الفرق بين تآكل حديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ

حديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ هما مادتان معدنيتان مستخدمتان على نطاق واسع، يُظهر كل منهما آليات تآكل ومعدلات واستراتيجيات متميزة للتآكل في بيئات مختلفة. يوفر حديد الدكتايل، وهو حديد الزهر المعزز بالجرافيت، قوة وصلابة عالية ولكنه عرضة للتآكل المنتظم والتآكل الحاد عندما لا يكون محميًا. ويكتسب الفولاذ المقاوم للصدأ - وهو عائلة من سبائك الحديد والكروم والنيكل - مقاومته الفائقة للتآكل من طبقة أكسيد الكروم السلبية ولكنه قد يتعرض لهجوم موضعي (التنقر والتآكل الشقوق) في الأوساط الغنية بالكلوريد. تقارن هذه المقالة بشكل منهجي التركيبات الكيميائية، والبنى المجهرية، وآليات التآكل، والأداء البيئي، والطلاءات الواقية، وطرق الفحص، والمفاضلة بين التكلفة والفائدة، وإرشادات التطبيق.

1. التركيب الكيميائي والمعادن

حديد الدكتايل عبارة عن سبيكة حديد-كربون تحتوي على 3.0-3.6 من الكربون % بالوزن (على شكل جرافيت كروي) و2.0-3.0 من السيليكون % بالوزن، وغالباً ما يكون ذلك مع تلقيح المغنيسيوم أو السيريوم لتعزيز عقيدات الجرافيت. تقطع عقيدات الجرافيت انتشار الشقوق، مما يعطي حديد الدكتايل قوة شد عالية (≥ 400 ميجا باسكال) واستطالة (≥ 10 %).

الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن سبائك من الحديد تحتوي على ≥ 10.5 بالوزن % كروم، والتي تشكل طبقة Cr₂O₃O₃O₃ سلبية ذاتية الشفاء. تشمل الدرجات الشائعة 304 (18 % Cr، 8 % Ni) و316 (16 % Cr، 10 % Ni، 2 % Mo)، حيث يعزز الموليبدينوم مقاومة التنقر في الكلوريدات.

في حين أن طور الجرافيت في حديد الدكتايل يوفر مرونة ميكانيكية، فإن مصفوفته (الفريت/البيرلايت) يمكن أن تتآكل. وتحسّن عناصر السبائك في الفولاذ المقاوم للصدأ (الكروم والنيكل والمونيوم) مقاومة التآكل بشكل كبير ولكنها أكثر تكلفة وأكثر صعوبة في اللحام بشكل صحيح.

2. السمات البنيوية المجهرية

2.1 البنية المجهرية لحديد الدكتايل

في حديد الدكتايل، يظهر الجرافيت في صورة عقيدات كروية منفصلة منتشرة بشكل منتظم في مصفوفة حديدية أو مصفوفة لؤلؤية. وتوفر المصفوفة الحديدية مقاومة أفضل للتآكل ولكن قوة أقل؛ وتزيد المصفوفة اللؤلؤية من القوة على حساب الليونة وقابلية التآكل الأعلى قليلاً.

2.2 البنية المجهرية للفولاذ المقاوم للصدأ

يمتلك الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ (مثل 304، 316) مصفوفة أوستنيت مكعبة الوجه (FCC) توفر صلابة في درجات الحرارة المنخفضة. وتجمع الدرجات المزدوجة (مثل المزدوج 2205) بين الفريت والأوستينيت، مما يعزز القوة ومقاومة الكلوريد. تتميز الدرجات المارتنسيتية (على سبيل المثال، 410) بهيكل رباعي الزوايا متمركز حول الجسم، وصلابة عالية، ولكن مقاومة التآكل أقل مقارنةً بالأوستنيت.

3. آليات التآكل الأساسية

التآكل هو عملية كهروكيميائية حيث يتزاوج الذوبان الأنودي مع الاختزال الكاثودي (غالبًا O₂ → H₂O أو H₂O أو H⁺ → H₂).

