I. الأسباب الرئيسية للتآكل في المصانع الكيميائية

خلال عملية الإنتاج الكيميائي، توجد العديد من الوسائط التآكلية التي يتم إنتاجها، وتشمل الأنواع المختلفة للوسائط، والمكونات الكيميائية، والتركيز، ودرجة الحموضة، والشوائب، والماء، وكمية الأوكسجين، والتي تعتبر كلها أسباباً خارجية تؤدي إلى التآكل. كلما زادت سرعة تدفق الوسائط، زادت احتمالية التآكل، لأن الوسائط أثناء تدفقها ستقوم بتعرية الطبقة الواقية وتوليد دوامات، وتدفقات مضطربة، وفجوات هوائية، مما يتسبب في تآكل كبير نتيجة الصدمات والتآكل الناتج عن الفجوات الهوائية. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر اختيار المواد غير المناسب سبباً آخر، حيث إذا كان سطح المعدات يتعرض لوسائط تآكلية والمعدات نفسها غير مقاومة للتآكل، سيتسبب ذلك في تآكل السطح. وكلما زاد خشونة السطح، زادت احتمالية التآكل، والمظاهر تكون مثل التسرب، والتآكل المبكر، والتلف، وإصدار أصوات غير طبيعية، وما إلى ذلك.

التآكل المتساوي على السطح يمكن أن يكون له شكلين: مع وجود طبقة حماية أو بدونها. التآكل بدون طبقة حماية يعد أكثر خطورة، حيث يستمر التآكل بسرعة ثابتة، وهذا ناتج أساسًا عن خطأ في اختيار المواد. عدم وجود تدابير مضادة للتآكل أو جودة البناء السيئة كلها توفر بيئة ملائمة للتآكل والتلف. البيئة المحيطة مختلفة، وكذلك اختيار المواد. في عملية تصنيع المعدات، غالبًا ما يكون من الصعب ضمان التوافق بين اختيار المواد وظروف البيئة التآكلية، حيث يختلف التآكل حسب درجات الحرارة والتركيز والضغط، ويختلف اختيار المواد حسب ذلك. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي الإشراف غير الجيد على عملية البناء أو تنفيذ العمل بجودة رديئة إلى تفاقم مشكلة التآكل. من الأسباب الأخرى للتآكل هو تجاوز درجات الحرارة أو الضغط المحددة، وإدارة المعدات غير الكفء، وعدم الاهتمام الكافي، مما يسهم في حدوث التآكل. في العادة، كلما زادت درجة حرارة الوسائط وارتفع الضغط، كلما تسارع التآكل، حيث إن التآكل هو تفاعل كيميائي، وكلما ارتفعت درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، يزداد معدل التآكل بمقدار 1-3 مرات.

I. أنواع وتركيب الصناعة الكيميائية

الصناعة الكيميائية هي المصطلح العام للمؤسسات والمنظمات التي تعمل في إنتاج وتطوير المنتجات الكيميائية. تشمل هذه الصناعة قطاعات مثل الكيميائيات، البتروكيماويات، المعادن، الطاقة، الصناعة الخفيفة، النفط، حماية البيئة، الأدوية، البيئية والصناعات العسكرية. وتعمل هذه القطاعات في تصميم الهندسة، الكيميائيات الدقيقة واليومية، الطاقة والقوى، التطوير التكنولوجي، إدارة الإنتاج، والبحوث العلمية.

الصناعة متنوعة للغاية، وتختلف مقاييس المؤسسات بشكل كبير. بناءً على تنوع المنتجات، يمكن تصنيف الشركات الكيميائية إلى مؤسسات كيميائية موحدة والشركات التي تنتج منتجات فردية (مثل مصانع المواد الاصطناعية، مصانع الصودا، مصانع حمض الكبريتيك، مصانع الأسمدة، إلخ). يتكون المصنع الكيميائي عادةً من ثلاثة أجزاء: ورش الإنتاج الرئيسية (من معالجة المواد الخام إلى معالجة المنتجات الجاهزة)، ورش الإنتاج المساعدة (محطات توليد الطاقة أو محطات التوزيع، ورش الطاقة، محطات معالجة المياه، إلخ)، ومنشآت إدارة الإنتاج (المباني الإدارية، مستودعات المواد والمنتجات الجاهزة، المرائب، إلخ).

