دراسة اسباب التآكل في المنشآت النفطية

https://meet.google.com/udr-fzvp-cor

دراسة مشكلة   تآكل  انابيب نقل النفط والغاز في المنشآت النفطية والتعرف على اسباب تلفها وايجاد الحلول المناسبة لمنع او تقليل تأكلها    

----------------------------------------------------------------

 تأكل المعادن هو المشكلة الاكبر التي تواجه الصناعات النفطية في البلاد...فمعظم انابيب نقل المنتجات النفطية والخزانات تعاني التأكل الذي يتسبب بتلفها ويساعد على ذلك الظروف المناخية ونوعية المعادن المستخدمة في تلك الصناعات فظهرت الحاجة الماسة الى متابعة موضوع التأكل خاصة في انابيب نقل المنتجات النفطية والخزانات التي تتعرض الى العديد من الظروف التي تؤدي الى تلفها حيث يؤدي تآكل المعدن  الى انخفاض في مستوى الانتاج  اضافة الى خسائر مادية واقتصادية كبيرة تؤدي الى شلل المنظومة النفطية فلابد من الاشارة الى  اسباب التآكل وطرق حماية الانابيب النفطية من التآكل وايجاد الحلول المناسبة  لمنع او تقليل تآكلها .
 
أسباب التاكل في المنشآت النفطية
ان المسبب الاساسي للتآكل هو تكون خلايا للتآكل(Corrosion cells  )  تنتج عن وجود فرق جهد كهربائي بين المناطق المختلفة للسطح المعدني وان هذا الفرق بالجهد يمكن ان يحدث لعدة اسباب  
1-  خواص المعدن :
من حيث حالته الفيزيائية ، وجهده الكهروكيميائي ، والحجم النسبي لذراته  واوكسيده  وكذلك المساحة النسبية لسطحه.
2- خواص الوسط المحيط المسبب للتآكل:
 ويشمل التآثير الاتي :
 أ - الرطوبه :
   يحدث التآكل لمعدن الحديد بشكل بطئ في التربة الجافة عند مرور الانبوب من خلالها ، ولكن يكون اسرع عند مروره بمنطقة آخرى تحتوي على الرطوبة. وعند وجود هذه الرطوبة فإن جزيئات صغيرة من الشوائب كالصخام والرماد المتطاير وبعض انواع الاتربة تعمل كمركز للتآكل
ب- الرقم الهيدروجيني
يعتبر تركيز ايون الهيدروجين  في الوسط المسبب للتآكل   عامل مهم في عملية التآكل ، فتآكل المعادن النشطه بواسطة الحوامض القوية معروف لدى الجميع الا ان القيمة الحقيقية للرقم الهيدروجيني للمياه او السوائل التي تكون في تماس مع الهياكل المعدنية او الانابيب او الاجهزة لا تُاخذ بعين الاعتبار بشكل ملموس. ويتميز التآكل بسرعة ثابته عملياً عند رقم هيدروجيني يتراوح من  4  و 5 الى 10 او 12 ، وان القيمة الحقيقية تعتمد على تركيز الاكسجين
ج-. الاوكسجين والخلايا التركيزية
ان تأثير الاوكسجين على سرعة تآكل الحديد في محاليل ذات ارقام هيدروجينية مختلفة تزداد بزيادة كمية الاوكسجين. وبما ان طبقة الاوكسيد تعتبر ذات طبيعة سالبة مقارنة مع سطح المعدن فإن زيادة كمية الاوكسجين يمكن اعتبارها زيادة في مساحة القطب السالب ايضا فإن الاستقطاب بسبب اختزال ايونات الهيدروجين سيكون اقل عند وجود تراكيز عالية من الاوكسجين. وبالتالي فأن الاختلاف في تركيز الاوكسجين يؤدي الى التآكل بتكوين هذا النوع من الخلايا التركيزية

4-البكتريا المختزلة للكبريتات الموجوده بالتربة :
النوع المسبب لهذه المشكله من انواع البكتريا ينشط فقط في التربة اللاهوائية المحتوية على الكبريتات والمواد العضوية المشبعة بالماء  ، فعند تعقيم التربة غير المحتوية على اوكسجين حر فإنها عادة لا تسبب التآكل   . ونجد ان التربة المحتوية على قليل من الاحماض المنشطه للتآكل مع تصاعد الهيدروجين ، وكذلك تلك التي تحتوي على قليل من الاوكسجين لتفاعلات الاختزال تعاني من تأثيرات  خطيرة في وجود هذه البكتريا