• حديد الدكتايل: يسود التآكل المنتظم في المياه المحايدة إلى القلوية؛ وتظل عقيدات الجرافيت خاملة، مكونة سطحًا خشنًا مع ذوبان المصفوفة. وفي الظروف منخفضة الأكسجين أو الظروف الحمضية، تتسارع المعدلات؛ ويمكن أن تؤدي أيونات الكبريتيد أو الكلوريد إلى حدوث هجوم موضعي.

• فولاذ مقاوم للصدأ: يمنع الغشاء السلبي ل Cr₂O₃O₃O₃ من التآكل الأنودي. ويؤدي انهيار هذا الغشاء في البيئات الغنية بالكلوريد أو البيئات الحمضية إلى التآكل الحفري أو التآكل الشقوق. في درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن يؤدي التحسس (ترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبيبات) إلى التآكل بين الحبيبات.

4. معدلات التآكل في بيئات متنوعة

جميع البيانات تقريبية؛ تعتمد المعدلات الفعلية على درجة الحرارة والتدفق والمثبطات.

5. التآكل الموضعي: التنقر والهجوم الشقوق

5.1 التآكل بالتأليب

يبدأ التنقر عندما يتضرر الغشاء السلبي موضعياً (على سبيل المثال، بواسطة Cl-). في الفولاذ المقاوم للصدأ 304، تبلغ درجة حرارة التنقر الحرجة (CPT) في 3.5 % NaCl ≈ 30 درجة مئوية؛ وترتفع درجة حرارة التنقر الحرجة 316 إلى ≈ 50 درجة مئوية بسبب المونيوم. يفتقر حديد الدكتايل إلى غشاء سلبي؛ تتشكل الحفر حول الشوائب أو عقيدات الكبريتيد ولكن بشكل عام أقل عمقًا من حفر الفولاذ المقاوم للصدأ.

5.2 تآكل الشقوق

تخلق الشقوق تحت الترسبات أو الوصلات الحشية خلايا مسدودة. يعاني الفولاذ المقاوم للصدأ من هجوم شقوق شديد عندما يرتفع تركيز Cl- الموضعي. يعاني حديد الدكتايل من تآكل منتظم متسارع ولكن أعماق الشقوق أقل حدة. يعد التصميم السليم ومانع التسرب أمرًا بالغ الأهمية لكليهما للتخفيف من مشاكل الشقوق.

6. الطلاءات الواقية و الحماية الكاثودية

يعتمد تخفيف التآكل للمكونات المدفونة أو المغمورة من حديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ على كل من الطلاءات العازلة وأنظمة الحماية الكهروكيميائية.

6.1 طلاءات حديد الدكتايل 6.1

• تكميم البولي إيثيلين السائب (LPS): غشاء بولي إيثيلين غير ملتصق ومبثوق يلتف حول الأنابيب والتجهيزات، ويفصل المعدن عن التربة أو الماء ويحد من انتشار الأكسجين والإلكتروليت. وتظل طريقة الحماية الخارجية الأكثر فعالية من حيث التكلفة، وهي موحدة من قبل ISO 8180 وAWA C105 وBS 6076.

• مواد أولية غنية بالزنك وطلاءات الزنك الممعدنة: يعمل الزنك بشكل تضحية، حيث يعمل الزنك بشكل تفضيلي ويشكل حاجزًا واقيًا من الزنك. يتم استخدام مواد أولية من الزنك (≥ 85 % Zn بالوزن) تحت طبقات الإيبوكسي النهائية لتعزيز مقاومة التنقر عند العيوب.

• البطانة الأسمنتية - الهاون: داخليًا، تمنع بطانة الملاط الأسمنتي (CML) التآكل من خلال توفير بيئة قلوية دقيقة (درجة الحموضة ≈ 12) التي تخمِّد مصفوفة الحديد؛ كما أنها تعزز من السلاسة الهيدروليكية.

6.2 طلاءات الفولاذ المقاوم للصدأ

يعتمد الفولاذ المقاوم للصدأ في المقام الأول على تركيبة سبيكته لمقاومة التآكل. الطلاءات الخارجية أقل شيوعاً ولكنها قد تشمل:

• إيبوكسي عضوي أو طلاء علوي من البولي يوريثين: يتم تطبيقه لأغراض جمالية أو لمنع تلوث السطح الذي يمكن أن يفسد الطبقة السلبية.

