نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

تحلیل روی‌زدایی و خوردگی دو فلزی در مبدل‌های حرارتی واحد LPG پالایشگاه لاوان و راهکارهای کنترل

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
رحمان عرفانی
محمد رضا سرمستی امامی
گروه مهندسی شیمی، دانشگاه علم و فناوری مازندران، مازندران، ایران
چکیده
در این پژوهش، از آزمایش‌های مختلف خوردگی برای بررسی عوامل خوردگی مبدل حرارتی پوسته و لوله در پالایشگاه لاوان استفاده شده است. در این مبدل، از جریان آب دریا به عنوان سیال سرد برای خنک کردن بوتان درون پوسته استفاده می‌شود. به همین منظور، دو مبدل حرارتی از واحد گاز مایع (LPG) برای بررسی انتخاب شدند. در این پژوهش، از تکنیک نویز الکتروشیمیایی برای بررسی محصولات خوردگی روی نمونه‌های خورده‌شده و از روش‌های الکتروشیمیایی امپدانس و پلاریزاسیون سیکلی، به همراه میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، برای شناسایی عوامل خوردگی استفاده شده است. نتایج نشان داد که آلیاژ برنج استفاده‌شده در برابر خوردگی یکنواخت و خوردگی حفره‌ای مقاوم است. اما مهم‌ترین نوع خوردگی که مشاهده شد، خوردگی دو فلزی و انتخابی در محل اتصال لوله‌های برنجی به صفحات فولادی ضد زنگ بود. همچنین، خوردگی سایشی و خوردگی خستگی در این نواحی به وضوح شناسایی شد. راهکارهای کنترل خوردگی شامل استفاده از عایق‌های الکتریکی در محل‌های اتصال فلزات مختلف، انتخاب آلیاژهای مقاوم به خوردگی، کنترل شرایط عملیاتی، به‌کارگیری پوشش‌های محافظتی، استفاده از فیلترها و هوازدایی، و استفاده از آندهای فداشونده ضروری است. همچنین، برای جلوگیری از روی‌زدایی، پیشنهاد می‌شود از آلیاژهای آلومینیوم‌برنج حاوی آرسنیک به جای برنج معمولی استفاده گردد.
کلیدواژه‌ها
خوردگی مبدل حرارتی
زدایش روی
آلیاژ برنج
امپدانس الکتروشیمیایی
پلاریزاسیون سیکلی

موضوعات

[1] Revie R.W., Uhlig H.H. "Corrosion and Corrosion Control: An Introduction to Corrosion Science and Engineering". Wiley ISBN: 978-1-119-32475-1 (2025).
[2]. Sarmasti Emami M.R., An Experimental and Theoretical Investigation of Corrosion Mechanism in a Metallic Stack, Iran. J. of Mater. Sci & Eng.(IJMSE), 9(3): 200-208 (2012).
[3] Ghoshal J., Lavanya M., Inhibition of Microbial Corrosion by Green Inhibitors: An Overview, Iran. J. Chem. Eng. (IJCCE), 42(2): 684-703‏ (2023).
[4] Thompson N.G., Yunovich M., Dunmire D., Cost of Corrosion and Corrosion Maintenance Strategies, Corros. Rev., 25(3-4): 247-262 (2007).‏
[5] Solovyeva V.A., Almuhammadi K.H., Badeghaish W.O., Current Downhole Corrosion Control Solutions and Trends in the Oil and Gas Industry: A Review, Mater., 16(5): 1795 (2023).
[6] Upadhyaya N., Shankara A.R., Singh S.S., Anandkumar B., Electrochemical Noise Studies on the Effect of Nitrogen on the Pitting Corrosion of Stainless-Steel Using Wavelet Analysis, Corros. Eng. Sci. Technol., 57(6): 531–541 (2022).
