پوشش های محافظتی خطوط لوله

جهان توسعه یافته امروز برای انتقال نفت، گاز و پتروشیمی و توسعه آب، دفع پساب های صنعتی و فاضلاب، انتقال انرژی برق از طریق کابل و به طور کلی جهت امکان پذیر شدن بسیاری از فرآیندهای صنعتی به خطوط لوله وابسته است. روش های رایج سنتی برای تعمیر و بازسازی خطوط لوله نیازمند صرف هزینه‌ها و زمان زیاد و لزوم قطع جریان عبوری از درون لوله‌ها ‌است. امروزه با هدف تامین این نیاز‌ها استفاده از مواد و پوشش های کامپوزیتی پیشرفته رواج بسیاری یافته ‌است.

محبوب ترین مواد خطوط لوله چیست؟

رایج ترین مواد مورد استفاده در ساخت لوله عبارتند از فولاد گالوانیزه، آهن، مس، پلی بوتیلن، پی وی سی، پلی وینیل کلرید کلر (CPVC) و پلی اتیلن. نوع مواد مورد استفاده برای خط لوله تا حد زیادی به استفاده مورد نظر آن بستگی دارد. فولاد گالوانیزه ماده انتخابی برای انتقال مواد شیمیایی و گازهایی مانند نفت، بنزین و گاز است.

خوردگی در خطوط لوله چگونه است ؟

خوردگی یکی از بزرگترین مشکلاتی است که به نشت و پارگی خطوط لوله کمک می کند. خوردگی فرآیند طبیعی است که در آن مواد ساخته شده از فلز به صورت الکتروشیمیایی با محیط واکنش داده و خراب می شوند. بدون مهندسی مناسب و نگهداری پیشگیرانه، این بدتر شدن فرآیند طبیعی خوردگی منجر به افزایش دفعات حوادث خط لوله می شود. نکته مهم این است که با نظارت و نگهداری مناسب خط لوله، خوردگی کاملاً قابل کنترل است.

بطور کلی خوردگی در لوله های فلزی را می توان در دو نوع طبقه بندی کرد ; خوردگی داخلی و خوردگی خارجی.

درمان خوردگی  داخلی در خطوط لوله

خوردگی داخلی، در بیشتر موارد، نتیجه آلاینده هایی است که به طور طبیعی در محصولی که توسط خط لوله حمل می شود، وجود دارد. آلاینده های رایج عبارتند از: اکسیژن، سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، کلریدها و آب.

متغیرهای زیادی می توانند بر ماهیت و میزان یک واکنش خوردگی داخلی خاص در خط لوله تأثیر بگذارند :

غلظت آلاینده ها
نوع آلاینده ها در داخل خط لوله
فشار و سرعت عملیاتی
هندسه خط لوله و نقاط نگهداری
دمای عملیاتی و….

هنگامی که راهکارهای پیشگیرانه به درستی انجام شوند، خوردگی را می توان به طور موثر کنترل کرد و اطمینان حاصل نمود که خطوط لوله به طور نامحدود از خوردگی در امان می مانند. راهبردهای اولیه پیشگیری از خوردگی داخلی خط لوله عبارتند از:

کنترل یا به حداقل رساندن آلاینده ها قبل از انتقال آن ها در خطوط لوله
پوشش های داخلی خطوط لوله
تزریق بازدارنده های خوردگی
افزایش دفعات تمیز کردن خطوط لوله داخلی برای حذف تجمع آلاینده ها

اما در حالتی که خوردگی داخلی پیش آمده باشد راه کاری که شرکت مقاوم سازی افزیر پیشنهاد می دهد، متد های بهسازی خطوط لوله با روش های بدون نیاز به حفاری trench less  است.

