خوردگی در تاسیسات گازی فقط یک موضوع تعمیرات نیست؛ مستقیماً به ایمنی، تداوم تولید، و سودآوری گره خورده است. گاز ترش، آب آزاد، اکسیژنِ نفوذی، کلریدهای محیط‌های ساحلی و تغییرات دما، هرکدام می‌توانند مکانیسم‌های متفاوت و بعضاً هم‌افزا بسازند. یک رویکرد اثربخش، ترکیبی از مهندسی فرایند، انتخاب مواد، تیمار شیمیایی، حفاظت کاتدی، پوشش‌ها و پایش هوشمند است—نه یک اقدام منفرد. در اقلیم‌های گرم و ساحلی مثل خلیج فارس، ریسک CUI، ترک تنشی سولفیدی و خوردگی بالا-خط در خطوط گاز تر با رطوبت میعانی، برجسته‌تر است.
مکانیزم‌ها و محیط‌های غالب خوردگی
خوردگی CO2 (شیرین)
- محرک:
(p_{\mathrm{CO_2}})، دما، pH، سرعت جریان، آب آزاد. - ویژگی:
تشکیل لایه فِرّیت/سیدریت می‌تواند محافظ باشد؛ ناپایداری لایه در دمای میانی و جریان‌های متلاطم شایع است. - پیامد:
نرخ‌های 0.1 تا چند mm/y؛ تشدید در نواحی تغییر فاز و زیر رسوبات. - کنترل:
کاهش آب آزاد (خشک‌سازی)، بالا بردن pH محلول، مهارکننده‌های فیلم‌ساز، مدیریت سرعت و رسوبات.
خوردگی H2S (ترش) و ترک‌زایی
- محرک:
(p_{\mathrm{H_2S}})، تنش کششی، سختی/استحکام ماده، pH، کلرید. - آسیب:
SSC، HIC/SOHIC در فولادهای کربنی؛ حساسیت فولاد زنگ‌نزن آستنیتی به SCC کلریدی در دمای بالا. - کنترل:
انتخاب مواد بر مبنای NACE MR0175/ISO 15156، کاهش تنش‌های پسماند، تیمار شیمیایی و حدگذاری عملیاتی.
خوردگی اکسیژنی
- منبع:
نشتی هوا در خلأها، آب‌های تزریقی/گلیکول، نشتی در نقاط تعمیر. - کنترل:
حذف اکسیژن با اسکاونجر (سولفیت، DEHA)، آب‌بندی و مدیریت نشتی‌ها، پایش اکسیژن محلول.
خوردگی زیستی (MIC)
- عامل:
SRB، SOB، باکتری‌های تشکیل‌دهنده بیو‌فیم و رسوب. - نشانه:
حفره‌ای عمیق، در کنار لایه‌های لزج و رسوبی. - کنترل:
زیست‌کش‌های چرخه‌ای/پیوسته (THPS، گلوتارآلدهید)، تمیزکاری و کنترل مواد مغذی.
فرسایش-خوردگی و خوردگی بالای خط (TLC)
- فرسایش-خوردگی:
ذرات ماسه و سرعت بالا، تخریب لایه محافظ؛ کنترل با فیلتر، کاهش سرعت، تغییر مسیر و مواد مقاوم سایش. - TLC:
میعان در سقف لوله گاز تر؛ قطرات اسیدی نازک با اکسیژن/CO2؛ کنترل با عایق‌کاری حرارتی، مهارکننده بخاراتی/فیلم‌ساز و مدیریت نقطه شبنم.
خوردگی زیر عایق (CUI)
- شرایط:
دمای 60–120°C، ریزش آب شور محیط‌های ساحلی، عایق خیس. - کنترل:
عایق و جکتینگ مناسب، درز‌بندی، پوشش‌های ضد CUI، بازرسی متمرکز بر نواحی نفوذ.
