خسارتهای خوردگی و راهکاری کامپوزیتها

یکی از مباحث بسیار مهم علمی ، فنی و اقتصادی که کم تر از یکصد سال است توجه دانشمندان و پژوهشگران را به خود جلب کرده و مطالعات بسیار زیادی بر روی آن صورت گرفته و می گیرد ، خوردگی و به ویژه خوردگی فلزات است . خوردگی در اصل تخریبیا فساد یک ماده در اثر واکنش با محیط پیرامون خود است .

خوردگی پدیده ای مخرب و هزینه آفرین است که همه ساله موجب هدر رفتن مبالغ هنگفتی از سرمایه کشور می شود . مصرف رو به افزایش مواد  شیمیایی خورنده و لزوم برقراری شرایط عملیاتی مختلف و بحرانی در واحدهای صنعتی ، سبب زیان های مالی و جانی فزاینده ای شده است . خوردگی علاوه بر صرف هزینه های بسیار گزاف که به صورت مستقیم و غیرمستقیم توسط صاحبان صنایع پرداخت می شود ، تأثیرات منفی دیگری نیز همانند از دست رفتن انرژی ، ماده ، ایمنی و خطرات زیست محیطی را به همراه خواهد داشت .

مسلما ً زیان های اقتصادی و محیطی خوردگی که هر روز دامنه آنها گسترش می یابد ، بایست در صنعت رو به رشد و شکوفای ایران مورد بحث و بررسی قرار گیرد . زمانی اهمیت انجام این بررسی ها مشخص خواهد شد که آماری جامع از حجم زیان های وارد شده به صنایع در اثر خوردگی در دسترس باشند . هم اکنون به دلیل نبود آمار هزینه های سالانه خوردگی ، عدم به کارگیری فن آوری های روز دنیا در کنترل خوردگی و همین طور نا آگاهی مدیران صنایع و سیاست گذاران از هزینه های این پدیده ، درصد بالایی از درآمد ملی کشور از این طریق به هدر می رود .

متأسفانه با وجود این که ضرورت بررسی و محاسبه هزینه خسارتهای ناشی از پدیده خوردگی احساس و اثبات شده است ولی در کشور ما هنوز هیچ گونه برآورد هزینه ای در این رابطه انجام نشده است . با این وجود بر اساس آمار و ارقام جمع آوری شده توسط انجمن خوردگی ایران از هزینه های وارد شده بر دیگر کشورها می توان به آمار تقریبی خوبی در این زمینه دست یافت. بر اساس روش های معمول در کشورهای صنعتی جهان و محاسبات انجام شده ، هزینه های خوردگی در هر کشور معادل درصدی از تولید ناخالص ملی آن کشور است .هزینه های ناشی از خسارت های خوردگی معمولا ً بین 3 تا 5 درصد از مجموع تولید ناخالص ملی است . این مقدار در کشورهای صنعتی پیشرفته 3 تا 4 درصد و در کشورهای در حال توسعه 4 تا 5 درصد را شامل می شود . لازم به ذکر است که با به کارگیری فن آوری های نوین کنترل خوردگی ، می توان 17 تا 25 درصد از خسارت های خوردگی کم کرد .

با این که در کشورهای پیشرفته هزینه های مستقیم ناشی از خوردگی از مقادیر ذکر شده نیز کمتر بوده و بین 5/2 تا 1/3 درصد از تولید ناخالص ملی است ولی در کشورهایی همانند ایران که هنوز خوردگی را با تعویض قطعات درمان می کنند و نه به کارگیری فن آوری های جدید کنترل خوردگی ، این مقدار می تواند تا 5 درصد افزایش یابد که این رقم با توجه به آمار موردی انجمن خوردگی ایران عددی قابل قبول است .

بانک مرکزی جمهوری اسلامی ایران تولید ناخالص ملی را به چهار بخش اصلی تقسیم می کند که بعضی از این بخش ها خود شامل بخش های فرعی نیز می شوند . این بخش های اصلی عبارتند از :

     1- گروه کشاورزی

     2- گروه نفت

     3- گروه صنایع و معادن

     4- گروه خدمات

خسارتهای وارده بر چهار گروه کشاورزی ، نفت ، صنایع و معادن و خدمات در سال 1383 به ترتیب 4/777 ، 4/1343 ، 7/1225 و 3/3336 میلیارد تومان و در مجموع 7/6682 میلیارد تومان بوده است . پیش بینی می شود این مقدار در پایان سال 1384به عدد 4/8458 میلیارد تومان برسد که این عدد درصد زیادی از بودجه کشور را شامل می شود .

فنآوری کامپوزیتی مقابله با خوردگی

فن آوری جدید مقابله با خوردگی با کاربرد مواد و مصالح صنعتی گوناگون از جمله فلزات و آلیاژها ، پلاستیک ها ، لاستیک ها ، سرامیک ها و به ویژه مواد کامپوزیت همراه بوده و برای پیدا کردن موادی مقاوم در برابر خوردگی ، نیازمند بررسی مواد گوناگون است . همچنین لازم است مقررات و روشهایی تدوین شوند که با اعمال و اجرای آنها بتوان میزان و سرعت خوردگی را به طور قابل ملاحظه ای کاهش داد .

