خوردگی در پروانه کشتی - انواع خوردگی فلزات

لینک دانلود 49 صفحه متن و تصاویر پیرامون خوردگی در کشتی و رفع آن

حُفره‌زایی (نام‌های دیگر: حفره‌سازی، خلاءزایی، کاویتاسیون) پدیده‌ای است که در آن کاهش فشار باعث تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب‌هایی شود. این پدیده در پروانهٔ کشتی‌ها و اژدرها رخ می‌دهد.

در این پدیده که معمولاً در مایعات با حرکت متلاطم رخ می‌هد، فشار موضعی کم‌تر از فشار بخار مایع می‌شود. این امر باعث می‌شود تا مثلاً آب که در شرایط متعارف در ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکل گازی پیدا می‌کند در دماهایی پایین‌تر زودتر به صورت گاز درآید.
حباب‌های گازی ایجاد شده زمانی که دوباره به منطقه پرفشارتر وارد می‌شوند معمولاً منفجر می‌شوند. این ترکیدن حباب‌ها شوکی موج‌مانند ایجاد می‌کند که صدادار است و می‌تواند از طریق خوردگی حبابی به پروانه‌های کشتی آسیب برساند. هر نوع کشتی و هر نوع پروانه صدای حفره‌زایی ویژهٔ خود را تولید می‌کند و این باعث می‌شود تا خدمه زیردریایی‌ها بتوانند نوع کشتی‌های پیرامون خود را شناسایی کنند.
حفره‌زایی انواع گوناگونی دارد:
گونه‌های حفره‌زایی
1.    حفره‌زایی حبابی
2.    حفره‌زایی پره
3.    حفره‌زایی بُن پروانه
4.    حفره‌زایی ابری
5.    حفره‌زایی محفظهٔ پروانه
6.    حفره‌زایی نوک گردابه
7.    حفره‌زایی میانهٔ گردابه     

 
1.    سطح مکش
2.    سطح فشار
3.    لبهٔ جلو
4.    زاویهٔ
حفره‌زایی همچنین یکی از دلایل اولیه لرزش در پمپ‌های سانتریفوژ است. تولید حباب در پروانه وقتی رخ می‌دهد که NPSH موجود مکش پمپ کمتر از NPSH لازم پمپ شود. وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیر عادی بهره‌برداری از عوامل این مسئله هستند.
انواع خوردگی و معیارهای تقسیم بندی آن
دهمین كنگره ملی خوردگی طی اریبهشت ماه جاری برپا شد و در طول روزهای برگزاری آن مباحث متعدد و گوناگونی در این زمینه مورد بررسی و بحث قرار گرفت.
اهمیت روزافزون نقش دانش خوردگی در بهبود حفظ تاسیسات صنعتی و كاهش خطرات ناشی از آن، ضرورت آشنایی با مسایل پایه ای خوردگی را برای طیف های گوناگون دست اندركاران صنعتی دو چندان می سازد.
مقاله ای كه پیش رو دارید شرح مختصری است از انواع خوردگی و شاخص های گوناگون تقسیم بندی این پدیده كه توسط مهندس نساء فرشته صنیعی یكی از كارشناسان مهندسی مواد از مراجع مختلف، جمع آوری و تدوین شده و در بیست و هفتمین شماره مجله زنگ ارایه شده است.
در طول سالیان گذشته، مهندسان و دانشمندان خوردگی دریافته اند كه خوردگی در انواع گوناگونی كه شباهتهای معینی به یكدیگر دارند و به گروههای مشخصی تقسیم شده اند، ظاهر می شود كه بسیاری از آنها منحصر بفرد نیستند، ولی ساز و كارشان از نظر ویژگیها، شباهتهای زیادی دارند.