• طلاء النيكل أو الكروم عديم الكهرباء: نادراً ما تُستخدم في أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ؛ وعادةً ما تكون مخصصة للمكونات الصغيرة التي تتطلب مقاومة تآكل معززة.

6.3 الحماية الكاثودية (CP)

تكمِّل الحماية الكاثودية الطلاءات العازلة عن طريق جعل المعدن كاثودًا في خلية كهروكيميائية. بالنسبة لخطوط أنابيب حديد الدكتايل، يمكن لأنظمة الحماية الكاثودية وفقًا ل NACE SP0169 إطالة عمر الخدمة بشكل كبير:

• أنظمة الأنود القرباني: وباستخدام أنودات المغنيسيوم أو الزنك المدفونة في الأرض، توفر هذه الأنودات الإلكترونات لخط الأنابيب، مما يقلل من الذوبان الأنودي في عطلات الطلاء.

• أنظمة التيار المتأثر: يعمل مصدر طاقة التيار المستمر على توجيه التيار من الأنودات الخاملة (مثل أكاسيد المعادن المختلطة) إلى خط الأنابيب، مما يتيح إمكانية استخدام CP في الشبكات الواسعة أو التربة العدوانية.
  نادرًا ما يحتاج الفولاذ المقاوم للصدأ، بسبب غشاءه السلبي، إلى CP في الظروف العادية، ولكنه قد يستفيد عند استخدامه كعنصر تقاطع مع معادن أكثر نشاطًا لمنع الاقتران الجلفاني.

7. طرق الفحص والمراقبة والاختبار

يتطلب ضمان السلامة على المدى الطويل إجراء تقييم دوري لكل من تركيبات حديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ.

7.1 الفحص البصري وغير التدميري

• الاستطلاعات الخارجية: يمكن فحص الأنابيب والتجهيزات فوق الأرض بصريًا بحثًا عن عيوب الطلاء أو خطوط الصدأ (حديد الدكتايل) أو تغير اللون (الفولاذ المقاوم للصدأ).

• قياسات السُمك بالموجات فوق الصوتية: تقييم سمك الجدار المتبقي في الموقع، واكتشاف مناطق فقدان المعادن غير المرئية خارجيًا.

• تسرب التدفق المغناطيسي (MFL): تنطبق على خطوط أنابيب حديد الدكتايل؛ تجتاز خنازير MFL خط الأنابيب للكشف عن فقدان المعدن المحلي عن طريق اضطرابات المجال المغناطيسي.

7.2 التقنيات الكهروكيميائية 7.2 التقنيات الكهروكيميائية

• مجسات المقاومة الكهربائية (ER): تقيس الحساسات الصغيرة الملحومة على الأنبوب الفقد المعدني التراكمي بمرور الوقت، مما يوفر معدل تآكل مباشر.

• مقاومة الاستقطاب الخطي (LPR): تحدد مجسات الغمر معدلات التآكل اللحظي عن طريق تطبيق استقطاب صغير على سطح المعدن.

7.3 المراقبة المتقدمة

• عُقد الاستشعار اللاسلكية: دمج مستشعرات ER أو مستشعرات LPR مع القياس عن بُعد، مما يتيح مراقبة التآكل في الوقت الفعلي، خاصةً في المنشآت البعيدة أو الحرجة.

• مقاييس فحص خطوط الأنابيب (PIGs): مجهزة بوحدات متعددة أجهزة الاستشعار (MFL، والموجات فوق الصوتية، و LPR)، توفر أجهزة PIG تقييمات داخلية شاملة أثناء عمليات التنظيف الروتينية.

8. الاعتبارات البيئية والتطبيقية

8.1 كيمياء التربة والمياه

• الأس الهيدروجيني والمقاومية: تعمل التربة منخفضة الأس الهيدروجيني أو منخفضة المقاومة على تسريع تآكل حديد الدكتايل ما لم تكن محمية؛ أما الفولاذ المقاوم للصدأ فهو أقل تأثراً بالأس الهيدروجيني ولكنه قد يعاني من هجوم الشقوق في المياه الحمضية الراكدة.

