بخشی از مقاله
چکیده:
تجهیزات شبکه توزیع مناطق نفت خیز گچساران در جنوب ایران در معرض خوردگی ناشی از ترکیبات گوگرددار موجود در محیط میباشند. در این مقاله ابتدا با انجام آزمایشهاي مختلف شامل آنالیز آلاینده هاي هوا و بررسیهاي ریزساختاري، مکانیزمهاي خوردگی هادیهاي مسی شناسایی گردیدند. سپس با بکارگیري روشهاي مختلف جلوگیري از خوردگی و انجام آزمایشهاي مختلف رفتار خوردگی نمونه ها در شرایط شبیه سازي شده مورد مطالعه قرار گرفتند. سرانجام روشهاي مناسب پیشگیري از خوردگی تعیین گردیدند.
بررسیها نشان داد حضور SOX موجب خوردگی هادیهاي مسی شده و اعمال پوشش قلع بطریقه آبکاري، استفاده از روکشXLPE1 و جایگزینی هادیهاي آلومینیومی به جاي هادیهاي مسی روشهاي بهینه براي کاهش خوردگی هادیهاي مسی می باشند.
مقدمه
برخی خطوط توزیع برق بواسطه قرار گرفتن در مناطق با اتمسفر خورنده مورد تهاجم قرار گرفته و به مرور زمان از بین می روند و این امر موجب قطعی برق، وارد آمدن خسارات سنگین به صنعت برق کشور و از بین رفتن سرمایه- هاي ملی می گردد. خوردگی خطوط به عوامل زیادي از جمله عوامل محیطی، کیفیت تجهیزات و مصالح بکار رفته و شرایط بهره برداري بستگی دارد. با شناسایی عوامل مختلف خوردگی و فرسودگی زودرس تجهیزات و بکارگیري روش مناسب جهت جلوگیري از خوردگی می توان با قابلیت اطمینان بالا و در یک پرپود زمانی طولانی تجهیزات را مورد استفاده قرارداد و از تخریب و از بین رفتن آنها جلوگیري نمود.
تأثیر آلاینده هاي هوا بر روي رفتار خوردگی هادیهاي مسی در منطقه نفتخیز گچساران
در منطقه نفتخیز گچساران، گازهایی که در حین استخراج نفت متصاعد می گردند، سوزانده می شوند و این امر باعث آلوده نمودن اتمسفر منطقه می گردند. این گازها حاوي آلاینده هایی چون سولفید هیدروژن، دي اکسید گوگرد و سایر گازهاي خورنده می باشند بطوریکه حضور گازهاي خورنده در اتمسفر باعث خوردگی و فرسودگی شدید تجهیزات شبکه توزیع می گردند و این معضل در هادیهاي مسی توزیع برق بمراتب ملموستر و شدیدتر است و در اکثر مناطق، هادیهاي برق در اثر خوردگی پاره شده و باعث قطعی برق گردیده است. شدت آثار خوردگی در هادیهاي مسی شبکه توزیع مناطق نفت خیز گچساران به حدي است که طبق گزارش کارشناسان ناحیه، طول عمر آنها بسیار محدود و حدود دو تا سه سال می باشد و همین مسئله باعث صرف خسارات مالی زیادي به شبکه توزیع برق شده است. این هزینهها شامل هزینه تلفات انرژي، هزینه تعمیرات و بازسازي هادیهاي مسی، هزینه خرید تجهیزات نو و هزینه انرژي توزیع نشده می باشد.
بر اساس بررسیهاي انجام گرفته بر روي مکانیزم خوردگی اتمسفري فلز مس، بر روي این فلز دو لایه اکسیدي تشکیل می شود. لایه اول از اکسیدهاي مس تشکیل شده و غالباً کوپرایت می باشد. ضخامت این لایه معمولاً بین 5 تا 15 میکرون تغییر می کند. لایه دوم به وجود آمده، متخلخل است و از نمکهاي بازي مس مانند بروکانتایت - سولفات بازي مس - تشکیل می شود، ضخامت این لایه غالباً در محدوده 5 تا 40 میکرون قرار دارد .[1]
گروهی از محققان اعتقاد دارند که در درصد رطوبتهاي کمتر از 20 درصد، فیلم اکسیدي تشکیل شده بر روي مس در برابر سولفیداسیون پایدار است [2]؛ اما گروهی دیگر، مکانیزم جذب تفکیکی را پیشنهاد کرده اند. در این مکانیزم، جذب تفکیکی H2S بر روي سطح - در شرایط گازي و در رطوبت نسبی صفر درصد - مطابق واکنشهاي زیر اتفاق میافتد. در رابطه Cu - 2 - حفره اي با بار مثبت را در شبکه سولفیدي نشان می دهد.[3]
در درصد رطوبتهاي بالاتر از %20 فیلم اکسیدي شکسته می شود و فیلمی متشکل از اکسید و سولفید شروع به رشد می کند. در درصد رطوبت هاي نسبی بالاتر از %20، بیشتر سطوح فلزي از جمله مس، با حداقل یک تک لایه آب پوشیده می شوند. در مراحل اولیه رشد فیلم، حضور یک یا چند تک لایه آب مهم است، اما احتمالاً عمق لایه اهمیت چندانی ندارد.
