مروری بر مطالعات انجام شده در مورد اثر خوردگی حفره ای در اجزای سازه های دریایی و فراساحلی

استخراج و اکتشاف منابع هیدروکربنی از اعماق دریا توسط سازهه ای دریایی و فراساحلی صورت می گیرد. اعضای لوله ای و صفحات فولادی تقویت شده یا غیرتقویت شده از مهمترین اجزای سازه های دریایی و فراساحلی هستند. اعضای لوله ای شکل به علت اینکه میتوانند نیروهای هیدرودینامیکی را کاهش بدهند به طور وسیعی در سازههای فراساحلی مورد استفاده قرار میگیرند. صفحات در معرض بارهای جانبی و در صفحه قرار میگیرند که میتوانند به صورت جداگانه و یا ترکیبی از هم بر روی سازه اعمال شوند. پدیده خوردگی از عوامل مؤثر در تخریب سازههای فراساحلی است، که باعث شکست سازه، کاهش ضخامت و کاهش استحکام نهایی سازه میشود. خوردگی حفرهای یکی از انواع خوردگی خطرناک، در دریا محسوب می شود که با کاهش ضخامت در یک سطح کوچک، میتواند باعث شکست سازه شود و پیامدهایی چون نشتی وآلودگی محیط زیست را به همراه داشته باشد. روش تحلیل اجزای محدود بعنوان رایج ترین روش در تحلیل سازهها است و در پیشبینی استحکام نهایی سازه دقت بالایی دارد. نرم افزارهایی مانند انسیس وآباکوس از نرم افزارهای قوی برای مدلسازی سازه های دریایی و فراساحلی هستند. در این مقاله روشهای مختلفی برای مدلسازی پدیده خوردگی بیان شده است و اثر خوردگی حفرها بر روی استحکام سازه بررسی شده است.

مقدمه

 از اجزای سازندهی سازههای دریایی و فراساحلی، میتوانیم اعضای لولهای شکل و صفحات فوالدی را نام ببریم، که در صورت ارتباط بین دو یا چند 2 تر را عضو فرعی 1 ولوله با قطر کوچک عضو لولهای یک اتصال لولهای ایجاد میشود. در این اتصال لوله با قطر بزرگتر را عضو اصلی مینامیم. ویژگی هایی مانند: نسبت استحکام باال به وزن، ضریب درگ پایین، کاهش سطح بیرونی در مقابل خوردگی، بزرگی استحکام محلی در برابر بارهای ضربهای و کاهش اثر باد و موج، اعضای لولهای را در صنعت دریایی سودمند کرده است. شکل زیر یک سکوی ثابت فراساحلی با اعضای لولهای را نشان می 3 دهد. صفحات فوالدی در معرض بارهای جانبی و در صفحه هستند که به صورت جداگانه و یا ترکیبی از هم به صفحات اعمال میشوند و مقدار بارهای در صفحه بزرگتر از انواع دیگر بارها است.

خوردگی از دیرباز به عنوان یک پدیده مخرب از نقطه نظر سازهای مطرح بوده است و در محیط دریا به علت نگهداری نامناسب و عدم استفاده از روشهای جلوگیری از بروز خوردگی، بوجود آمده است و باعث کاهش ضخامت و تغییراتی در هندسه و استحکام عضو معیوب میگردد. یکی از بارزترین مشخصات سازههای دریایی سالخورده و فرسوده وقوع خوردگی در نقاط مختلف سازه میباشد. شکل زیر یک لولهی خوردهشده را نشان می 1 دهد. یکی از رایجترین انواع خوردگی در سازههای فوالدی، خوردگی حفرهای است. این نوع خوردگی به صورت کاهش ضخامت محلی در ابعاد کوچک رخ میدهد. اعضای لولهای و صفحات به عنوان مهمترین و حساسترین قسمت سازههای دریایی و فراساحلی، اهمیت زیادی از نقطه نظر سازهای دارا 2 و روش بوده و تحقیقات گستردهای در زمینه استحکام نهایی های تقویت آنها انجام شده است.