رایج ترین و آشناترین دسته بندی انواع خوردگی توسط فونتا و گرین ارایه شده است. اساس این طبقه بندی، شكل ظاهری فلز خورده شده است. در این تقسیم بندی هشت نوع خوردگی به شرح زیر به عنوان مهمترین انواع خوردگی برشمرده شده اند:
خوردگی یكنواخت: این نوع خوردگی به عنوان نوعی از خوردگی كه به صورت یكنواخت از ضخامت ماده كم می كند تعریف شده است. برخی از انواع خوردگی ممكن است تحت تأثیر سازو كارهای دیگری اتفاق افتد، اما چون منجر به كم شدن ضخامت می شود، می توان آن را تحت عنوان خوردگی یكنواخت مطرح كرد.
خوردگی شیاری: این نوع خوردگی در بیشتر مواقع در شیارهایی كه در معرض محیط خورنده قرار دارند منجر به خوردگی موضعی شدیدی می شود و معمولاً همراه با حجم های كوچك محلولها یا مایعاتی كه در اثر وجود سوراخ، سطوح واشرها، محل رویهم قرار گرفتن دو فلز، رسوبات سطحی و شیارهای زیر پیچ، مهره ها و میخ پرچ ها ساكن شده اند یا به اصطلاح حالت مرده پیدا كرده اند، ایجاد می شود.
خوردگی دوفلزی(گالوانیك): زمانی كه دو فلز غیر همجنس كه در تماس الكتریكی با یكد یگر هستند، در معرض یك محلول هادی قرار می گیرند، فلز مقاومتر خورده نمی شود، اما آهنگ خوردگی فلز فعالتر كه مقاومت خوردگی كمتری دارد، افزایش می یابد. به علت وجود جریان های الكتریكی بین فلزات غیرهمجنس، این نوع خوردگی، گالوانیك یا دو فلزی نامیده می شود.
خوردگی بین دانه ای: در این نوع خوردگی مرزِ دانه نسبت به خود دانه از سطح انرژی بالاتری برخوردار بوده و در نتیجه از نظر شیمیایی فعال تر و نسبت به خوردگی حساستر است. خوردگی موضعی و متمركز در مرز دانه ها یا نواحی نزدیك به آنها در حالیكه خود دانه ها اصلاً خورده نشده اند یا اینكه كم خورده شده اند، را خوردگی بین دانه ای می نامند.
جدایش انتخابی: جدایش انتخابی نوعی خوردگی است كه در آن عناصر خاصی از آلیاژ، حل شده و از آن جدا می شوند. روی، آلومینیوم، كبالت، نیكل و كروم از معمولترین عناصری هستند كه به این طریق از آلیاژ جدا می شوند.
خوردگی سایشی: خوردگی سایشی عبارتست از افزایش سرعت خوردگی یا از بین رفتن یك فلز در اثر حركت نسبی بین یك مایع خورنده و سطح فلز. در این فرایند یونهای فلزی حل شده روی سطح فلز، در اثر حركت سیال روی سطح باقی نمانده و یا محصولات جامد حاصل از خوردگی از سطح فلز به طریق مكانیكی جدا می شوند.
خوردگی توأم با تنش: این پدیده عبارت است از ترك خوردن در اثر خوردگی توأم با تنش كه نتیجه اعمال همزمان تنشهای كششی و محیط خورنده روی فلز است. در این شرایط ترك های ریزی كه ناشی از فرایندهای خوردگی موضعی هستند، به داخل فلز یا آلیاژ پیشرفت می كنند.
خسارات هیدروژنی:خسارات هیدروژنی یك اصطلاح كلی است كه دلالت بر خسارت مكانیكی وارد شده به فلز در اثر وجود یا واكنش با هیدروژن دارد كه خود به چهار گروه تاول زدن هیدروژنی، تردی هیدروژنی، و خوردگی هیدروژنی تقسیم بندی می شود.
این طبقه بندی برمبنای شكل ظاهری حمله عوامل خورنده به سطح فلز صورت پذیرفته است.