شکل 1 طرح شماتیکی از تشکیل فیلم کدر ناشی از حضور H2S بر روي سطح مس را نشان می دهد .[2]
مولکولهاي H2S بر روي سطح پوشیده شده و با لایه آب جذب و متعاًقبا یونیزه می گردند. پس از آن در اولین مرحله تشکیل Cu2S، HS− به صورت شیمیایی با یونهاي مس نفوذي ترکیب می شود. رابطه هاي - 3 - تا - 6 - واکنشهاي این مکانیزم را بیان می کنند .[3]
از ضخامت مشخص به بعد - براي مثال 150nm در تحقیق کرامر و همکارانش - آهنگ رشد فیلم سولفیدي از خطی به سهمی تغییر می کند. در این حالت، فرآیند کدر شدن با شار H2S منفی به سطح محدود نمی شود، بلکه عامل کنترل کننده نفوذ H2S - یا - HS − و یا Cu در طول فیلم است. در این مرحله از رشد، رطوبت نسبی می تواند ضخامت نهایی فیلم را تعیین کند. درصد رطوبت بیشتر، رشد فیلم شکننده اي که نفوذ در آن به آسانی رخ می دهد را تسهیل می کند. از سوي دیگر، جذب و یونیزه شدن H2S در لایه هاي ضخیم تر آب در رطوبت هاي بیشتر از %20، منجر به تولید گستره بزرگتري براي نفوذ یونهاي مس می گردد. به نظر می رسد که تأثیر رطوبت بر روي ضخامت فیلم از اثر آن بر روي فرآنید هاي نفوذ ناشی می شود.[2]
از سوي دیگر تشکیل Cu2O در مقایسه با Cu2S به رطوبت نسبی حساستر است. براي آغاز فرآیند تشکیل Cu2O
همان طوري که گفته شد جذب لایه هاي آب ضروري است.
همچنین در یک رطوبت نسبی یکسان میزان H2O جذب شده بر روي Cu2O بیشتر از سطح لخت Cu است.[2]
مقایسه نرخ رشد Cu2O وCu2S نشان داده است که در درصد رطوبت هاي بالاتر، نرخ رشد Cu2O از Cu2S بیشتر است. در این حالت هم Cu2O و هم Cu2S از طریق مکانیزمهاي الکتروشیمیایی تشکیل می شوند. ممکن است در درصد رطوبت هاي پایین - حدود - % 40 نرخ رشد Cu2S از Cu2O بیشتر شود. زیرا به دلیل کم بودن رطوبت نسبی، مکانیزم تشکیل Cu2O که الکتروشیمیایی است تا حدي مختل می شود، اما Cu2S می تواند از طریق مکانیزم گفته شده - مکانیزم جذب تفکیکی - تشکیل گردد .[3]
میزان از دست رفتن Cu2+ از روي سطح با افزایش اسیدي بودن باران، افزایش می یابد. فرآیند تشکیل بروکانتایت درون فیلم آب به وجود آمده پس از بارش باران و همچنین درون فیلم آب جذب شده بر روي سطح اتفاق می افتد. با تبخیر شدن فیلم آب، چسبندگی بین بروکانتایت و کوپرایت به وجود می آید. مهمترین عواملی که بر روي سرعت تشکیل لایه بروکانتایت تاثیر می گذارند عبارتند از میزان رطوبت محیط، درصد گازهاي آلاینده محیط به خصوص ترکیبات گوگردار، دماي محیط .[4-6]
روش تحقیق
در این مقاله ابتدا رفتار خوردگی هادیهاي مسی شبکه توزیع برق مناطق نفتخیز گچساران با انجام آزمایشهاي مختلف ریز ساختاري، آنالیز هوا از نقطه نظر نوع آلودگی ها و عوامل خورنده موجود در هوا، گرد و غبار معلق در هوا و ... مورد بررسی قرار گرفته است.
جهت تعیین مکانیزمهاي غالب خوردگی هاديهاي مسی نمونه هایی تهیه گردید. پس از شستشوي آنها با آب مقطر، برش خورده و به ابعاد کوچکتر بریده شدند. پس از مانت کردن نمونه ها سطح مقطع آنها با کاغذ سمبادهاي SiC از شماره 200 تا 4000 سمباده زده شده و سپس با استفاده از خمیر آلومیناي 6ʽm پولیش شدند. براي اچ کردن این