 5- فرق تركيز الاملاح
عند مرور خطوط انابيب النفط عبر اراضي مختلفة في طبيعتها ، نجد ان هنالك اجزاء تحتوي على نسبة عالية من الاملاح واجزاءاخرى تحتوي على نسبة منخفضة من الاملاح ، وبالتالي تعمل كخلية تركيز يتولد نتيجة لها تيار كهربائي يجعل مناطق من تلك الانابيب تعمل كمصعد والاخرى تعمل كمهبط ، ويتبع ذلك تآكل المناطق المصعديه

د-قابلية التوصيل الكهربائي لوسط التآكل
يعتمد تيار التآكل الكهربائي على قابلية توصيل الوسط او المحلول ، حيث يعتبر ذلك عاملاً مهماً في عملية تآكل خطوط انابيب نقل النفط المدفونة في التربة. فمثلاً تكون التربة الجافة ذات  مقاومة كهربائية عالية ، بينما التربة ذات الرطوبة النسبية تكون مقاومتها اقل بكثير حيث ان التيارات الشاردة (Stray Currents ) تكون ذات ضرر اكبر على الانابيب في مثل هذه التربة اي التي لها قابلية عالية للتوصيل الكهربائي .

ذ- . طبيعة الايونات الموجبة والسالبة في وسط التآكل
ان كلوريدات المعادن القلوية ومعادن الاتربة القلوية هي بشكل خاص مضرة بمعادن وسبائك عديدة ، حيث ان الكلوريد يحطم طبقة الاوكسيد الواقية او الغير فعالة على سطح المعدن ، بينما من ناحية آخرى بعض الايونات السالبة تكون ناتجاً غير ذائب بتفاعلها مع المعدن مما يؤدي الى حمايته ، وهي بذلك تكون مثبطة  للتآكل ( Corrosion Inhibiter ). اما بالنسبة لطبيعة الايونات الموجبة فايضاً تؤثر على عملية التآكل ، فمثلاً وجود كميات من املاح النحاس او اي معدن ثمين آخر في ماء التربة يؤدي الى تآكل انبوب الحديد. ولذلك يفسر هذا ظاهرة تآكل الانابيب الناقلة للنفط في املاح الالمنيوم بسرعة اكبر مما في املاح الصوديوم ذات التركيز المشابه
 3- وجود مثبطات التآكل او عدمه  ( Corrosion Inhibiter ) :
تكون هذه المثبطات  عباره عن مركبات كيميائية عضوية ولا عضوية تحد من عمليات التآكل وذلك بتأثيرها على القطب الموجب ، وبالرغم من ذلك لاينصح باستعمالها في ظروف معينة نسبة لآثارها الجانبية. ويمكن اعتبار مثبط  التآكل بانه يعمل بشكل معاكس لفعل العامل المساعد الكيميائي فمثلا بعض انوع المثبطات  يعطي حماية لمعدن الانبوب (الحديد) وفي نفس الوقت يزيد من تآكل الخارصين والنحاس والنيكل وذلك لانها تكون ايونات موجبة معقدة مع هذه المعادن تؤدي بالتالي الى تكوين مركبات ذائبة مع هذه المعادنالمواد المسببة للتاكل  في الصناعات النفطية
ان تآكل المعدات والاجهزة النفطية سببه وجود شوائب ومواد مسببة للتاكل قد تكون موجودة  في النفط الخام أو مضافة إليه تبعا لمتطلبات العملية الانتاجية.    

 المواد الموجودة في النفط الخام
1-ايون الكلوريد
ان قابلية ذوبان معظم الكلوريدات كبيرة مما يساهم في زيادة شدة تأثير آيون الكلوريد كما أن نواتج عملية التآكل تذوب في المحلول ولا تبقى ملتصقة على سطح المعدن متسببة في كشف المعدن مرة أخرى للتآكل فيصبح من الصعوبة التخلص من هذا الايون غير المرغوب فيه

2- ايون الكبريتيد  
يعتبر هذا الايون المسبب الرئيسي والاكثر فعالية في حصول التآكل في الصناعة النفطية حيث تقاس شدة التآكل لاي نفط بمقدار ما يحرره من غاز كبريتيد الهيدروجين عند التسخين وعندما تزداد نسبته فيها يطلق عليها تسمية النفوط الحامضية. يظهر هذا الايون في السوائل والغازات النفطية بشكل كبريتيد الهيدروجين والذي يوجد في النفط الخام بشكل طبيعي أو من جراء تحلل المركبات الكبريتية خلال عمليات التكرير والتكسير الحراري والعمليات التشغيلية الاخرى المتضمنة للضغط والحرارة العالية.