I. المعايير المرجعية

المعايير الوطنية الحالية، الأنظمة ذات الصلة، والأحكام الإلزامية للمعايير؛

"قواعد تنفيذ وقبول أعمال مكافحة التآكل للبناء" (GB50212-2002)

"معيار درجة تآكل سطح الفولاذ قبل الطلاء ومعيار إزالة الصدأ" (GB8923-1988)

"لوائح السلامة لأعمال الطلاء وقواعد إدارة السلامة" (GB6514-1995)

"متطلبات الجودة للطلاء المقاوم للتآكل" (GB6514-1991)

"لوائح السلامة لأعمال الطلاء، سلامة عملية الطلاء وتنقية التهوية" (DJ/T6931-1999)

"قواعد تنفيذ وقبول أعمال مكافحة التآكل للمعدات الصناعية والأنابيب" (HGJ229-91)

"لوائح السلامة لأعمال الطلاء وسلامة عملية التحضير السطحي" (GB7692-87)

"حدود الضوضاء في مواقع البناء" (GB12523-90)

مستندات نظام إدارة الجودة ISO9001

مستندات نظام إدارة البيئة ISO14001

مستندات نظام إدارة الصحة والسلامة المهنية GB/T28001

I. أساسيات التصميم

الظروف البيئية: يمكن تحديد مستوى التآكل الناجم عن البيئة الجوية على الهياكل الفولاذية في المباني وفقًا للجدول 1.

الأنابيب هي وسيلة النقل الرئيسية المستخدمة في المصانع الكيميائية في الوقت الحالي، وتتميز بكفاءة النقل العالية والأمان وفوائد اقتصادية كبيرة. المواد الخام في المصانع الكيميائية تتميز بأنها قابلة للاشتعال والانفجار والانتشار بسهولة. في حال حدوث تسرب في الأنابيب، يمكن أن يتسبب ذلك في تأثيرات سلبية على البيئة المحيطة، ويهدد سلامة الأشخاص القريبين، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة وتلوث بيئي. لذلك، من الضروري تعزيز حماية الأنابيب ضد التآكل. أسباب تآكل الأنابيب في المصانع الكيميائية معقدة وتتضمن العديد من العوامل المؤثرة، ويعتبر حماية الأنابيب من التآكل قضية هامة في صناعة الكيمياء.

I. خطة حماية الأنابيب في درجات الحرارة العادية

تآكل الأنابيب هو التفاعل الكيميائي والكهربائي بين سطح المواد المعدنية ووسائط البيئة، مما يؤدي إلى تدهور المواد وتدميرها. الأنواع الشائعة لتآكل الأنابيب في المصانع الكيميائية هي تلك الناجمة عن المواد المسببة للتآكل مثل CO2 وH2S وC1﹣ والأوكسجين المذاب والبكتيريا الموجودة في النفط الخام، حيث تتفاعل هذه المواد مع المعادن وتسبب التآكل الكيميائي.

لا تشكل التآكلات الكيميائية خطورة كبيرة، لكن السبب الرئيسي في حدوث ثقب في الأنابيب يعود إلى التآكل الكهربائي. عندما يحدث التفاعل الكهروكيميائي للمعادن، فإن الأماكن التي يكون فيها جهد الإلكترود منخفضة تفقد الإلكترونات وتصبح أنودًا؛ بينما تحصل الأماكن ذات الجهد العالي على الإلكترونات وتصبح كاثودًا. في وجود O2 وH2O، يتكون Fe(OH)2 ومن ثم يتشكل أكسيد الحديد المائي، مما يؤدي إلى التآكل.

لتحسين أداء الطلاء المضاد للتآكل وتحقيق أقصى استفادة من الحماية، وبناءً على حالة التآكل في الأنابيب، فإن متطلبات أداء الطلاء المضاد للتآكل هي كما يلي: 1) استقرار جيد ضد المواد المسببة للتآكل؛ 2) أداء جيد ضد التسرب مع ضمان معدل امتصاص منخفض للماء؛ 3) قوة ميكانيكية جيدة؛ 4) عزل كهربائي ممتاز.