• محتوى الكلوريد: يمكن لمستويات الكلوريد الحرجة في الفولاذ المقاوم للصدأ - مستويات الكلوريد > 200 جزء في المليون أن تحفز التنقر في 304 SS؛ 316 SS تتحمل حتى 1000 جزء في المليون تقريبًا قبل الهجوم النشط في درجات الحرارة المحيطة. يتطلب حديد الدكتايل في التربة الغنية بالكلوريد طلاءات معززة أو CP.

8.2 الضغوط الميكانيكية ودرجة الحرارة

• التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC): قد يتشقق الحديد الصلب الأوستنيتي تحت إجهاد الشد في بيئات الكلوريد فوق 60 درجة مئوية تقريبًا؛ يوفر الحديد الصلب المزدوج مقاومة أعلى للتكلس البوليستراني المكلس (SCC)، بينما يكون حديد الدكتايل محصنًا ضد التكلس البوليستراني المكلس ولكن يمكن أن يظهر عليه التشقق في درجات الحرارة المرتفعة.

• ركوب الدراجات الحرارية: يمكن أن تؤدي التقلبات المتكررة لدرجات الحرارة إلى تدهور الطلاءات وكسر الأغشية غير الفعالة لطبقة SS بشكل دوري، مما يستلزم إعادة التخميل الدوري أثناء الخدمة.

8.3 التأثيرات الميكروبية

• MIC (التآكل المتأثر بالميكروبيولوجيا): يمكن أن تنتج البكتيريا اللاهوائية (SRB) في التربة أو الماء كبريتيدات تهاجم كلاً من حديد الدكتايل والصلب الصلب؛ يقاوم الصلب الصلب الصلب بشكل أفضل بسبب غشاءه السلبي ولكنه قد يتطلب مع ذلك جرعات مبيد حيوي في أنظمة المياه الدافئة والراكدة.

9. التكلفة وتحليل دورة الحياة والصيانة

9.1 تكاليف المواد والتركيب

• حديد الدكتايل: تكلفة أقل للمواد الخام ($0.50-1.00 للكيلوغرام الواحد) وإجراءات لحام/مفاصل أبسط؛ تضيف أنظمة الحماية (LPS، CML) من 5-15 % إلى تكلفة التركيب.

• فولاذ مقاوم للصدأ: تكلفة المواد 3-5 أضعاف تكلفة حديد الدكتايل؛ التصنيع (اللحام والتخميل) أكثر كثافة في العمالة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة التركيب 2-4 أضعاف.

9.2 دورة الحياة والصيانة

• خطوط أنابيب حديد الدكتايل: مع الطلاء المناسب والطبقة الكاثودية المناسبة، من الشائع أن تتراوح أعمار الخدمة من 75-100 سنة، مع إعادة التبطين المجدولة أو استبدال النظام الكاثودي في 30-50 سنة.

• أنظمة الفولاذ المقاوم للصدأ: وغالبًا ما توفر المقاومة السلبية للتآكل أكثر من 50 عامًا بدون صيانة في البيئات الحميدة؛ وفي الخدمة الغنية بالكلوريد أو الخدمة ذات درجات الحرارة العالية، قد تكون هناك حاجة إلى عمليات فحص دورية وإعادة تخميل محتملة، ولكن نادرًا ما تكون هناك حاجة إلى طلاء خارجي.

9.3 التكلفة الإجمالية للملكية (TCO)

يجب أن يأخذ نموذج التكلفة الإجمالية للملكية التفصيلية في الحسبان رأس المال الأولي وأنظمة الحماية وتكاليف الفحص والاستبدال غير المخطط له ووقت التوقف عن العمل. في التربة العدوانية، يمكن أن يكون حديد الدكتايل مع الحماية المحسّنة أكثر اقتصاداً على مدى 100 عام من حديد الدكتايل غير المحمي. وعلى العكس من ذلك، في أنظمة المياه فائقة النقاء (على سبيل المثال، مصانع أشباه الموصلات)، غالبًا ما يسود حديد SS بسبب القيود المفروضة على طلاء خطوط الأنابيب والحماية.