[7] Benzarti Z., Arrousse N., Serra R., Cruz S., Bastos A., Tedim J., Copper Corrosion Mechanisms, Influencing Factors, and Mitigation Strategies for Water Circuits of Heat Exchangers: Critical Review and Current Advances, Corro. Rev. (2024).  
[8] Van Ede M.C., Fichtner A., Angst U., Nondestructive Detection and Quantification of Localized Corrosion Rates by Electrochemical Tomography, NDT & E International 142: 103005 (2023).
[9] Zhang Y., Lu S., Li D., Duan H., Duan C., Zhang J., Liu S., Inhibition Mechanism of Air Nanobubbles on Brass Corrosion in Circulating Cooling Water Systems, Chin. J. Chem. Eng., 62: 168-181 (2023).
[10] روحی م.، رحیمی زیناب ع.، بررسی علت و عوامل خوردگی تیوب­های مبدل مورد استفاده در پالایشگاه نفت، پنجمین همایش مبدل­های گرمایی، تهران، ایران، 30 آبان، 1392.
[11] Batelić J., Špada V., Kršulja M., Martinez S., Thermal-Power-Plant Condenser-Tube Corrosion Analysis, Mater. Techno.l, 57(4): 317-323 (2023).‏
[12] Wang Y., Cheng G., Wu W., Qiao Q., Li Y., Li X., Effect of pH and Chloride on the Micro-Mechanism of Pitting Corrosion for High Strength Pipeline Steel in Aerated NaCl Solutions, Appl. Surf. Sci., 349:746-756 (2015).‏
[13] Liu H., Zhou G., Han Z., Ji Y., Zhang Y., Zhang C., Chen C., Research on the Influence of Major Ions in Weakly Alkaline Mine Water on Anchor Cable Corrosion and Protection Technique, Case Stud. Constr. Mater., 21: e03584 (2024).‏
[14] Singh J., Shahi A.S., Weld Joint Design and Thermal Aging Influence on the Metallurgical, Sensitization and Pitting Corrosion Behavior of AISI 304L Stainless Steel Welds, J. of Manuf. Process, 33:126-135 (2018).‏
[15] Javed M.A., Neil W.C. Wade S.A., Effect of Test Media on the Crevice Corrosion of Stainless Steel by Sulfate Reducing Bacteria, Mater Degrad 6: 40 (2022).
[16] حسینی س.م.ح.، شایگانی اکمل م.، بررسی علل تخریب تیوب کندانسور مبدل حرارتی در یک واحد پالایشگاهی، دو ماهنامه علمی-پژوهشی پژوهش نفت، (2-96)27: 106 تا 96 (1396).
[17] گودرزی م.، نوبری ع.، کنترل عوامل موثر بر خوردگی و رسوب دهی درآب­های خنک کن و روش­های جلوگیری از آن، مجله چیلر و برج خنک کن، 55، (1397).
[18] طاهرزاده ر.، حجت زاده م.ح.، حجازی ا.، شرفی ش.، بررسی نقش اتصال گالوانیکی در خوردگی مبدل­های حرارتی نیروگاه برق آبی سد کرخه، یازدهمین کنگره ملی خوردگی ایران، کرمان، ایران، (1388).
[19] قربانی ر.، رستمی ف.، بررسی دلایل خوردگی مبدل­های خنک کننده سکوی دریایی فاز یک و راهکارهای جلوگیری از آن ها، ماهنامه مبدل حرارتی، 131، (1400).
[20] ادریس ن.، دانای مقدم ر.، جدایش آلیاژ روی از تیوب­های آلومینیوم برنج در آب شیرین کن­های مجتمع گاز پارس جنوبی، چهارمین همایش علمی تخصصی مبدل­های گرمایی، تهران، ایران، 18 آبان، (1391).
[21] Al-Hashem A., Carew J., The Use of Electrochemical Impedance Spectroscopy to Study the Effect of Chlorine and Ammonia Residuals on the Corrosion of Copper-Based and Nickel-Based Alloys in Seawater, Desalination, 151(3): 255-262 (2002).