الجدول 1: تصميم تقنية طلاء الحماية لأسطح الأنابيب المجلفنة

II. خطة حماية الأنابيب المعزولة حراريًا أو المبردة

التآكل تحت العزل (CUI) هو ظاهرة تآكل تحدث على سطح الأنابيب المغلفة بمادة العزل في المصانع الكيميائية. تشير البيانات إلى أن الخسائر المادية السنوية الناتجة عن التآكل تحت العزل في صناعة الكيمياء قد تصل إلى مليارات الدولارات، مما يؤدي إلى أعطال في المعدات وتوقف الإنتاج، وتسرب المنتجات، وزيادة كبيرة في تكاليف الصيانة، والأكثر خطورة هو تهديدات كبيرة للسلامة الإنتاجية. في السنوات الأخيرة، مع زيادة الوعي بالسلامة في المصانع الكيميائية والاهتمام بسلوك التآكل تحت العزل.

عادةً ما يحدث التآكل بسبب دخول الماء المكثف أو مياه الأمطار إلى نظام العزل، مما يؤدي إلى تآكل جزئي على السطح الخارجي للأنابيب أو المعدات في المصانع الكيميائية. عندما يحتوي نظام العزل على رطوبة، فإن الأنابيب المصنوعة من مواد مثل الصلب الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستينيتي، والفولاذ منخفض السبائك تكون أكثر عرضة للتفاعل الكهروكيميائي، والتآكل النقطي، والتشقق الناتج عن الإجهاد، وتآكل الشقوق. نظرًا لأن سطح التآكل مغطى بطبقة العزل، فإن التآكل تحت العزل غالبًا ما يكون صعبًا للكشف. بناءً على المواد المستخدمة في المعدات، يمكن تقسيم التآكل تحت العزل إلى نوعين: التآكل الذي يحدث على المواد الفولاذية (ويظهر بشكل رئيسي على شكل التآكل النقطي أو التآكل الميكانيكي) والتآكل الذي يحدث على المواد المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (ويظهر بشكل رئيسي على شكل التآكل النقطي أو التآكل الناتج عن الإجهاد).

يتم تطبيق طلاء العزل الحراري المائي النانوي DreamHeat 300 على الأسطح الخارجية للأنابيب الناقلة للحرارة العالية وحاويات المواد الحرارية. يتراوح سمك الطلاء بين 2.0 و 5 مم، مما يقلل من درجة الحرارة من 300℃ إلى 78℃، مما يقلل من فقدان الحرارة، ويحقق كفاءة طاقة تصل إلى 15٪، ويحسن من كفاءة الإنتاج. كما يمكنه أيضًا منع الحروق للعمال. يتكون طلاء DreamHeat 300 من جزيئات خزفية مجوفة ومواد نانوية مائية، مما يوفر حماية متكاملة من العزل الحراري والتآكل.

تصميم المواد المضافة النانوية الدقيقة والمساحيق في تركيبة الطلاء يقدم: توصيل حراري منخفض للغاية؛ يقلل من انتقال الحرارة والإشعاع الحراري باستخدام طبقات رقيقة من الطلاء، مما يحقق عزلًا حراريًا ممتازًا.