توصیف خوردگی حفره ای

 خوردگی حفرهای نوعی از حملههای محلی و از مخربترین انواع خوردگیها محسوب میشود، بهدلیل توانایی حفرهها در ایجاد سوراخ در فلز است. این سوراخ ها منجر به کاهش خواص استحکام از طریق افزایش تمرکز تنش در محل حفره میشوند. بنابراین، این موقعیتهای بحرانی مستعد ترک هستند. شکست این الیهها با حضور آنیونهای بسیار تهاجمی مانند یون کلرید شروع میشود [3 .[ از عوامل رایج برای شروع و انتشار خوردگی حفرهای، میتوان موارد زیر را نام برد:

  آسیبهای موضعی شیمیایی و مکانیکی در فیلم اکسید محافظ 

 عواملی که باعث شکست فیلم غیرفعال میشود مانند: خاصیت اسیدی، غلظت کم اکسیژن محلول و غلظت باالی کلراید. این موارد فیلم اکسیدی محافظ را تغییر داده و در نتیجه حفره تشکیل میشود.

  آسیب موضعی یا برنامههای ضعیف پوششهای محافظ 

 وجود داشتن غیریکنواختی در سازه فلزی در خوردگی حفرهای، حفرهها با دهانه باز یا با غشای نیمه نفوذپذیر محصوالت خوردگی پوشیده میشوند. حفرهها به شکل فنجانی یا به صورت نیم 3 کرهای وجود دارند و در برخی موارد به صورت مسطح نیز دیده میشوند. اشکال رایج حفره به دو گروه تقسیم میشود: حفرههای نشیب و حفره های جانبی

فیلمهای اکسیدی که بر روی فلزهای مختلف تشکیل میشوند، در انتقال اکترونیک )آب رسانی( متفاوت هستند. مراحل فرآیند خوردگی حفرهای متفاوت است و به چهار مرحله تقسیم میشود. مرحله صفر نشان دهنده یک سطح فلزی فاقد حمله است 3 پوشیده شده است که به طور کامل با فیلم غیرفعال . مرحله 1 شامل گسستن الیه غیرفعال است که در آن زیرالیه حفظ میشود به جز قطعه کوچکی که در تماس با الکترولیت است. اندازهی قطعه کوچک در مرحله 1 میتواند کوچکتر یا همانند ضخامت فیلم غیرفعال باشد. پس از آن، تجزیه زیرالیه آغاز میشود. مرحله 2 زمانی است که شرایط برای رشد حفره مناسب باشد و حفره شروع به رشد میکند. در مرحله 3 تجزیه زیرالیه برای رشد حفره شروع میشود و حفره حدود 11-1 میکرومتر است که در زیر میکروسکوپ دیده میشود، حفرهها شکل نیمکرهای و یا شکل چند وجهی دارند. در مرحله نهایی 4 ،حفره ها با چشم غیرمسلح قابل مشاهده و دارای اشکال نامنظم هستند. اطراف دهانه با محصوالت خوردگی جامد پوشیده شده است. البته برخی از محققان بر این باور هستند که همیشه نقاط ضعیف موضعی یا نقصهایی در فیلم غیرفعال وجود دارد. بنابراین، مرحله صفر وجود ندارد و بالفاصله پس از غوطه وری، فرآیند در مرحله 1 آغاز میشود )فلز و محلول در تماس با یکدیگرند(

عوامل بسیاری در ایجاد خوردگی مؤثراند. از عوامل مهمی که نقش زیادی در خوردهشدن فلز دارند مانند: قطبیت، دما، سرعت جریان آب ،PH آب دریا و محل قرارگیری سازه است. معموال با افزایش دما نرخ خوردگی نیز افزایش مییابد و همچنین با افزایش سرعت جریان آب، میزان خوردگی افزایش پیدا میکند. زیرا برخوردهای تصادفی آب و سرعت بیشتر آن، باعث جداشدن مقدار بیشتری فلز میشود

API برای ارزیابی استحکام باقی مانده با احتساب خوردگی حفره ای 4 آیین نامه