نقاط بحرانی در زنجیره تاسیسات گازی
- چاه و خطوط جریانی:
گاز ترش، آب سازند، ماسه؛ ریسک H2S/CO2، فرسایش-خوردگی، TLC. - تفکیک و نم‌گیری اولیه:
تجمع آب و امولسیون؛ اهمیت تخلیه رسوبات و تزریق مهارکننده. - خشک‌سازی (گلایکول/مولکولارسیو):
اکسیژن/آلودگی در گلیکول، اسیدی شدن محلول؛ نیاز به اسکاونجر و کنترل آلودگی. - شیرین‌سازی (آمین):
خوردگی غنی/فقیر، پایش پایدارسازی آمین، فومینگ و سازگاری با مهارکننده‌ها. - کمپرسورها و کولرها:
میعان نقطه شبنم، خوردگی در کولر هوایی؛ مدیریت درین و تزریق دقیق. - خطوط انتقال و ایستگاه‌های تقلیل فشار:
TLC، CUI، تداخل جریان سرگردان DC؛ ضرورت حفاظت کاتدی و پوشش.
نکته: در اقلیم‌های گرم و مرطوب ساحلی، چرخه‌های شبنم و اسپری نمک، CUI و TLC را تشدید می‌کنند. طراحی عایق‌کاری و مدیریت میعان را محافظه‌کارانه‌تر بگیرید.
پایش و ارزیابی خوردگی
اندازه‌گیری مستقیم نرخ خوردگی
- کوپن‌های وزنی:
سنجش mm/y؛ ارزان، اما تجمیعی و زمانی. - پراب ER/LPR:
داده نزدیک‌به‌بلادرنگ؛ LPR برای محیط هادی، ER برای محیط‌های با هدایت پایین. - محلول‌های آبی:
آهن محلول، pH، قلیائیت، سولفید/سولفیت، اکسیژن محلول.
آزمون‌های غیرمخرب و هوشمندسازی
- NDT موضعی:
UT نقطه‌ای/نقشه‌برداری، جریان‌های گردابی، رادیوگرافی موضعی. - بازرسی درون‌خطی (ILI):
MFL برای حفره‌ای/کاهش ضخامت، UT برای اندازه‌گیری دقیق، EMAT برای ترک‌ها. - پیگینگ عملیاتی:
پیگ تمیزکار، باتچ مهارکننده، مدیریت رسوب و آب‌زدایی.
داده‌های فرایندی و تحلیل ریسک
- IOW (محدوده‌های عملیاتی یکپارچگی):
حدهای آب، (p_{\mathrm{CO_2}})، (p_{\mathrm{H_2S}})، دما، سرعت، اکسیژن. - RBI (بازرسی مبتنی بر ریسک):
تمرکز منابع بر نواحی با ریسک بالاتر؛ به‌روزرسانی با هر تغییر فرایندی یا تخلف IOW.
راهبردهای کنترل و کاهش خوردگی
کنترل محیط
- خشک‌سازی:
مولکولارسیو/گلیکول برای کاهش آب به زیر مشخصات قراردادی؛ هدف کاهش فاز آبی آزاد. - حذف گازهای اسیدی:
آمین/سازوکارهای جذب برای CO2/H2S؛ کاهش (p_{\mathrm{acid}}) مؤثرترین راه پایدار. - اسکاونجرها:
سولفیت/DEHA برای O2؛ تری‌آزین برای H2S در سرویس‌های خاص. - مهارکننده‌ها:
فیلم‌سازهای آلی (آمین‌های کواترنر، ایمیدازولین‌ها)؛ تزریق پیوسته یا باتچ. - کنترل pH و رسوب:
قلیاها/بافرها با احتیاط عملیاتی؛ هم‌زمان با بازدارنده‌های رسوب.
