چکیده: با توجه به سابقه طولانی استفاده از حفاظت کاتدی بر کف مخازن ذخیره و چالش های پیش روی آن مانند،وجود آسفالت و بتن، جریان مورد نیاز بالا در مخازن بزرگ، معیار مورد پذیرش و زمان راه اندازی حفاظت کاتدی روش های جایگزین برای حفاظت از کف مخازن ذخیره در حال رشد است. یکی از روش های جایگزین استفاده از ممانعت کننده های فاز بخار برای این منظور است. در مقاله پیش رو هدف بررسی کارایی این روش، اثر متقابل آن بر حفاظت کاتدی و مقایسه دو روش در کنترل خوردگی خارجی کف مخازن ذخیره است. برای این منظور از مقالات معتبر مختلف استفاده کرده که به مرور تکمیل نیز خواهند شد.
بخش ۱) ارزیابی کف مخازن ذخیره API-650، حفاظت شده با حفاظت کاتدی اعمال جریان در حضور ممانعت کننده فاز بخار(VPCI)
خوردگی سمت خاک مخازن ذخیره چالشی از نظر بهره‌برداری و محیط‌زیستی بوده و روش‌هایی مانند استفاده از ماسه قیری[۱]، حفاظت کاتدی یا پوشش‌ها برای مقابله با آن استفاده می شود. این در حالی است که اثر گذاری این روش ها به صورت تکی یا مجموع، به‌ویژه در مقابله با خوردگی حفره ای مورد سوال است. السلیمان[۲] امکان به دام افتادن رطوبت در موارد استفاده از ماسه قیری و امکان مانع شدن[۳] این لایه از جریان حفاظت کاتدی، دست‌کم به صورت جزئی را مورد بحث قرار داده است. یو[۴] وجود گپ هوایی ناگریز میان خاک و کف مخزن را مانع از اثرگذاری حفاظت کاتدی دانسته است. محققین دیگر پوشش را به تنهایی ناتوان از حفاظت کامل میدانند و دلیل آن را وجود عیوب غیر قابل اجتناب حین اعمال و بهره برداری ذکر کرده اند. ترکیب آمین کربکسیلات[۵] به همراه ترکیبات فرار فاز بخار یک راه حل ممکن برای حفاظت کامل است. این ترکیب به همراه بخار در فاصله میان خاک و کف مخزن کندانس می شود. فرایند کندانس شدن منر به جذب، انحلال و اثرات آب‌گریز بر سطح شده و از این طریق ممانعت از خوردگی را صورت می دهد.پودر VPCI متشکل از کریستال های ریز سفید رنگ آمین کربکسیلات که به همراه سیلیکا قرار میگیرد تا از گلوله شدن جلوگیری کرده و به حالت مه درآمدن آن را تضمین کند. همچنین میتوان مایع آن را در ماسه ها و فواصل آن تزریق کرد. در حین ساخت تانک باید پودر VPCI در لایه ای از ممبران های تراوا قرار داده میشوند تا بتوانند حفاظ را اعمال نمایند. از آغاز چاپ مقالات در مورد VPCI از سال ۱۹۹۳، ارزیابی این روش با استفاده از پراب های مقاومت الکتریکی[۶] که توانایی ارزیابی پیوسته سرعت خوردگی را دارند می‌باشد.
روش آزمایش
۶ تانک آزمایشگاهی شبیه ساز حالت واقعی با لایه HDPE و سیستم تزریق جریان حفاظت کاتدی با استفاده از ماسه با مقاومت ۳۵۰۰۰ اهم. سانتی متر که پراب خوردگی و سیستم تزریق VPCI در آن تعبیه شده بود مورد استفاده بوده است. پراب در عمق ۱۲۰میلیمتر، شبکه آندی در عمق ۲۷۰ میلیمتر و سیستم تزریق ممانعت کننده در عمق ۷۲۰ میلیمتر نسبت به ورق کف مخزن نصب شدند و از وزنه برای بارگذاری کف استفاده شد. تانک ها به صورت تصادفی در دودسته با حفاظت کاتدی و بدون حفاظت کاتدی فعال دسته بندی شدند. جریان حفاظت کاتدی در میزان ۲۹ میلی آمپر تنظیم شد تا پتانسیل لحظه خاموش ۸۵۰- میلی ولت (مس/سولفات مس) بدست آید . آزمایش ها در دو فاز قبل از تزریق و بعد از تزریق تقسیم شدند، به مدت ۴۵ روز پتانسیل طبیعی تانک های بدون حفاظت کاتدی فعال و یا پتانسیل لحظه خاموش تانک های با حفاظت کاتدی فعال پایش شد. سپس کف مخازن مورد بررسی قرار گرفت و تصویر برداری انجام شد. کف مخازن در جای قبلی قرار گرفت و آزمایش به مدت ۷۵ روز برای بررسی تخریب فلز پراب ER و پتانسیل لحظه خاموش ادامه یافت.