10. إرشادات التصميم وأفضل الممارسات

• مصفوفة اختيار المواد: تعتمد الاختيارات على البيئة والأحمال الميكانيكية والميزانية. استخدم 316 SS أو SS المزدوج للخدمة الغنية بالكلوريد أو الخدمة ذات درجة الحرارة العالية؛ وحديد الدكتايل لتوزيع المياه المدفونة مع LPS+CP.

• تصميم الوصلة والتركيبات: تأكد من توافق مواد الحشية مع كل من المعدن وكيمياء السوائل. بالنسبة لحديد الدكتايل، استخدم وصلات الدفع أو الوصلات المقيدة مع تغليفها بالبولي إيثيلين فوق الأجراس؛ وغالباً ما تستخدم أنظمة حديد الدكتايل وصلات اللحام التناكبي مع التخليل بعد اللحام.

• ضمان جودة/مراقبة جودة الطلاء والتطبيق: التحقق من سُمك الطلاء، واكتشاف العطل (كاشفات العطل)، والتركيب المناسب للتغليف. إجراء اختبارات تشغيل CP (إمكانات الإيقاف الفوري).

• خطط المراقبة: تحديد فترات الفحص بناءً على ملامح المخاطر؛ ودمج أجهزة استشعار ذكية للامتدادات الحرجة. توثيق بيانات التآكل وتعديل التدابير الوقائية بشكل استباقي.

11. جدول المقارنة الشاملة

12. ستة أسئلة متكررة (FAQs)

السؤال 1: ما العوامل البيئية التي تؤثر بشكل حاسم على معدلات تآكل حديد الدكتايل مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ؟

تتحكم الكيمياء البيئية - خاصةً الأس الهيدروجيني وتركيز الكلوريد وتوافر الأكسجين ودرجة الحرارة والوجود الميكروبي - في سلوك التآكل لكل من حديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ. بالنسبة لحديد الدكتايل، تُسرّع التربة منخفضة الأس الهيدروجيني (الرقم الهيدروجيني <6) ومستويات الكلوريد العالية من انحلال المصفوفة المنتظم ما لم يتم تطبيق طلاءات قوية أو حماية كاثودية (CP). يحرك اختزال الأكسجين التفاعلات الكاثودية؛ في المناطق المستنفدة الأكسجين (على سبيل المثال، تحت غلاف البولي إيثيلين)، قد تزداد معدلات التآكل بشكل متناقض بسبب خلايا التهوية التفاضلية.

يقاوم غشاء أكسيد الكروم السلبي من الفولاذ المقاوم للصدأ الهجوم العام عبر نطاقات الأس الهيدروجيني الواسعة (2-12) ولكنه يفشل في البيئات الغنية بالكلوريد (كلوريد الكلوريد > 200 جزء في المليون ل 304 SS، > 1000 جزء في المليون ل 316 SS عند 25 درجة مئوية)، مما يؤدي إلى التنقر والتآكل الشقوق. تعمل درجات الحرارة المرتفعة على خفض درجة حرارة التنقر الحرجة (CPT)، مما يجعل أنظمة المياه المحملة بالكلوريد في درجات الحرارة العالية محفوفة بالمخاطر بشكل خاص. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للتآكل المتأثر ميكروبيولوجيًا (MIC) بواسطة البكتيريا المختزلة للكبريتات أن يستعمر كلا المعدنين، على الرغم من أن SS يظهر مقاومة أفضل بسبب غشاءه السلبي وانجذاب أقل لتكوين الأغشية الحيوية. وبالتالي، فإن كيمياء التربة/المياه والأكسجين هما العاملان الأساسيان، مما يستلزم إجراء تقييمات خاصة بالموقع عند اختيار المواد وأنظمة الحماية.

السؤال 2: كيف تختلف استراتيجيات الصيانة والفحص بين أنابيب حديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ؟

عادةً ما تدمج أنظمة أنابيب حديد الدكتايل عادةً مراقبة الحماية الكاثودية (CP) - قياس إمكانات الأنابيب إلى التربة وقراءات مسبار مقاومة الصدمات - لضمان بقاء الطلاء الخارجي فعالاً وكفاية تيارات الحماية الكاثودية. وتكشف القياسات الروتينية للسماكة بالموجات فوق الصوتية وقياس سمك الطلاء بالموجات فوق الصوتية وقياس تسرب التدفق المغناطيسي (MFL) كل 5-10 سنوات عن فقدان المعادن الموضعي. يتم تحديد عطلات الطلاء عن طريق أجهزة الكشف عن العطلات؛ ويتم التحقق من سلامة غلاف البولي إيثيلين أثناء التركيب.