متد های بهسازی خطوط لوله با روشهای بدون نیاز به حفاری trench less

روش های تعمیر بدون نیاز به حفاری با استفاده از الیاف کامپوزیتی FRP می‌باشد. در این روش پس از تمیز‌کردن و آماده‌ سازی سطح داخلی لوله آسیب‌ دیده، یک تیوب نرم و انعطاف پذیر که از جنس الیاف تقویت کننده ‌است، درون لوله آسیب دیده قرار داده‌ می‌شود. با تزریق رزین با استفاده از تجهیزات ویژه دستگاه Trenchless Repairing Machine و هوای فشرده در حد فاصل بین لوله آسیب دیده و تیوب مورد نظر و طی زمان لازم برای پخته و سفت‌ شدن رزین، لوله تقویت‌ کننده‌ای درون لوله آسیب‌ دیده ایجاد می‌شود که نقش اساسی را در عملکرد لوله ایفا می‌کند. هزینه‌های بسیار زیاد حفاری و خاک‌برداری و قرارداشتن بعضی از قسمتهای لوله در مناطقی که دسترسی به آنها به سادگی امکان‌پذیر نیست، از عواملی هستند که باعث بوجود آمدن این روش شده‌ است.
هر چند این روش برای تعمیر و بازسازی لوله‌های بتنی آب و فاضلاب پیشنهاد و توسعه داده ‌شده ‌است ولی می‌توان از آن در پاره‌ای موارد خاص، برای خطوط لوله کم‌ فشار فولادی نیز استفاده‌ کرد. در هر حال به علت نحوه شکل‌گیری لوله داخلی، استحکام و مقاومت آن در مقایسه با دو روش قبلی مذکور بسیار پایین‌تر است.

خوردگی خارجی خطوط لوله

خوردگی خارجی به شدت به شرایط جوی طبیعی حاکم در موقعیت جغرافیایی خطوط لوله بستگی دارد. مناطق مرطوب ساحلی نسبت به مناطق خشک داخلی خورنده تر هستند. انتشار مواد شیمیایی از یک کارخانه مجاور می تواند خورندگی جو را افزایش دهد. مکان هایی که آب باران می تواند روی آن ها جمع شود بطور ویژه در معرض حملات خارجی قرار می گیرند.
برای درمان خوردگی خارجی خطوط لوله، پوشش مجدد، رایج ترین و آزمایش شده ترین راه درمان است. این درمان برای هر فلز خورده شده ای می تواند اعمال شود. برای انجام آن لازم است که ابتدا زنگ زدگی و خوردگی از فلز مورد نظر تمیز شود. سپس لوله با یک پوشش مخصوص طراحی شده برای محافظت از آن پوشانده گردد. شرکت مقاوم سازی افزیر سیستم‌های کامپوزیتی جهت پوشش حفاظتی خطوط لوله پیشنهاد می دهد که در ادامه بطور کامل توضیح داده خواهند شد.

روش لایه گذاری تر (wet-lay up)

روش لایه گذاری مرطوب از ترکیب مواد تقویت کننده (مانند FRP ) و رزین تشکیل می شود. بدین صورت که رزین مایع به منظور اشباع کردن مواد تقویت کننده به آن اضافه می گردد. در این روش نوارهای کامپوزیتی را در اطراف مقطع آسیب ‌دیده روی سطح لوله به صورت پیاپی تا رسیدن به ضخامت مورد نیاز روی یکدیگر می‌پیچند. با استفاده از این روش می توان لوله‌هایی که 80 درصد از ضخامت دیواره‌های آنها از بین‌رفته یا حتی در اثر خوردگی یا ضربه، سوراخ و دچار نشتی شده‌اند، را تعمیر کرد. در این تکنیک، با توجه به اینکه هیچ نیازی به اعمال گرما و دمای بالا نبوده و همه مراحل در دمای محیط انجام می‌گیرد، امکان تعمیر خطوط لوله گاز بدون توقف جریان انتقال نیز فراهم گردیده‌ است. از نکات حائز اهمیت در این لایه گذاری می توان به روش چیدمان، نوع رزین مصرفی، مواد تقویت کننده الیاف، جهت گیری فیبر، نسبت رزین به الیاف و عمل آوری، اشاره کرد.

نوع رزین مصرفی

رزین های مورد استفاده در لایه گذاری مرطوب می توانند شامل : اپوکسی، پلی استر یا وینیل استر باشند که باتوجه به مکانیسم عمل آوری، استحکام پیوند اولیه و ثانویه و سازگاری شیمیایی انتخاب شوند. بهترین رزین، رزینی است که قوی ترین پیوند را بین مواد تقویت کننده و زیرلایه و بین لایه تقویت کننده بالایی و مواد تکمیل کننده ایجاد کند.

انواع فیبر

انواع مختلفی از مواد تقویت کننده وجود دارد از جمله فایبرگلاس (GFRP)، فیبر کربن (CFRP)، کولار (آرامید)، هیبرید، CSM (حصیر رشته ای خرد شده با فایبر گلاس) و بسیاری دیگر. باتوجه به رزین و شرایط سایت تقویت کننده مناسب انتخاب می گردد.