نتایج آزمایش
پیش از تزریق VPCI
پتانسیل طبیعی مخازن بدون حفاظت منفی تر شد تا در میزان ۵۵۱- میلی ولت (مس/سولفات مس) پس از ۲۰ روز پایدار شد.نرخ خوردگی میانگین ۱۵.۵ میلی اینچ در سال توسط پراب اندازه گیری شد که با مشاهدات وضعیت واقعی تطابق داشت. خوردگی در مرکز بیشتر بود و سطح توسط ماسه پوشیده شده بود.
پتانسیل لحظه خاموش میانگین ۱۰۲۴- میلی ولت (مس/سولفات مس) برای مخازن حفاظت شده ثبت شد که معیار ۸۵۰- میلی ولت را پاس میکند. سرعت خوردگی پراب در این حالت ۳.۲ میلی اینچ در سال توسط پراب اندازه گیری شد که این میزان کم با معیار خوردگی تطابق دارد. اما پس از بررسی وضعیت کف مخازن میزان قابل توجهی خوردگی مشاهده شد و مورفولوژی خوردگی شبیه تانک های حفاظت نشده بود که ممکن است به خاطر راه اندازی نشدن حفاظت کاتدی در زمان ساخت و نصب به مدت تقریبی ۲ هفته باشد. این مساله در حالت واقعی نیز به خاطر محدودیت منابع جریان وجود دارد.
پس از تزریق VPCI
پس از تزریق ممانعت کننده، تغییر قابل توجهی در هر دو حالت تانک های حفاظت شده و حفاظت نشده مشاهده شد. نرخ خوردگی میانگین پراب ER در تانک های حفاظت نشده ۲ و ۳ از ۱۳.۱ تا ۰.۶۶ میلی اینچ در سال کاهش یافت که تقریبا برابر ۹۵ درصد کاهش است. اما در تانک ۱ این میزان کاهش مشاهده نشد. میزان کاهش برابر ۵۹ درصد و از ۱۵.۴۴ تا ۶.۲۶ میلی اینچ در سال کاهش یافت. نرخ خوردگی تانک های حفاظت شده نیز از ۳.۲ تا ۰.۳ میلی اینچ در سال کاهش یافت که برابر با ۹۰ درصد کاهش است. قابل ذکر است که همه موارد بجز تانک ۱، پس از تزریق نرخ خوردگی به کمتر از ۱ میلی اینچ در سال کاهش یافت.همچنین باید مد نظر داشت که این میزان کاهش نرخ خوردگی در پراب رخ داده است و نشان گر کاهش خوردگی در ورق های کف مخازن که توسط لایه ضخیمی از ماسه و محصولات خوردگی پوشیده شده اند نیست.
تزریق ممانعت کننده، پتانسیل میانگین بدون حفاظت را از ۵۵۰- میلی ولت تا ۵۰۰- میلی ولت (مس/سولفات مس) تغییر داده است. با حفاظت، و پس از تزریق تانک ها به گونه های مختلفی تغییر پتانسیل نشان داده اند. مقادیر تفاوت زیادی در روند نشان میدهند اما به طور میانگین، تغییر به میزان ۱۵۰ میلی ولت به سمت مقادیر منفی تر مشاهده می گردد.
نتایج
- علیرغم میعار ۸۵۰- میلی ولت، تانک ها احتمالا به دلیل راه اندازی نشدن سیستم حفاظت کاتدی خوردگی نشان دادند. به دلیل ماهیت همزمان، استفاده از VPCI بلافاصله پس از ساخت تا پیش از راه‌اندازی حفاظت کاتدی میتواند موثر باشد.
- پراب ER میتواند برای بررسی اثر گذاری VPCI در مخازن مورد استفاده باشد.
- نسب سیستم VPCI باعث کاهش ۸۲.۵ درصدی سرعت خوردگی، با یا بدون حفاظت کاتدی شد، که می تواند در حالت های بدون حفاظت کاتدی،یا حفاظت کاتدی ناکافی مفید باشد.
- اثر هم افزایش VPCI و حفاظت کاتدی و کاهش نرخ خوردگی تا کمتر از ۰.۵ میلی اینچ در سال، یا کاهش ۸۹.۷ درصدی، نشان از موثر بودن این روش برای شرکت های بهره بردار دارد.
- اثر VPCI در کنار حفاظت کاتدی منجر به تغییر در پتانسیل لحظه خاموش شده و بهره برداران سیستم حفاظت کاتدی باید این میزان تغییر را در نظر بگیرند. گرچه تحقیقات بیشتری بر این موضوع لازم است.
منبع:Evaluation of Impressed Current cathodically protected API-650 Tank Bottoms in the Presence of Vapor Phase Corrosion Inhibitor; K. Abed, P. Panchal, A. Gandhi; NACE CORRION CONFERENCE 2016
بخش ۲) مطالعه اثر ممانعت کننده های فرار (فاز بخار) بر حفاظت کاتدی با اعمال جریان
بخش ۳) تطابق و اثرگذاری میان حفاظت
کاتدی و ممانعت کننده فاز بخار
[۱] Bituminous sand
[۲] Al-Sulaiman
[۳] shielding
[۴] Yu
[۵] Amine carboxylate
[۶] ER Probes