ان التآكل بآيون الكبريتيد يحصل بإحدى طريقتين هما:-
(أ) التآكل في درجات الحرارة الواطئة (تحت درجة حرارة التكثف أي أقل من 200F): يذوب الايون في قطرات الماء المتكثفة على سطح المعدن مكونا" حامض الكبريتيك مسببا" تلفا" كبيرا" في المعدات النفطية أكثر مما يتوقع منه.
(ب) التآكل في درجات الحرارة العالية: يحصل التآكل عادة في درجات حرارة ( 450- F900) في حين تنخفض شدة التآكل في درجات الحرارة الاعلى من ( 900 F) حيث تصبح ضيئلة بسبب تكون طبقة الفحم ((Coke والتي تمنع وصول غاز كبريتيد الهيدروجين الى المعدن.
3- -آيون الهيدروجين:
 يعتبر هذا الايون من أسوأ المواد المسببة للتاكل حيث يعتبر التآكل بأيوني الكلوريد والكبريتيد أساسا تآكلا  بأيون الهيدروجين.
أ- التاكل في درجات الحرارة الواطئة   : (أقل من 450F) يحصل من جراء تكون حوامض مخففة تساعد على تكوين ذرات هيدروجين لها قابلية النفاذ في المعادن خصوصا" عند وجود الفجوات المتكونة من جراء التصنيع الردئ للمعدن حيث تتحد هذه الذرات مكونة جزئيات الهيدروجين الكبيرة الحجم فلا تتمكن بعدها من الاستمرار بالنفاذ مما يزداد ضغطها الامر الذي يؤدي الى إنفصال جزء من المعدن وإنتفاخه ويظهر واضحا" على السطح حيث يطلق عليها تسمية بثور الهيدروجين  (Hydrogen blisters).  
ب) التآكل في درجات الحرارة العالية: (أعلى من 450F )    في درجات الحرارة العالية ينفذ الهيدروجين الذري الى داخل المعدن ويستقر في الفجوات الموجودة في المعدن نتيجة الصنع الردئ فتتحد مع بعضها مولدة جزئيات هيدروجين والتي بدورها تتفاعل مع الكربون الداخل في صنع المعدن أو السبيكة مولدة غاز الميثان (CH4) مما ينتج عنه قلة في تركيز الكاربون (Decarburization) فيصبح المعدن هشا وضعيفا لزيادة مرونته وسرعة تمدده أو ما يسمى بظاهرة الزحف (Creep) فيفقد المعدن خواصه الميكانيكية فتحصل الفطور في المعدن  
 
4-الاوكسجين
أ) الاوكسجين في درجات الحرارة الواطئة:
يعتبر الاوكسجين عاملا مهما  في التآكل عند درجات الحرارة الواطئة بوجود المحاليل حيث يزيل الاستقطاب بأتحاده مع الهيدروجين المتولد على القطب السالب فيمنع تجمعه وبالتالي يبقيه بحالة نشطة موصلة للايونات الموجبة مما ينتج عنه إرتفاع في معدل التآكل على القطب الموجب أما في المناطق الفقيرة بالاوكسجين كالمناطق الضيقة فيتوقف التآكل حتى لو كان المحلول شديد التآكل كماء البحر

(ب) الاوكسجين في درجات الحرارة العالية :
 جميع المعادن معرضة للتأكسد في درجات الحرارة العالية فبعضها يقاوم التأكسد بتكوينه طبقة واقية من الاوكسيد. ولكن  نتيجة لحدوث اجهادات داخلية لطبقة الاوكسيد بسبب ذوبان جزء منها  تنتج عنها تشققات وتكسرات مجهرية تؤدي الى استمراردخول الاوكسجين الى المنطقة القريبة من المعدن ويستمر التاكسد لتكوين طبقة اخرى ولذا لاتعتبر طبقة الاوكسيد حامية للمعدن    
 
 
5-البكتريــا
وهي أحياء بايولوجية تعيش في التربة الطينية وبعض مصبات الانهار ، كذلك في الماء المالح الموجود في النفط الخام (Brine) عند تواجده بكميات كبيرة. تقوم هذه البكتريا بإختزال الكبريتات الموجودة في النفط الخـام الـى الكبريــتيدات (Sulfates to Sulfides) مولدة غاز كبريتيد الهيدروجين الذي يهاجم المعدن مكونا  كبريتيدات معدنية

 6-الحوامض العضوية:
تمتاز هذه الحوامض بكونها غير مسببة للتاكل  في درجات الحرارة الواطئة ولكنها تصبح شديدة التآكل قرب درجات غليانها. بالامكان إجمال الحوامض العضوية الموجودة في النفط الخام بالاتي:
(أ) حامض النفثينك:
(ب) حامض البروبيونيك.
(ج) حامض البالمتيك.
(د) حامض الستريك.
(هـ) حامض الاوليك.