در جهان صنعتی امروز وسایل و ابزار زیادی به کار گرفته می شوند که به خاطر رهایی از خوردگی ، از مواد کامپوزیتی در پیکره آنها استفاده می شود . دلیل این همه توجه ، صرفه اقتصادی این مواد در برابر خسارتهای زیاد و طولانی خوردگی فلزات است . باید توجه کرد که با اعمال تمام راههای کنترل خوردگی نوین در صنعت ، می توان تا 25 درصد این خسارت ها را جبران کرد که با توجه به مقادیر بسیار بالای خسارتهای خوردگی ، این مقدار رقمی بسیار زیاد ( برای سال 1383 حدود 16707 میلیارد ریال ) خواهد شد .

چندین نمونه از صنایعی که در سایر کشورها برای مقابله با خوردگی در آنها از کامپوزیت بهره گرفته شده است عبارتند از :

 

تقویت کننده های کامپوزیتی

طبق گزارش اداره فدرال بزرگراههای آمریکا پس از بررسی چندین پل از نظر سازه ای ، پوشش کم بتن ، طراحی ضعیف ، عدم مهارت کافی هنگام اجرا و سایر عوامل همانند شرایط آب و هوایی سبب ایجاد ترک در بتن و خوردگی تقویت کننده های فولادی شده است .

پس از سالها مطالعه خوردگی ، پلاستیک تقویت شده با الیاف FRP به عنوان یک جایگزین خوب برای تقویت کننده های فولادی در بتن پیشنهاد شده است . سه نوع میلگرد تقویت شده با شیشه GFRP ، تقویت شده با کربن CFRP و تقویت شده با آرامید AFRP از انواع تجاری کامپوزیت هستند که در صنعت ساختمان کاربرد دارند . از این مواد به جای تقویت کننده های فولادی یا کابل های پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده و غیر پیش تنیده استفاده می شود .

از آنجایی که FRP ماده ای ناهمسانگرد است نوع و مقدار الیاف و رزین مورد استفاده ، سازگاری الیاف و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن ، نقشی اساسی در بهبود ویژگی های مکانیکی آن دارد . به طور کلی برتری های FRP به صورت زیر دسته بندی می شود :

     1- مقاومت کششی بیشتر از فولاد

     2- یک چهارم وزن میلگرد فولادی

     3- عدم تأثیر برمیدان های مغناطیسی و فرکانس های رادیویی ( همانند دستگاههای بیمارستانی )

     4- نارسانایی الکتریکی و حرارتی

با توجه به این برتری ها ، FRP جایگزین مناسبی برای تقویت کننده های فولادی در سازه های دریایی ، پارکینگ ها ، عرشه پل ها ، بزرگراهها و در نهایت سازه های بسیار حساس در برابر خوردگی و میدان های مغناطیسی محسوب می شود .

    

پوشش های کامپوزیتی برای جلوگیری از خوردگی فلزات

پوشش های مقاوم در برابر خوردگی به طور معمول زیاد استفاده می شوند . اصلاح مواد به کار رفته در این پوشش ها و روش های پوشش دهی موجب افزایش برتری های این روش می شود . این روش اولا ً مقدار زیادی از هزینه های ناشی از خوردگی فلزات را کاهش می دهد و ثانیا ً به جای استفاده از مواد بسیار گران و مقاوم در برابر خوردگی ، از مواد فلزی معمولی با پوشش های نه چندان گران استفاده می شود . یکی از این پوشش های کم قیمت با مقاومت خوردگی بالا پوشش های کامپوزیتی هستند .

    

پمپ های کامپوزیتی

این پمپ ها برای ایجاد مقاومت در برابر خوردگی از مواد کامپوزیت استفاده می کنند . این پمپ ها برای پمپ کردن مواد اسیدی ، آب شور ، مواد شوینده ، حلال ها و گستره وسیعی از مواد شیمیایی به کار می روند .

 

سازه های کامپوزیتی

از پرمصرف ترین سازه های صنعتی در صنایع گوناگون کشورهای صنعتی یا رو به رشد،صفحات مشبک، نرده ها، پلکان ها، پروفیل ها و ... هستند که خسارت مالی ناشی از خوردگی این تجهیزات فلزی به ویژه در مناطق ساحلی بسیار زیاد است .کامپوزیت ها راه حل مناسبی برای این مشکل به حساب می آیند .

 

لوله های انتقال مواد

یکی دیگر از تجهیزات پرمصرف در صنعت به خصوص در صنایع نفت و گاز ، لوله های انتقال مواد در مسافت های کوتاه و بلند است که معمولا ً تحت تأثیر محیط اطراف ، دچارخوردگی زیادی می شوند . امروزه با پیشرفت صنایع کامپوزیت لوله های کامپوزیتی جایگزین لوله های فولادی می شوند.