الجدول 2: تصميم تقنية طلاء الأنابيب عالية الحرارة

III. خطة حماية الأنابيب المدفونة

توجد بعض الأنابيب الكيميائية المدفونة تحت الأرض، حيث يمكن أن تؤثر البيئة المحيطة بالتربة بشكل كبير على الأنابيب. تتسم التربة بتكوين معقد، يحتوي على كميات كبيرة من الماء وثاني أكسيد الكربون وأملاح حمضية وقاعدية، بالإضافة إلى العديد من الأيونات المعدنية التي قد تتفاعل مع الأنابيب وتسبب التوصيل الأيوني أو التحلل الكهروكيميائي، بالإضافة إلى تفاعلات كيميائية أخرى، مما يؤدي إلى تآكل الأنابيب. كما أن نسبة الرطوبة في التربة ودرجة الحموضة والمقاومة الكهربائية ودرجة الحرارة هي عوامل تؤثر أيضًا على سرعة وشدة التآكل في الأنابيب. بشكل عام، كلما كانت درجة حرارة البيئة في التربة عالية، ورطوبتها مرتفعة، وحموضتها قوية، أو تغيرت بسرعة، زادت سرعة تفاعل الأنابيب. كما أن التفاعل الكهروكيميائي وتفاعل المواد الكيميائية في الأنابيب يتسارع، مما يؤدي إلى تآكل أسرع. كما تؤثر أيضًا الكائنات الدقيقة في التربة وجذور النباتات المجاورة، وكذلك التيارات الكهربائية المتناثرة، على الأنابيب.

I. تآكل خزانات التخزين

1. تآكل السطح الخارجي للخزان

تقوم المصانع الكيميائية ببناء خزانات كبيرة. التآكل في السطح الخارجي للخزان يحدث أساسًا بسبب التآكل الجوي. الغازات الحمضية في الهواء داخل منطقة الصناعة الكيميائية، تحت تأثير مياه الأمطار أو مياه التبريد في الصيف، تتسبب في حدوث تفاعل إزالة تأين الأوكسجين على سطح المعدن في الخزان. عندما تنخفض درجة حرارة الهواء بشكل دوري، يتكثف الماء الذي يحتوي على إلكتروليتات على السطح الخارجي للخزان، مما يشكل غشاء إلكتروليتي رقيقًا، مما يؤدي إلى التآكل. مع تطور الصناعة الكيميائية، أصبح الجو أكثر عدوانية، وفي المناطق الساحلية، يتشبع الهواء بالكلوريدات والأملاح الأخرى التي تستقر على السطح الخارجي للخزان، مكونة غشاء إلكتروليتي يحتوي على أملاح مذابة. الكلوريدات تتمتع باختراق عالٍ وقد تسبب تآكلًا موضعيًا شديدًا. في المناطق التي تكون فيها الرياح عاتية والعواصف الرملية شديدة، قد يتسبب الرمال أو الغبار من الرياح أيضًا في تآكل ميكانيكي للطلاء الموجود على السطح الخارجي للخزان.

2. تآكل القاع وألواح الحواف للخزان

بسبب التأثير الشعري للمياه الجوفية، ترفع المياه الجوفية إلى أعلى، وغالبًا ما يجد القاع نفسه في بيئة رطبة. علاوة على ذلك، بما أن القاع يتم لحامه، يتلف الطلاء الواقي في مناطق اللحام، مما يؤدي إلى تآكل مكثف في هذه المناطق. حول الخزان، يكون الضغط على أساس الرمل أقل مقارنة بمركز الخزان، مما يسبب تفاوتًا في محتوى الأوكسجين في الرمال المسامية، مما يساهم في تشكيل خلايا جلفانية: يصبح وسط القاع الأنود، والمناطق المحيطة بالكاثود، مما يؤدي إلى تآكل أكثر شدة في المركز.

أثناء التشغيل، قد يحتاج الخزان إلى تسخينه للتنظيف أو لتخزين المنتجات الوسيطة. عندما ترتفع درجة حرارة الخزان، يتبخر الماء من الأرض، مما يزيد من تركيز الأملاح ويعزز التآكل. علاوة على ذلك، بمرور الوقت، بسبب التغيرات في الحمولة على الخزان، قد تحدث تشوهات، وقد تؤدي التغيرات في درجة حرارة البيئة المحيطة إلى تمدد وانكماش القاع، مما يخلق شقوقًا بين الخزان والأساس، وهذه الشقوق، مع التمدد والانكماش أثناء التشغيل، توفر طريقًا للتآكل بسبب عوامل مثل المطر، مما يؤدي إلى التآكل في أماكن الشقوق. وبالتالي، يتطلب السطح الخارجي لقاع الخزان وحواف الخزان اهتمامًا خاصًا.