[22] Qu S., Yao G., Tian J.F., Zhang Z.F., Failure Analysis of the Brass Tubes in a Lubricating Oil Cooler, Eng. Fail. Anal., 18(8): 2232-2239 (2011).
[23] Ranjbar K., Effect of Flow Induced Corrosion and Erosion on Failure of a Tubular Heat Exchanger, Materials and Design, 31(6): 613-619 (2010).
[24] سرمستی امامی م.، غلامی ع.، بررسی تحلیلی اثر رسوبات و کیفیت آب ورودی بر خوردگی لوله­های تبادلگر دیگی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)39: 225 تا 235 (1399).
[25] روشنایی ا.، روشنایی ه.، انتخاب بهترین نوع فلز در تولید مبدل های حرارتی پوسته و لوله با توجه به نرخ خوردگی در دو اسید داغ  HClو H2SO4، سومین همایش ملی تحقیقات نوین در شیمی و مهندسی شیمی، ماهشهر، ایران، 24 آذر (1390).
[26] نورانی د.، احتشام زاده م.، طاهریان م.، بررسی مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن مختلف جهت انتخاب جنس مناسب برای تیوب های مبدل­های حرارتی واحد تصفیه آب ترش پالایشگاه اصفهان، یازدهمین کنگره ملی خوردگی ایران، کرمان، ایران، (1388).
 [27] Liang H., Duan Z., Li W., Analysis of Causes and Protective Measures against Corrosion Perforation in the Shell-Side Outlet Flange of a Sour Water Steam Heater, Coatings, 14(3): 306 (2024).
[28] Panahi H., Eslami A., Golozar M.A., Laleh A.A., An Investigation on Corrosion Failure of a Shell-and-Tube Heat Exchanger in a Natural Gas Treating Plant, Eng. Fail. Anal., 118: 104918 (2020).
[29] Yang J., Li C., Pan Y., Huang H., The Failure Mechanism of the 316 SS Heat Exchanger Tube in the Geothermal Water Environment, Materials, 15(22): 8103 (2022).
[30] Adnyana D.N., Failure Analysis of Stainless Steel Heat Exchanger Tubes in a Petrochemical Plant,  J. Fail. Anal. Prev., 18(2): 413-422 (2018).
[31] Stanbury E.E., Buchanan R.A., Fundamentals of electrochemical corrosion, ASM International. ISBN: 0-87170-676-8 (2000).
[32] Frankel G.S., "Introduction to Metallurgically Influenced Corrosion", ASM handbook, (2003). 
]33.[ خضرایی م؛ کریم‌زاده ع.، ساختار، خواص و کاربرد آلیاژهای مهندسی، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف، (1403).
]34.[احتشام زاده، م، اصول خوردگی الکتروشیمیایی، انتشارات دانشگاه شهید باهنر کرمان، چاپ سوم، (1397).
]35.[ احتشام زاده، م، مقدمه­ای بر طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی در مطالعه خوردگی، انتشارات دانشگاه شهید باهنر کرمان، (1400).
[36] Krakowiak S., Darowiki K., Slepeski P., Impedance Investigation of Passive 304 Stainless Steel in the Pit Pre-Initiation State, Electrochem. Acta, 50(13): 2699 (2005).
[37] Ismail K.M., Badawy W.A., Electrochemical Behavior of Alloys in Different Environments, J. Appl. Electrochem., 30(12): 1303-1311 (2000).  
[38] Han D., Jung W. C., Kong M.S., Study on the Corrosion Behavior of Various Alloys in High-Concentration Chlorine Gas Environments, Corros. Sci. Technol., 24(1): 28-33 (2025).‏
[39] Adams F.V., Akinwamide S.O., Obadele B., Olubambi P.A., Comparison Study on the Corrosion Behavior of Aluminum Alloys in Different Acidic Media, Mater. Today, 38: 1040-1043 (2021).