لازم به یادآوری است كه تعیین مرز مشخصی بین انواع خوردگی امكان پذیر نیست، زیرا تعداد زیادی از انواع خوردگی با هم فصل مشترك دارند.
به همین دلیل شماری از مؤلفان برجسته همچون یولیگ و اوانس از به كاربردن یك قالب طبقه بندی شده بخصوص اجتناب كرده اند و فقط به صورت كاملاً ساده انواع كلاسیك خوردگی را با توجه به فلز یا آلیاژ بخصوص مربوط بررسی كرده اند. به عنوان نمونه، یولیگ در كتاب مرجع خود انواع مختلف خوردگی را چنین برشمرده است:
- خوردگی دو فلزی
- خوردگی موضعی
- خوردگی توأم با تنش
- ترك ناشی از هیدروژن و ترك توأم با تنش در حضور سولفور: ترك خوردگی ناشی از هیدروژن نوعی از ترك است كه توسط اتم های هیدروژن كه به داخل فولاد نفوذ كرده و در داخل ساختار فلز تركیب شده و مولكول های هیدروژن تشكیل داده اند، ایجاد می شود. ترك ناشی از سولفور یكی از انواع ترك ناشی از تردی هیدروژن سولفور، توام با تنش كششی بوجود می آید.
- خوردگی توأم با خستگی: خستگی عبارت است از تمایل فلز به شكست در اثر تنش های متناوب، خوردگی خستگی، تقلیل مقاومت خستگی فلز، در اثر وجود محیط خورنده ایجاد می شود.
- خوردگی سایشی
- خوردگی ناشی از جریان: یك تفاوت بسیار روشن میان خوردگی ناشی از جریان و سایش مكانیكی وجود دارد. خوردگی ناشی از جریان در نتیجه شدت آشفتگی سیال و انتقال جرم ناشی از جریان سیال روی یك سطح به وجود آمده و تشدید می شود، در حالیكه سایش مكانیكی بوسیله برخورد فیزیكی سیال به عنوان فاز دوم با سطح به وجود می آید.
- خوردگی اتمسفری: این نوع خوردگی عمدتاً به خاطر رطوبت و اكسیژن است ولی بوسیله ناخالصی هایی نظیر تركیبات گوگردی و نمك طعام حادتر می شود.
- خوردگی در خاك: عوامل مؤثر بر خورندگی خاكها عبارتند از: رطوبت، قلیایی بودن، اسیدیته، قابلیت نفوذ آب و هوا، نمكها، جریانهای سرگردان و اكسیژن.
- خوردگی بیولوژیكی: از بین رفتن یا انهدام یك فلز بوسیله فرآیندهای خوردگی كه به طور مستقیم یا غیر مستقیم، نتیجه فعالیت موجودات جاندار باشد را در گروه خوردگی بیولوژیكی دسته بندی كرده اند. این موجودات شامل انواع میكروسكوپی مثل باكتری ها و انواع ماكروسكوپی مثل جلبك ها و جانوران دریایی دیگر هستند.
از میان دیگر انواع مهم خوردگی- بدون ارایه تقسیم بندی مشخص و گروه بندی معین آنها- می توان به خوردگی های زیر اشاره كرد.
- خوردگی یكنواخت
- خوردگی دوفلزی
- خوردگی توسط اكسیژن
- خوردگی بین دانه ای
- خوردگی انتخابی
- خوردگی حبابی: این نوع خوردگی نوعی خوردگی سایشی موضعی است كه در اثر تركیدن مكرر حبابهای بخار و به دنبال آن خسارت الكتروشیمیایی و تخریب موضعی سطح ایجاد می شود و معمولاً در منطقه صدمه دیده متمركز می شود. خوردگی حبابی در مواردی مانند محل هایی كه جریان آشفته مایع وجود دارد ( برای مثال در نزدیكی پروانه كشتی ها و در پرده های پمپ های آب) رخ می دهد.