تتطلب خطوط الأنابيب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، بسبب غشائها السلبي، صيانة أقل تواترًا في البيئات غير العدوانية. وتكفي الفحوصات البصرية للكشف عن تغير اللون، وفحص سلامة اللحام، وقياسات سُمك الجدار الدورية (كل 10-20 سنة) لمعظم التطبيقات. في الخدمات الحاملة للكلوريد أو الخدمات ذات درجات الحرارة العالية، يتم فحص مناطق الشقوق (الوصلات الحشية ومناطق المشبك) واللحامات بشكل خاص، وأحيانًا باستخدام اختبار الشقوق الإلكتروليتية أو معالجات إعادة التخميل (التخليل الحمضي) لاستعادة سلامة الطبقة. وبشكلٍ عام، تركز استراتيجيات SS على الفحوصات البصرية والموجات فوق الصوتية، بينما يتطلب حديد الدكتايل رقابة متكاملة على نظام CP.

الأسئلة الشائعة 3: هل يمكن استخدام حديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ في شبكة الأنابيب نفسها، وما الاحتياطات اللازمة؟

نعم، تستفيد الأنظمة الهجينة من فعالية تكلفة حديد الدكتايل من حيث التكلفة لنقل المياه السائبة ومقاومة التآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ للقطاعات الحرجة (على سبيل المثال، المناطق المكلورة أو المناطق ذات درجات الحرارة العالية). عند الربط بين المعادن غير المتشابهة، يكون التآكل الجلفاني مصدر قلق رئيسي: سيصبح الفولاذ المقاوم للصدأ (النبيل) كاثودياً ويسرع تآكل الحديد. للتخفيف من ذلك:

1. الوصلات العازلة أو العوازل العازلة للشفة: حشوات غير موصلة (مثل حشوات الفينول) تمنع التوصيل الكهربائي.

2. الإعجاب بـ CP الحالي: يجب مراقبة الضبط لحماية كلا المعدنين -SSS لتجنب الحماية الزائدة، والتي يمكن أن تسبب التقصف الهيدروجيني.

3. الأنودات القربانية: اختر أنودات من السبائك ذات إمكانات قريبة من حديد الدكتايل لتجنب تحلل SS.

4. استمرارية الطلاء: قم بتمديد تكميم البولي إيثيلين فوق وصلة SS مع أحذية محكمة الغلق للحفاظ على الحاجز.

الأسئلة الشائعة 4: كيف تؤثر درجة الحرارة على أداء التآكل في حديد الدكتايل مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ؟

وتؤدي زيادة درجة الحرارة عمومًا إلى تسريع معدلات التفاعل الكهروكيميائي بشكل عام، مما يرفع معدلات التآكل المنتظم لكلتا المادتين بمقدار الضعف تقريبًا كل 10 درجات مئوية (سلوك أرهينيوس). يمكن أن يتعرض حديد الدكتايل في السوائل الحمضية الساخنة والحمضية (الأس الهيدروجيني 1 مم/سنة ما لم يكن مبطناً داخلياً بملاط أسمنتي ومطلياً خارجياً.

تكون الطبقة السلبية للفولاذ المقاوم للصدأ مستقرة حراريًا حتى 300 درجة مئوية تقريبًا في البيئات غير المؤكسدة؛ وفوق ذلك، يبدأ ترسيب كربيد الكروم (التحسس) عند حدود الحبيبات في التآكل بين الخلايا الحبيبية عند تبريده في نطاق 400-850 درجة مئوية. في وسائط الكلوريد الساخنة، تشتد مخاطر كل من التنقر والتكلس الجليدي الحاد: على سبيل المثال ينخفض كلوريد الصوديوم الصلب 316 SS CPT في 3.5 % NaCl من ~ 50 درجة مئوية في البيئة المحيطة إلى <30 درجة مئوية عند 60 درجة مئوية. وبالتالي، يجب أن تسترشد ملامح درجة حرارة النظام في اختيار المواد والتدابير الوقائية (على سبيل المثال، الطلاءات عالية الحرارة، والتبريد النشط).