انتخاب مواد و پوشش‌ها
- فولاد کربنی + مهارکننده:
رویکرد اقتصادی در بسیاری سرویس‌ها با کنترل محیط و پایش دقیق. - آلیاژهای مقاوم (CRA):
13Cr، 22Cr/25Cr دوبلکس، 316L، نیکل‌پایه (625) برای سرویس‌های ترش/کلریدی خاص. - پوشش‌ها/لاینینگ‌ها:
اپوکسی، FBE، پلی‌یورتان، لاینینگ شیشه‌ای/ربری در تجهیزات ثابت. - جوشکاری:
کنترل حرارت ورودی، PWHT، انتخاب فلز پرکننده سازگار با سرویس ترش.
طراحی فرایندی و هیدرولیکی
- مدیریت میعان:
کنترل نقطه شبنم هیدروکربنی/آبی، عایق‌کاری حرارتی، تخلیه‌های کمینه‌مُرده. - سرعت و رژیم جریان:
سرعت کافی برای حمل آب (avoiding water holdup) بدون تشدید فرسایش؛ طراحی شیب خطوط. - اسلاگ و رسوب:
اسلاگ‌کچر، تله‌های رسوب، دسترسی برای پیگینگ و درین.
حفاظت کاتدی و تداخلات
- خطوط مدفون/زیرآبی:
سیستم گالوانیکی (Zn/Mg/Al) یا جریان تحمیلی؛ هم‌افزایی با پوشش. - معیار پتانسیل:
رسیدن به حدود حفاظتی متعارف مانند −0.85 V در برابر Cu/CuSO4 برای فولاد کربنی. - تداخل جریان سرگردان:
پایش DC، باندینگ و دیکاپلرها، درین کنترل‌شده.
مدیریت CUI
- طراحی عایق:
جکتینگ آب‌بند، آبچکان، فاصله از زمین. - پوشش‌های ضد CUI:
سیلیکونی/اپوکسی خاص CUI روی مناطق گرم. - بازرسی دوره‌ای:
بازکردن کم‌ریسک، ترموگرافی/EMI کمک‌کار، اولویت نواحی نفوذ.
برنامه تیمار شیمیایی کارآمد
- انتخاب مهارکننده:
سازگاری با سیالات (آمین/MEG/متانول)، پایداری حرارتی، تمایل فیلم‌سازی، ریسک فوم/امولسیون. - نقاط تزریق:
بالادست نواحی میعان، قبل از کمپرسور/کولر، پیش از خطوط طولانی؛ اسپول میکسر برای امتزاج. - دوزینگ:
شروع با دوز شوک، سپس بهینه‌سازی با کوپن/ER و شاخص‌های آهن محلول؛ تنظیم فصلی برای TLC. - بیوساید:
چرخه‌ای برای شکستن مقاومت زیستی؛ پایش ATP/سلول کل. - اسکاونجرها:
توازن با کنترل فرایندی تا از اتکا‌ی بیش‌ازحد شیمیایی پرهیز شود. - مدیریت کیفیت مواد:
گواهی، آزمایش میدانی کوچک، پایش عملکرد و سلامت مخازن شیمیایی.
مدیریت یکپارچگی و حاکمیت داده
- استانداردها و ارجاعات کلیدی:
NACE MR0175/ISO 15156 (سرویس ترش)، API 570/571/574 (خط/تجهیزات ثابت)، API 580/581 (RBI)، NACE SP (حفاظت کاتدی/پوشش‌ها). - IOW و آلارم‌ها:
حدهای سخت/نرم برای آب، (p_{\mathrm{CO_2/H_2S}})، دما، سرعت، اکسیژن؛ فرایند MOC برای هر تخطی. - KPI برنامه خوردگی:
نرخ هدف < 0.1 mm/y در تجهیزات بحرانی، آهن محلول، درصد دست‌یابی مهارکننده، موجودی شیمیایی، درصد بازرسی‌های انجام‌شده. - تحلیل ریشه‌ای خرابی (RCA):
شواهد متالوگرافی، فرکتوگرافی، آنالیز فرایندی؛ بازطراحی و درس‌آموخته‌ها. - دیجیتالی‌سازی:
یکپارچه‌سازی داده‌های ILI/NDT/کوپن/فرایندی، مدل‌های پیش‌بین (مثلاً de Waard–Milliams برای CO2) و داشبورد ریسک.