[40] Badawy W.A., Al-Kharafi F.M., El-Azab A.S., Electrochemical Behaviour and Corrosion Inhibition of Al, Al-6061 and Al–Cu in Neutral Aqueous Solutions,  Corros. Sci., 41(4): 709-727‏ (1999).
[41] Franco R.J., Failures of Heat Exchangers, In ASM handbook. Failure analysis and prevention, 11:628–642. ASM International (1986).
[42] Fontana M.G., "Corrosion Engineering", McGraw-Hill Education. (1986).
[43] Atkins P.W., "Physical Chemistry", Oxford University Press (1994).
[44] Borgioli F., The Corrosion Behavior in Different Environments of Austenitic Stainless Steels Subjected to Thermochemical Surface Treatments at Low Temperatures: An Overview, Metals, 13(4): 776 (2023).
[45] Stack M.M., Chacon-Nava J., Stott F.H., Relationship Between the Effects of Velocity and Alloy Corrosion Resistance in Erosion-Corrosion Environment at Elevated Temperatures, Wear, 180(1-2): 91–99 (1995).
[46] Lins V.F.C., Guimarães E.M., Failure of a Heat Exchanger Generated by an Excess of SO2 and H2S in the Sulfur Recovery Unit of a Petroleum Refinery, J. Loss Prev. Process Ind., 20(2): 91-97 (2007).
[47] Stack M.M., Abdulrahman G.H., Mapping Erosion–Corrosion of Carbon Steel in Oil–Water Solutions: Effects of Velocity and Applied Potential, Wear, 274-275: 401-413 (2011).
[48] Huijbregts W.M.M., Uilhoorn F., Wels H.C., Corrosion in Heat Exchangers, the Value of Material Specification, Materials functionality & design: Conference Maastricht. (Book Chapter) (1997).
[49] French S.M., Johnson G., May H., Examination of Dealloying in a Domestic Water Fitting Using Light Optical/Scanning Electron Microscopy and Raman Spectroscopy, Microsc. Microanal., 29(1): 152 (2023).
[50] ASTM International. ASTM E8/E8M-08, Standard test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, ASTM International (Last update 2024).  
[51] International Organization for Standardization. ISO 6509-2:2017, Corrosion of Metals and Alloys – Determination of Dezincification Resistance of Copper Alloys with Zinc – Part 2: Acceptance Criteria. International Organization for Standardization, (2017).
[52] Drach A., Tsukrov I., Gross T., Hofmann U., Aufrecht J., Grohbauer A., Corrosion Rates and Changes in Mechanical Properties of Copper Alloys Due to Seawater Exposure, Proceedings of the ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Volume 3: Design, Materials and Manufacturing, Parts A, B, and C. Houston, Texas, USA. 15: 1245-1250 (2012)
[52] Wang L., Li Z., Cai J., Fan Y., Wu W., Cheng X., Li X., Study the Corrosion Resistance of Copper Alloys Exposed to Severe Marine Conditions, Anti-Corrosion Methods and Materials, 72(4): 506–522 (2025).
[53] American Society of Mechanical Engineers. ASME B46.1-2019, Surface Texture Surface Roughness, Waviness, and Lay, American Society of Mechanical Engineers (2020).
[54] American Society for Testing and Materials. ASTM E112-13R21, Standard test methods for determining average grain size. ASTM International (2024).
[55] Francis R., The Corrosion of Copper and its Alloys: A Practical Guide for Engineers. NACE International (2018).
[56] Zhang S., Pang X., Wang Y., Gao K., Corrosion Behavior of Steel with Different Microstructures Under Various Elastic Loading Conditions, Corro.Sci., 75: 293-299 (2013).
[57] Drach A., Tsukrov I., Field Studies of Corrosion Behaviour of Copper Alloys in Natural Seawater, Corro. Sci., 76: 453-464 (2013).