السؤال 5: ما العوامل التي يجب أن توجه مقارنة تكلفة دورة الحياة بين حديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ؟

يجب أن يتضمن تحليل تكلفة دورة الحياة (LCC) ما يلي:

• التكاليف الرأسمالية: المواد والتصنيع والتركيب والتركيب وأنظمة الحماية (LPS، CML، CP لـ DI؛ اللحام والتخليل لـ SS).

• الفحص والصيانة: تواتر ودرجة تعقيد عمليات مسح CP، وعمليات التنقيط والفحوصات البصرية/فوق الصوتية.

• الاستبدال والتوقف عن العمل: المعدلات المقدرة لفقد المعادن، وعمر الخدمة الاحتياطي، وتكلفة الأعطال أو الانقطاعات غير المخطط لها.

• كفاءة الطاقة: تختلف الخسائر الهيدروليكية؛ يؤثر الفاقد الهيدروليكي؛ حيث يؤثر الجزء الداخلي السلس من SS على الجزء الداخلي الخشن من DIML على تكاليف الضخ بمرور الوقت.

في التربة المعتدلة التآكل، يمكن أن يحقق الطلاء بالبولي إيثيلين مع غلاف البولي إيثيلين والـ CP التكافؤ أو الميزة على SS لشبكات توزيع المياه على مدى 100 عام. في الخدمات فائقة النقاء أو الخدمات ذات درجات الحرارة العالية حيث تكون الطلاءات مقيدة، يمكن أن تعوض الصيانة المنخفضة لـ SS عن النفقات الرأسمالية الأعلى.

السؤال رقم 6: هل هناك تقنيات ناشئة تحسن مقاومة التآكل لحديد الدكتايل والفولاذ المقاوم للصدأ؟

• الطلاءات المعززة بالجرافين: ينتج عن دمج جسيمات الجرافين النانوية في الإيبوكسي حواجز رقيقة للغاية وغير منفذة تمنع دخول الكلوريد وتقلل بشكل كبير من مسامية الطلاء؛ وتظهر الدراسات المبكرة تحسنًا في أداء الحاجز بمقدار 5-10 أضعاف في أداء حاجز حديد الدكتايل.

• التخميل النانوي لـ SS: تعمل طبقات الكروم النانوية الكريستالية النانوية أو طبقات الكروم-آل المستخرجة بالنبض على زيادة الطبقة السلبية الأصلية، مما يزيد من إمكانات التأليب بمقدار 200-300 مللي فولت في محاليل الكلوريد.

• البوليمرات ذاتية الشفاء: تطلق الكبسولات الدقيقة المضمنة في الطلاءات مثبطات التآكل (مثل أيونات السيريوم) عند حدوث تلف، مما يعيد سلامة الحاجز.

• الطلاءات الذكية المزودة بمستشعرات مدمجة: تنبه مستشعرات الرطوبة والأس الهيدروجيني في الوقت الحقيقي داخل الطلاءات المشغلين إلى خروقات الحاجز قبل حدوث فقد كبير في المعادن.

وتبشر هذه الابتكارات بإطالة عمر الخدمة وتقليل تكاليف الصيانة في كلتا فئتي المواد.

المراجع:

• حديد الدكتايل - ويكيبيديا
• الفولاذ المقاوم للصدأ - ويكيبيديا
• AWWA C105: غلاف البولي إيثيلين لأنظمة أنابيب حديد الدكتايل - الرابطة الأمريكية لأشغال المياه (AWWA)
• NACE SP0169: التحكم في التآكل الخارجي على أنظمة الأنابيب المعدنية تحت الأرض أو المغمورة - الرابطة الوطنية لمهندسي التآكل (NACE)
• ISO 8180: أنابيب حديد الدكتايل - تكميم البولي إيثيلين - المنظمة الدولية للمواصفات والمقاييس (ISO)