7- النتروجين:
تعتبر مركبات النتروجين الموجودة في النفط الخام غير مسببة للتآكل  ولكن عندما يحصل فيها تكسير حـراري مسببة تآكلا  شديدا  في هذه الوحدات عند درجات الحرارة الاقل من درجة حرارة التكثف  أن وجود النتروجين في الهواء المستعمل للاحتراق في الافران سيولد غازات أكاسيد النتروجين والتي تذوب في الماء عند درجات الحرارة الواطئة فتصبح شديدة التآكل

المواد المضافة الى النفط لاغراض صناعية
 1- حامض الفسفوريك
   ينتج هذا الحامض خلال عملية البلمرة بوجود عامل مساعد يحتوي على خامس أوكسيد الفسفور فتتحلل الفوسفات العضوية الى حامض الفسفوريك مسببا تآكل الاجهزة والمعدات.  2- ايون الهيدروكسيل
تستعمل مادة الصودا الكاوية على نطاق واسع في عمليات التصفية لمعادلة التأثير الحامضي لمكونات النفط  كما أنه يدخل أيضا  في صناعة الشحوم. تعتبر المادة غير مسببة للتآكل  في درجات الحرارة الاعتيادية بحيث يمكن خزنها في أوعية حديدية (C.S) ولكنها تسبب ظاهــرة التشقق الجهدي من جـراء الهشاشـة القاعديـة (Caustic embrittlement) خصوصا  عندما تصبح درجة الحرارة أعلى مـن (200F).   
3-حامض الكبريتيك وفلوريد الهيدروجين  
 يستخدم حامض الكبريتيك بتركيز (85-90  % وزنا) كعامل مساعد في وحدات الألكلة (Alkylation unit)   مع وجود منظومة لتنظيف المنتوج من شوائب الحامض. أن حالات التآكل تعتمد على تركيز الحامض وكما يلي:
 (أ) الحامض بتركيز مخفف: (أقل من 85% وزنا") يكون التآكل على شكل تنقر أو تآكل منتظم يحصل تحت مستوى السائل في قواعد الابراج والاوعية وعلى الصواني وفي الانابيب         .
 (ب) الحامض بتركيز مركز: (أعلى من 85% وزنا") لا توجد مشكلة تآكل عندما تكون درجات الحرارة واطئة وسرعة الجريان بطيئة                      

4-الزئبق : يستخدم في بعض الالات الدقيقة والمقاييس فلو حصل ودخل الى المعدات النفطية خطأ فأنه    يسبب ظاهرة التآكل الجهدي لسبائك المونيل وسبائك النحاس كما أنه يسبب تآكل شديد         للالمنيوم.                                                                                   
5-الامونيا: يستخدم للتبريد ومعادلة الحوامض ويؤثر تأثيرا" شديدا" على سبائك النحاس عندما تكون                           درجة حموضته (pH=8) مسببا" تآكلا" شديدا"  .
6-الكلورين:   يستخدم في أبراج التبريد وفي عمليات خاصة حيث يعتبر غير مسبب للتاكل  في حالة       غياب الماء ولكن بوجوده يصبح شديد التآكل                                

------------------------------------------------------------------------------------------------------

التوصيات
1-    التصميم الجيد لانابيب نقل النفط الخام وذلك من خلال الاستفادة من الخبرات العملية المختلفة المستخدمة لهذا الغرض
2-    استخدام طلاءات  واقية ضد التآكل تكون ذات مفاومة عالية وجيدة الالتصاق على المعدن ولاتتاثر بالحرارة
3-    استخدام عمليات القشط الذكي (  Smart pigging  ) وذلك لتنظيف السطح الداخلي للانابيب والتخلص من العوالق غير المرغوب بها والتحديد المبكر لاماكن التآكل
4-    التأكد من خلو عملية الجريان للنفط الخام من الرطوبة مع وجود نسبة قليلة من الاوكسجين والهيدروجين وكميات الغازات المصاحبة للنفط الخام وخصوصا غاز ثاني اوكسيد الكاربون