تحت الخزانات، غالبًا ما توجد تيارات كهربائية معقدة، وإذا لم يتم حماية الخزان بواسطة الحماية الكاثودية، وكانت هناك لحام كهربائي قريب أو مسارات سكة حديد كهربائية أو أجهزة تيار مستمر، فإن التيارات المتسربة قد تحدث. هذه التيارات تزيد من تسريع تآكل القاع وألواح الحواف للخزان، مما يزيد من تعقيد الحماية من التآكل.

3. طلاءات مقاومة للتآكل داخل خزانات المنتجات النفطية الجاهزة

نظرًا لأن نقاء المنتجات النفطية الجاهزة عالٍ ومحتوى الشوائب منخفض، فإن قابليتها للتآكل هي الأدنى. يمكن تصميم خزانات تخزين المنتجات النفطية الجاهزة بناءً على تصميم خزانات المنتجات الوسيطة، وعادةً ما يتم استخدام الطلاءات الإيبوكسية أو الطلاءات الإيبوكسية الفينولية المضادة للكهرباء الاستاتيكية. ستكون سماكة الطلاء في الأسفل والجزء العلوي أكثر سمكًا من الأجزاء الأخرى لجدار الخزان. وعلى عكس خزانات المنتجات الوسيطة، يمكن لخزانات المنتجات النفطية الجاهزة، بسبب درجة حرارتها المنخفضة، وقلة محتوى الشوائب، ووجود قيمة pH التي تكون في الغالب في نطاق محايد، أن تستخدم طلاء أساس الزنك السيليكات غير العضوي لتلبية متطلبات الحماية من التآكل والتأثيرات المضادة للكهرباء الاستاتيكية. وفي الوقت نفسه، يمكن أيضًا استخدام نظام "الطلاء الأساسي الغني بالزنك الإيبوكسية + الطلاء المضاد للكهرباء الاستاتيكية" لتلبية متطلبات الحماية من التآكل والتأثيرات المضادة للكهرباء الاستاتيكية.

4. طلاءات مقاومة للتآكل داخل خزانات مياه الصرف الصحي

تتكون المياه في خزانات الصرف الصحي من مكونات كيميائية معقدة تشمل الشوائب غير العضوية والعضوية ومواد تآكلية. وفقًا للمواد الكيميائية الموجودة في المياه، يمكن اختيار الطلاءات الإيبوكسية، أو الطلاءات الإيبوكسية الفينولية، أو الطلاءات الفينيلية. توفر الطلاءات الفينيلية مقاومة أفضل للمواد الكيميائية مقارنة بالطلاءات الإيبوكسية أو الفينولية. تشمل الطلاءات الفينيلية الشائعة التي تستخدم كمادة بطانة نوع البيسفينول A القياسي والنوع الفينولي الإيبوكسية، حيث يوفر النوع الفينولي الإيبوكسية مقاومة أفضل للحرارة والمواد الكيميائية. عادةً ما تحتوي الطلاءات الفينيلية على رقائق الزجاج كمادة مالئة وظيفية، حيث يعمل تأثير المتاهة الناتج عن رقائق الزجاج داخل طبقة الطلاء على تعزيز تأثير العزل؛ كما أن رقائق الزجاج في الطلاء تقلل من إجهاد الانكماش الداخلي الذي يحدث أثناء عملية تجفيف الطلاء الفينيل، مما يعزز مقاومة الطلاء للتشقق.

5. طلاءات مقاومة للتآكل داخل خزانات مياه الحريق

المياه في خزانات مياه الحريق عادةً ما تكون مياه عذبة، ولتغطية هذه المنطقة، يتم استخدام طلاءات الإيبوكسي عالية المواد الصلبة أو الطلاءات الإيبوكسية غير القابلة للذوبان أو الطلاءات الإيبوكسية الفينولية.

