك موضوع بحراني است زيرا خوردگي محلي درصورتي كه در مراحل اوليه، شناسايي و خنثي نشود، مي تواند بسيار خطرناك باشد. متغيرهاي Online از قبيل فشار، ‌سطح و حرارت براي هر فرايندي بي نهايت مهم هستند، بنابراين تلاش براي دسترسي به اطلاعات Online خوردگي نيز منطقي به نظر مي رسد. خطرات مربوط به سرريز يا لوله هاي فرسوده مهم تر از آن هستند كه به صورت Off line محاسبه شوند.

تعاريف و مشخصات

پروب هاي مورد استفاده براي آشكار سازي خوردگي از سه الكترود تشكيل شده اند: دو تا براي اندازه گيري و يكي به عنوان مرجع. به منظور دستيابي به يك اندازه گيري صحيح، الكترودها بايد از جنس همان ماده اي باشند كه لوله يا تانك تحت نظارت از آن ساخته شده است. الكترودهاي Sacrificial تحت تاثير سيگنال كوچكي قرار گرفته و به طور مستقيم در جريان يك محيط خورنده قرار مي گيرند. اين سيگنال ها توسط ترانسميتر در مدت7 دقيقه به منظور دستيابي به اطلاعات دقيقي از خوردگي تجزيه و تحليل مي شوند. انواع مختلفي از پروب هاي مكانيكي براي سوار شدن مستقيم يا از راه دور در طول هاي ثابت يا قابل تنظيم، موجودند. درجه حرارت محيط فرايند مي تواند تا125 درجه سانتيگراد باشد، در حالي كه ترانسميتر مي تواند در محيطي با درجه حرارت28- تا70+ درجه سانتيگراد كار كند. ماده درون تانك يا لوله بايد حداقل شامل1 درصد آب باشد. ترانسميترهاي خوردگي براي نصب در هر كاربرد صنعتي از تجهيزات فاضلاب تا فرايندهاي شيميايي تا پالايش نفت، طراحي شده اند. اگر محيط بي خطر (غيرانفجاري) باشد، اين ترانسميترها به سادگي قابل اتصال به يك ورودي آنالوگ سامانه DCS يا PLC و قابل نصب بر طبق مقررات محلي، ايالتي و ملي هستند. براي كاربردهاي گروه2 اگر ماده خورنده درون لوله غير قابل اشتعال باشد مي توان توسط مدارات داراي توان الكتريكي پايين، به طور مستقيم ترانسميتر را درون موقعيت خطرناك گروه2 نصب كرد. در اين پيكربندي، سيگنال كنترل (مدار 4-20mA) بايد مطابق استاندارد »NEC« و به شيوه هاي سيم كشي گروه2، ايجاد شود. طرح هاي مخصوص مي توانند براي كاربردهاي گروه يك تعديل شوند. واحدهاي »ذاتاً ايمن« (IS) نياز به استفاده از يك سد ايزولاسيون ميان كارت I/O (ورودي/خروجي) و ترانسميتر دارند. يك مانع IS انرژي را در ناحيه گروه يك محدود كرده و به كمك ترانسميتر پتانسيل شديدي كه مي تواند منجر به مشتعل شدن ناحيه خطر شود را تخليه مي كند.

پيشرفت در زمينه مانيتورينگ خوردگي

فرايند خوردگي هنگامي آغاز مي شود كه يك فلز يا آلياژ در معرض يك مايع هادي الكتريسيته قرار گيرد. در اين صورت فلز يا آلياژ مذكور طي يك فرايند الكترومكانيكي فرسايش خواهد يافت. مثال زير يك واكنش ساده فلز (آهن) در برابر يك محلول اسيدي را نشان مي دهد: در اثر قرار گرفتن فلز سطح لوله يا تانك درون محلول مجاور (مايعي كه سبب خوردگي مي شود)، يك ناحيه آندي متشكل از يون Fe2+ تشكيل مي شود. اين فرايند منجر به افزايش الكترون ها در سطح فلز مي شود. الكترون هاي اضافي به نقطه كاتدي مجاور جريان يافته كه در نتيجه اين حركت جريان خوردگي (I corr) پديد مي آيد.

سپس عامل اكسيد كننده موجود در محلول خورنده، اين الكترون هاي اضافي را مصرف مي كند. نقاط آنديك و كاتديك به طور دايم موقعيت خود را تغيير داده و در سطح كلي هادي (فلز) وجود دارند. اين پيكر بندي تصادفي اندازه گيري مستقيم Icorr را غيرممكن مي سازد. به منظور غلبه بر اين محدوديت به وسيله فناوري ترانسميتر خوردگي، يك پروب الكتريكي مشتمل بر سه الكترود اندازه گيري از جنس فلز يكسان با بدنه لوله يا مخزن را درون محلول خورنده قرار مي دهند. با استفاده از اين پروب مي توان پتانسيلي ميان الكترودها اعمال كرده و جريان نتيجه را اندازه گيري كرد. همان فرايند خوردگي مولد Icorr ، بر اين جريان اثر مي گذارد. اگر الكترودها با نرخ بالايي خورده شوند، يون هاي فلز (در اين مثال Fe2+ ) به آساني وارد محلول شده و با اعمال يك پتانسيل (ولتاژ) كم به الكترودها، جريان به نسبت زيادي در مقايسه با Icorr خواهيم داشت. به همين شكل، اگر الكترودها با نرخ پاييني خورده شده و يون ها به آرامي وارد محلول شوند و از آن عبور كنند، با اعمال يك پتانسيل كوچك به الكترودها، جريان كوچكي نيز توليد خواهد شد.

ترانسميترهاي خوردگي با استفاده از الگوريتم ها و تجزيه و تحليل داده ها، قادرند اطلاعات به دست آمده را تفسير كرده و آن را به صورت يك سيگنال 4-20 mA در دسترس قرار دهند.

مباني خوردگيخوردگي چيست؟

خوردگي تخريب شيميايي يك ماده (در بيشتر مواقع يك فلز) در نتيجه واكنش با محيط.

چه وقت خوردگي اتفاق مي افتد؟

خوردگي مي تواند به طور طبيعي رخ دهد،‌در زير به چند مورد از شرايط ايجاد كننده خوردگي اشاره شده است:

- سامانه هاي آب سردكن

- سامانه هاي تصفيه مجدد

- تصفيه آب آشاميدني و سامانه هاي توزيع آب

- تصفيه فاضلاب

- توليد خمير و كاغذ

- توليد هيدروكربن با ‌آب آزاد

آند چيست؟

الكترودي كه در آن اكسيداسيون يا خوردگي اتفاق مي افتد (الكترودهاي خورنده)

كاتد چيست؟

مخالف آند است. الكترودي كه كاهش (و نه عملاً خوردگي) در آن رخ مي دهد.

Pitting چيست؟

خوردگي محلي شديد، به صورت عمقي و تنها در چند نقطه.

تجزيه و تحليل Coupon چيست؟

فناوري متعارفي كه به منظور نظارت بر خوردگي به كار مي رود با تكه هايي از فلز به نام Coupon سروكار دارد. اين تكه هاي فلز پيش از وارد شدن به فرايند، وزن مي شوند. پس از مدتي اين ذرات مورد بررسي قرار مي گيرند تا معلوم شود چه ميزان كاهش وزن داشته اند. در نتيجه اين تجزيه و تحليل نرخ خوردگي مشخص شده و ميزان بازدارنده هاي لازم براي جلوگيري از خوردگي تخمين زده مي شود.

پاورقي

1- Harmonic Distortion Analysis

2- Linear Polarization Performance