مثال‌های محاسباتی و راهنمای سریع
برآورد اولیه نرخ خوردگی CO2
- فرمول تقریبی:
[ CR = A \cdot p_{\mathrm{CO_2}}^{,n} \cdot \exp\left(-\frac{B}{T}\right) ]
- تعاریف:
(CR) بر حسب mm/y، (p_{\mathrm{CO_2}}) بر حسب bar، (T) بر حسب K، و (A,B,n) ضرایب تجربی وابسته به شرایط هیدرودینامیک و شیمی آب. - کاربرد:
سناریو‌سازی سریع برای تعیین نیاز به مهارکننده/خشک‌سازی؛ سپس کالیبراسیون با داده‌های میدانی.
برآورد ساده جریان حفاظت کاتدی خط مدفون
- رابطه پایه:
[ I = i_d \cdot A_{\mathrm{eff}} ]
- تعاریف:
(I) جریان موردنیاز (A)، (i_d) چگالی جریان حفاظتی طراحی (A/m²) تابع کیفیت پوشش/خاک، (A_{\mathrm{eff}}) سطح معادل در تماس با خاک. - یادآور:
کیفیت پوشش مهم‌ترین عامل کاهش بار جریان و افزایش یکنواختی پتانسیل است.
جدول نگاشت سریع مکانیسم—محرک—کنترل
| مکانیسم | محرک غالب | نشانه میدانی | کنترل کلیدی |
|---|---|---|---|
| CO2 | pCO2، آب آزاد | حفره‌ای یکنواخت/موضعی | خشک‌سازی، مهارکننده، pH |
| H2S/SSC | تنش، pH، H2S | ترک ترد، شکست ناگهانی | انتخاب ماده، تنش‌زدایی |
| TLC | میعان سقفی | خوردگی موضعی سقف لوله | عایق، مهارکننده، مدیریت نقطه شبنم |
| MIC | بیوفیلم، SRB | حفره عمیق زیر رسوب | زیست‌کش، تمیزکاری |
| CUI | رطوبت زیر عایق | کاهش ضخامت موضعی | عایق آب‌بند، پوشش ضد CUI |
چک‌لیست اجرایی
- تعریف IOW:
حدهای آب، (p_{\mathrm{CO_2/H_2S}})، اکسیژن، دما/فشار، سرعت—با آلارم و اقدام اصلاحی. - نقشه نقاط بحرانی:
مکان‌های میعان، تغییر رژیم، زیر عایق، قبل/بعد از کمپرسور، پایین‌دست تزریق شیمیایی. - طرح پایش:
کوپن/ER/LPR، ILI دوره‌ای، NDT موضعی، پایش شیمیایی و زیستی. - برنامه شیمیایی:
انتخاب، دوزینگ، نقاط تزریق، آزمون سازگاری و KPI عملکرد. - CP و پوشش:
آزمون پتانسیل، یکپارچگی پوشش، مدیریت تداخلات، به‌روزرسانی طراحی با تغییرات. - حاکمیت تغییرات (MOC):
ارزیابی خوردگی برای هر تغییر فرایندی/عملیاتی، ویرایش RBI و IOW.
در نهایت، کنترل خوردگی یک سیستم زنده است: تا وقتی که ترکیب سیال، رژیم جریان و محیط تغییر می‌کند، باید برنامه شما هم بازتنظیم شود. اگر مایلید، می‌توانم برای دارایی خاص شما (مثلاً خط گاز تر با میعان در مسیر ساحلی) یک برنامه پایش و تیمار شیمیایی با KPI و IOW اختصاصی طراحی کنم.