- خسارات هیدروژنی
- خوردگی توام با تنش
- خوردگی میكروبی
همانطور كه ملاحظه می شود محققان و پژوهشگران مختلف، انواع مختلفی از خوردگی را به عنوان ساز و كارهای با اهمیت تر خوردگی معرفی كرده اند. چنانچه مشاهده شد، نحوه طبقه بندی انواع خوردگی توسط شماری از مؤلفان از به كار بردن یك طبقه بندی خاص اجتناب كرده و فقط به صورت ساده انواع خوردگی را بررسی كرده اند .
هر چند در برخی از مراجع تقسیم بندی انواع خوردگی بصورت بالا ارایه شده و بجای گروه بندی انواع خوردگی، تنها به معرفی ساز و كارهای مهم پرداخته شده است، برخی از محققان و نویسندگان سعی كرده اند تا ساز و كارهای گوناگون خوردگی را با توجه به شاخص های مختلف، تقسیم بندی كنند. یكی از مهمترین و معتبرترین مراجع علم خوردگی كه چنین راهبردی را انتخاب كرده، كتاب مرجع خوردگی از انتشارات ASM است . در این كتاب مرجع، سازوكارهای مختلف خوردگی براساس منشاء و ظاهر آنها به پنج دسته اصلی به قرار زیر گروهبندی شده اند:
خوردگی یكنواخت: در این نوع خوردگی شامل خوردگی اتمسفری، خوردگی دوفلزی، خوردگی ناشی از جریانهای سرگردان، خوردگی یكنواخت در اثر فعالیت موجودات جاندار، خوردگی در نمك مذاب، خوردگی ناشی از فلز مذاب و خوردگی در درجه حرارت های بالا می شود.
خوردگی موضعی: كه شامل خوردگی فیلامنتی، خوردگی شیاری، خوردگی حفره ای و خوردگی موضعی در اثر فعالیت موجودات جاندار است.
خوردگی ناشی از عوامل متالوژیكی: شامل خوردگی مرزدانه ای، جدایش انتخابی یا آلیاژ زدایی و خوردگی شیاری در فولاد كربنی است. خوردگی ناشی از عوامل مكانیكی: كه شامل فرسایش، خوردگی مالشی یا اصطكاكی، خوردگی حبابی و برخورد قطرات آب، خوردگی خستگی، خوردگی توأم با تنش، خسارات هیدروژنی و تردی در اثر تماس با فلز مذاب است .
خوردگی ناشی از عوامل محیطی: شامل خوردگی توام با تنش، خسارات هیدروژنی، تردی در اثر تماس با فلز مذاب و ترك خوردن ناشی از فلز جامد است.
این تقسیم بندی با كمی تفاوت در گروه های اصلی، در استاندارد
API Rp571 كه مختص ساز و كارهای خوردگی در صنایع تصفیه نفت خام است نیز تكرار شده است:
ساز و كارهای مكانیكی و متالوژیكی شكست شامل خوردگی فرسایشی و خسارت حبابی است.
- خوردگی یكنواخت یا موضعی: شامل خوردگی دوفلزی، خوردگی اتمسفری، خوردگی زیر مواد عایق، خوردگی ناشی از آب سردكننده، خوردگی ناشی از آب كندانس دیگ بخار، خوردگی ناشی از كربن دی اكسید، خوردگی زیر نقطه ای شبنم، خوردگی میكروبی، خوردگی در خاك، خوردگی قلیایی، جدایش انتخابی و خوردگی گرافیتی است.
خوردگی در درجه حرارتهای بالا : شامل اكسیداسیون، اكسیداسیون توسط گوگرد، جذب كربن توسط فلز در دماهای بالا، از دست دادن كربن، پودر شدن فلز، خوردگی خاكستر سوخت و جذب اتم نیتروژن توسط فلز می شود.