جهت گیری فیبر

مهم است که جهت الیاف را در لایه(های) مواد تقویت کننده با توجه به جهت بارهای وارد شده بر روی ناحیه لایه گذاری شده قرار دهید. از آنجایی که طبقات لایه به لایه ساخته می شوند، الیاف در لایه ها باید طوری قرار داده شوند که بارها به طور مساوی توزیع شده و بین لایه ها تقسیم شوند. جهت گیری فیبر تأثیر مستقیمی بر استحکام، سفتی و ثبات سیستم اجرا شده خواهد  داشت.

نسبت فیبر به رزین

به طور معمول، هرچه مواد تقویت‌کننده سنگین‌تر باشد، مقدار رزین مورد نیاز برای اشباع مواد نیز بیشتر خواهد شد. اما نکته مهم این است که همیشه مقدار مواد تقویت کننده باید بیشتر از رزین مصرفی باشد. بطورکلی نسبت بهینه فیبر به رزین معمولاً 60 درصد فیبر به 40 درصد رزین است.

استفاده از نوارهای کامپوزیتی و اتصال در محل ترمیم (FRP Strips)

دومین روش ساخت ورقه کامپوزیتی در محل کار، یعنی روی سطح لوله است. به همین علت می‌توان این روش را روی سطوح با اشکال مختلف مانند لوله‌هایی با شکل هندسی غیرمنظم، خم ها، زانویی‌ها، سه‌راهی‌ها و سایر زوایای موجود در خطوط لوله بکار برد. با توجه به اینکه تولید ورقه به صورت دستی انجام می‌شود، درصد الیاف نسبت به روش قبلی پایین‌تر بوده و به همین علت از این روش در خطوط لوله با فشار بالا استفاده نمی‌شود.

حفاظت کاتدی

دو نوع حفاظت کاتدی وجود دارد: آند گالوانیکی و حفاظت کاتدی تحت تاثیر جریان.
هر دو جریان، حفاظت کاتدی را از آندهای محافظ کاتدی که در همان الکترولیت فلزی که قرار است محافظت شود، ایجاد می کنند و جریان از آند وارد الکترولیت می گردد سپس بر روی فلز تخلیه شده و خوردگی را کنترل می کند. در واقع این سیستم خوردگی را از بین نمی برد، بلکه جریان خوردگی را از ساختار محافظت شده به آند حفاظت کاتدی منتقل می کند.
اولین قدم در حفاظت کاتدی این است که فلزی را که می‌خواهید محافظت کنید (خط لوله) بردارید و آن را به کاتد تبدیل کنید. یک لوله معمولا آندی و حاوی ذرات با بار مثبت است. با تامین جریان الکتریکی، خط منفعل یا کاتدی می شود. علم نشان می دهد تا زمانی که جریان سریعتر از اکسیژن به کاتد (خط لوله) برسد، از خوردگی جلوگیری می شود یا به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

پوشش های حفاظتی کاتدی گالوانیک (GACP)

آندها (منیزیم، روی یا آلومینیوم) منبع الکترون اند و روی خط لوله فولادی فدا و خورده می شوند. آندهای گالوانیکی (که آندهای فداکاری نیز نامیده می شوند) زمانی که به درستی اعمال گردند و با محدودیت هایی همراه باشند، می توانند سازه های فولادی زیرزمینی، دریایی، داخلی و صنعتی را از خوردگی محافظت کنند.

پوشش های حفاظتی کاتدی تحت تاثیر جریان (ICCP)

حفاظت کاتدی تحت تاثیر جریان با اتصال یک منبع تغذیه DC، بین فلز محافظت شده و آندهای حفاظت کاتدی ارائه می شود. قطب منفی به فلز محافظت شده (“نقطه تخلیه منفی”) و قطب مثبت به آند متصل است. مانند GACP، جریان حفاظت کاتدی از آند، از طریق الکترولیت و روی فلز محافظت شده جریان می یابد. برخلاف GACP، جریان حفاظتی کاتدی توسط منبع تغذیه DC تامین می شود و از خوردگی خود آند استفده نمی کند. منابع تغذیه DC معمولاً یکسو کننده های ترانسفورماتور هستند که برق اصلی را به ولتاژ پایین DC تبدیل می کنند. این سیستم معمولا در مناطق دورافتاده، پنل‌های خورشیدی و باتری‌ها استفاده می شود.