مقدمه
در تاسیسات تصفیه آب، مواد مورد استفاده در تجهیزات در معرض محیط های با کلر بالا قرار دارند. کلر که به عنوان یک ماده ضدعفونی کننده ضروری در این تاسیسات به کار می رود، می تواند اثرات مخربی بر فلزات داشته باشد. فولادهای زنگ نزن ۳۰۴ و ۳۱۶ از پرکاربردترین مواد در این صنعت هستند، اما رفتار متفاوتی در برابر کلر از خود نشان می دهند. این مقاله به بررسی عملکرد این دو آلیاژ در محیط های کلردار می پردازد.
مکانیزم خوردگی ناشی از کلر
خوردگی حفره ای (Pitting Corrosion)
کلریدها به ویژه در دماهای بالا می توانند لایه محافظ اکسید کروم روی فولاد زنگ نزن را تخریب کنند. این تخریب منجر به ایجاد حفره های موضعی می شود که می توانند به سرعت گسترش یابند. یون های کلرید با نفوذ به لایه اکسید، نقاط ضعیفی ایجاد می کنند که در آن ها خوردگی موضعی آغاز می شود.
خوردگی شکافی (Crevice Corrosion)
در شکاف های موجود در اتصالات، زیر واشرها و مناطق مشابه، غلظت یون کلرید می تواند افزایش یابد و محیط بسیار خورنده ای ایجاد کند. این نوع خوردگی در تاسیسات تصفیه آب که دارای اتصالات متعدد هستند، بسیار شایع است.
رفتار استیل ۳۰۴ در محیط های کلردار
مقاومت محدود در برابر کلر
فولاد ۳۰۴ که حاوی ۱۸-۲۰% کروم و ۸-۱۰.۵% نیکل است، در برابر غلظت های پایین کلر مقاومت قابل قبولی نشان می دهد. اما با افزایش غلظت کلر و دما، مقاومت آن به سرعت کاهش می یابد.
مطالعه موردی: عملکرد در سیستم های تزریق کلر
در یک مطالعه انجام شده در یک تصفیه خانه آب، لوله های فولاد ۳۰۴ مورد استفاده در سیستم تزریق کلر، پس از ۱۸ ماه کارکرد، نشانه های واضحی از خوردگی حفره ای نشان دادند. این خوردگی به ویژه در نقاط اتصال و خم ها مشهود بود.
محدوده ایمن کاربرد
برای فولاد ۳۰۴، حداکثر غلظت مجاز کلرید در دمای محیط حدود ۲۰۰ ppm است. این مقدار با افزایش دما به شدت کاهش می یابد و در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد به کمتر از ۵۰ ppm می رسد.
عملکرد استیل ۳۱۶ در برابر کلر
نقش مولیبدن در افزایش مقاومت
وجود ۲-۳% مولیبدن در فولاد ۳۱۶، مقاومت به خوردگی حفره ای و شکافی را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. مولیبدن با تشکیل ترکیبات پایدار در لایه اکسید، مانع از نفوذ یون های کلرید می شود.
مطالعه موردی: تجهیزات کلرزنی
در همان تصفیه خانه مورد مطالعه، تجهیزاتی که از فولاد ۳۱۶ ساخته شده بودند، حتی پس از ۵ سال کارکرد، هیچ نشانه ای از خوردگی موضعی نشان ندادند. این تجهیزات شامل مخازن ذخیره کلر و پمپ های تزریق بودند.
گستره کاربرد وسیع تر
فولاد ۳۱۶ می تواند در غلظت های بالاتر کلرید (تا ۱۰۰۰ ppm در دمای محیط) مقاومت کند. این ویژگی آن را برای استفاده در بخش های مختلف تاسیسات تصفیه آب مناسب می سازد.
عوامل موثر بر خوردگی در تاسیسات تصفیه آب
اثر دما
افزایش دما، سرعت خوردگی را به طور تصاعدی افزایش می دهد. در تاسیسات تصفیه آب که ممکن است دما در برخی بخش ها به ۵۰-۶۰ درجه سانتیگراد برسد، این عامل بسیار critical است.
اثر غلظت کلر
غلظت کلر در بخش های مختلف تاسیسات متفاوت است. در points تزریق کلر، غلظت می تواند بسیار بالا باشد، در حالی که در خروجی، غلظت کاهش می یابد.
وجود ناخالصی ها
وجود یون های دیگر مانند مس و آهن در آب می تواند اثر سینرژیستی با کلرید داشته باشد و سرعت خوردگی را افزایش دهد.
راهکارهای افزایش عمر تجهیزات
انتخاب مواد بهینه
بر اساس مطالعه موردی انجام شده، انتخاب فولاد ۳۱۶ برای بخش های با غلظت کلر بالا و فولاد ۳۰۴ برای بخش های با غلظت پایین، می تواند راهکار اقتصادی و فنی مناسبی باشد.
طراحی مناسب
• حذف شکاف ها در طراحی
• استفاده از جوشکاری پیوسته به جای اتصالات پیچی
• ایجاد دسترسی مناسب برای بازرسی و نگهداری
عملیات حفاظتی
• شستشوی دوره ای برای جلوگیری از تجمع کلرید
• بازرسی منظم برای شناسایی زودهنگام خوردگی
• استفاده از پوشش های محافظ در مناطق بحرانی
تحلیل اقتصادی
هزینه اولیه در مقابل هزینه چرخه عمر
اگرچه فولاد ۳۱۶ قیمت اولیه بالاتری دارد، اما در محیط های با کلر بالا، هزینه چرخه عمر آن به مراتب کمتر از فولاد ۳۰۴ است. این به دلیل کاهش هزینه های تعمیرات و تعویض تجهیزات می باشد.
مطالعه مقایسه ای هزینه ها
در یک پروژه ۱۰ ساله، استفاده از فولاد ۳۱۶ در بخش های کلرزنی نسبت به فولاد ۳۰۴، حدود ۴۰% در هزینه های نگهداری صرفه جویی به همراه داشت.
نتیجه گیری
مطالعه موردی انجام شده در تاسیسات تصفیه آب به وضوح نشان می دهد که انتخاب بین فولاد ۳۰۴ و ۳۱۶ باید بر اساس شرایط عملیاتی و به ویژه غلظت کلر انجام شود. در حالی که فولاد ۳۰۴ برای بخش های با غلظت کلر پایین گزینه اقتصادی مناسبی است، استفاده از فولاد ۳۱۶ در محیط های با کلر بالا نه تنها ضروری، بلکه از نظر اقتصادی به صرفه می باشد.
توصیه می شود در طراحی تاسیسات تصفیه آب، ارزیابی دقیقی از غلظت کلر در بخش های مختلف انجام شده و بر اساس آن، material selection صورت گیرد. همچنین نظارت مستمر بر شرایط عملیاتی و انجام بازرسی های دوره ای می تواند از بروز خسارات جدی جلوگیری کند.