ترك خوردگی ناشی از محیط : كه شامل خوردگی توأم با تنش در حضور كلراید، خوردگی خستگی، خوردگی توأم با تنش در محیط قلیایی، خوردگی توأم با تنش در حضور آمونیاك، تردی یا ترك خوردن در اثر تماس با فلز مذاب و تردی هیدروژنی است.
در این تقسیم بندی ها، انواع خوردگی از نظر شكل ظاهری و همچنین منشاء بروز آن گروه بندی شده اند. علاوه بر گروه بندی های یاد شده، برخی از پژوهشگران، شاخصها و معیارهای دیگری را برای تقسیم بندی انواع خوردگی مدنظر قرار داده و با نگاه به این مسئله از زاویه ای متفاوت، گروه بندیهای دیگری را ارایه كرده اند. برای نمونه، خوردگی را می توان از نظر محیطی كه در آن اتفاق می افتد، به خوردگی در محیط خشك و خوردگی در محیط تر تقسیم بندی كرد. انواع مختلفی از ساز و كارهای خوردگی كه در این دو گروه عمده جای می گیرند را می توان به صورت زیر برشمرد:
ساز و كارهای مختلف خوردگی در محیط مطلوب: شامل خوردگی دوفلزی، خوردگی انتخابی، خوردگی حفره ای و شكافی، پیلهای غلظتی، خوردگی مرزدانه ای، خوردگی بین دانه ای، جدایش انتخابی، خوردگی سایشی(سرعت تلاطم و برخورد، خوردگی حبابی)، خوردگی تنشی شكافی(تمركز تنش، خستگی، ترك برداشتن محیطی) می شود.
ساز و كارهای مختلف خوردگی در محیط خشك شامل اكسیداسیون در دمای بالا و خوردگی در درجه حرارت بالا می شود كه( خوردگی در درجه حرارت بالا خود به3 دسته مختلف تقسیم شده است: دمای پایین(دمای كمتر از180 درجه سلسیوس كه سبب خوردگی داغ در مسیر خروجی از دیگ بخار می شود)، دمای متوسط(دمای حدود600-500 درجه سلسیوس كه دمای گازهای محفظه احتراق است و سبب خوردگی لوله های سوپرهیتر دیگ های بخار در سمت آتش می شود)، دمای بالا (دمای حدود1200 درجه سلسیوس كه سبب خوردگی سوپر آلیاژهای پره توربین های گازی می شود)
علاوه بر این گروه بندی ها، نوع متفاوتی از تقسیم بندی خوردگی، تقسیم بندی برپایه تجهیزات مورد نیاز برای ارزیابی و شناسایی خوردگی است.
بر این اساس، خوردگی به چند گروه عمده زیر تقسیم بندی شده است:
- خوردگی های قابل شناسایی توسط بازرسی معمولی با چشم غیر مسلح مثل: خوردگی یكنواخت، خوردگی حفره ای و خوردگی دوفلزی.
- خوردگی هایی كه ممكن است برای شناسایی به ابزار تكمیلی احتیاج داشته باشند مثل: خوردگی فرسایشی، خوردگی حبابی و خوردگی مرزدانه ای.
- خوردگی هایی كه برای بازرسی احتیاج به بررسیهای دقیق تر با میكروسكوپ(نوری یا الكترونی) دارند مثل: پوسته پوسته شدن، جدایش انتخابی، خوردگی توأم با تنش و خوردگی خستگی.
همانگونه كه در این مقاله ملاحظه شد تقسیم بندی های مختلفی برای انواع ساز و كارهای خوردگی ارایه شده است كه هر یك از زاویه ای خاص و با دیدگاهی متفاوت موضوع را مورد بررسی قرار می دهد. هدف از این مقاله تایید یا مردود دانستن یك تقسیم بندی مشخص نیست و سعی شده است تا دیدگاههای مختلف در این زمینه مطرح شود.