I. خطة حماية الفولاذ الهيكلي في المصانع الكيميائية الخارجية

تتنوع أنواع الفولاذ الهيكلي والبيئات التي يتواجد فيها، حتى إذا كانت المنشأة نفسها من الفولاذ الهيكلي، فإن تدابير الحماية ضد التآكل تختلف حسب بيئات الأجزاء المختلفة لها. يمكن تصنيف هذه المنشآت إلى أجزاء فولاذية داخلية وخارجية، حيث تتعرض هذه المنشآت لتأثيرات بيئات تآكل متنوعة مثل الغازات الكيميائية، والغلاف الجوي الصناعي، والجو البحري، والمياه الحمضية والتربة. ولضمان استمرار الاستخدام دون الحاجة لإصلاحات كبيرة، يجب تنفيذ طلاءات مضادة للتآكل بشكل معقول. يجب أن يتم تحديد خطة الحماية من التآكل بناءً على البيئة والوسط المحيط، وهنا نقدم توصيات لطلاءات الحماية ضد التآكل بناءً على البيئة التي تعمل فيها المنشأة الفولاذية الكبيرة، والوسط الذي تتعرض له الأجزاء المختلفة، ومتطلبات معالجة السطح، والحالة التشغيلية.

أجزاء الفولاذ الهيكلي في الهواء الطلق: تتأثر المنشآت الفولاذية في الهواء الطلق بالشمس، والعواصف الرملية، والمطر، والثلج، والندى، والتغيرات الموسمية في درجات الحرارة. يُعد الأوكسجين والماء في الهواء من العوامل الرئيسية التي تساهم في تآكل الفولاذ الهيكلي في الهواء الطلق، مما يؤدي إلى تآكل كيميائي. كما تحتوي هواء المناطق الصناعية في الحديقة الكيميائية على مكونات تآكلية مثل SO2، CO2، NO2، CI2، H2S و NH3، وهذه المواد تشكل أكبر تهديد للفولاذ، حيث يمكنها تدمير طبقة التغطية السطحية المعدنية، وبالتالي تُشكل حمضًا في البيئة وتؤدي إلى تسريع التآكل.

الجدول 1: استخدام تكنولوجيا الطلاء بالجرافيت للأبنية الفولاذية الخارجية

ثانيًا: خطة حماية الهيكل الفولاذي في المصانع الكيميائية الداخلية

قطع الهيكل الفولاذي الداخلية: التآكل في درجة حرارة الغرفة للصلب يحدث أساسًا بسبب التآكل الكهروكيميائي. عند استخدام الهياكل الفولاذية في بيئة الهواء المحيط في درجة حرارة الغرفة، يتعرض الفولاذ الداخلي للرطوبة في الهواء والأوكسجين وغيرها من الملوثات (مثل بقايا اللحام غير النظيفة، طبقات الصدأ، الأوساخ السطحية) مما يؤدي إلى تآكل المعدن. عندما تكون الرطوبة النسبية للجو أقل من 60٪، يكون التآكل ضئيلًا للغاية؛ ولكن عندما ترتفع الرطوبة النسبية إلى قيمة معينة، يزيد معدل التآكل بشكل مفاجئ، وتسمى هذه القيمة الرطوبة الحرجة. في درجة حرارة الغرفة، تكون الرطوبة الحرجة عادة بين 60٪ إلى 70٪. عندما يكون الهواء في ورش المصانع الكيميائية ملوثًا بدخان حمضي أو في المناطق الساحلية حيث يحتوي الهواء على أملاح، تكون الرطوبة الحرجة منخفضة جدًا، مما يسهل تشكيل طبقة مائية على سطح المعدن. في هذه الحالة، يعمل بقايا اللحام وطبقات الصدأ غير المعالجة كالكاثود، بينما يعمل الجزء الفولاذي من الهيكل كأنود في الطبقة المائية مما يؤدي إلى التآكل الكهروكيميائي. الرطوبة في الهواء التي تمتص على سطح المعدن لتشكيل طبقة مائية هي العامل الحاسم في التآكل. الرطوبة النسبية في الجو وتركيز الملوثات هما العاملان الرئيسيان في تحديد درجة التآكل الجوي.

الجدول 2: استخدام تقنية الطلاء باستخدام الجرافين للهياكل الفولاذية في المصانع الداخلية