وتؤدي المطاحن البترولية دوراً هاماً في إنتاج البتروكيماويات باعتبارها عنصراً هاماً في المعدات الرئيسية. غير أنه نظراً لوجود عوامل أكالة وإجهاد تزاملي في البيئة البتروكيميائية، فإن المطاقد عرضة للتشظي الناتج عن الإجهاد، مما يؤدي إلى تعطل المعدات وحوادث السلامة. ستبحث هذه المقالة أسباب التآكل وتدابير الحماية من الإجهاد في المطابقات البترولية، وذلك لأغراض البحث والتطبيقات ذات الصلة.
التشقق التآكل الناجم عن الإجهاد هو تكسير المعادن ينتج عن تضافر الإجهاد الجذب وعامل الأكالة. وتشمل هذه الآلية أساسا المراحل الثلاث التالية:
وينشأ الصدع في طور النشوء: حيث تُتلف الأغشية التخليلية على سطح المعدني بفعل عوامل التآكل وضغط السحب، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق أنودية وكاثودية. ويؤدي تفاعل الذوبان في منطقة الأنود إلى ذوبان المعادن المحلية بصورة ذات أولوية، مما يؤدي إلى نشوء مصدر للصدع.
الصدع: يتسع تدريجيا بفعل ضغط السحب. وأثناء عملية التوسيع، يكون طرف الصدع في حالة عالية من الإجهاد، مما يعجل بتوسع الصدع. وفي الوقت نفسه، تدخل العوامل الأكّالة باستمرار داخل الصدع، مما يزيد من توسعه.
التشظي غير الثابت: عندما ينتشر التشدع إلى حد ما، لا يستطيع المعدن أن يتحمل الإجهاد الناجم عن السحب. وتتسم هذه العملية بالمفاجأة وبالكارثية، وتؤدي في كثير من الأحيان إلى تعطل المعدات بشكل كامل.
العوامل التي تؤثر على تآكل الإجهاد التكسير
المواد المعدنية: تؤثر المكونات والأنسجة والميكانيكية للمواد المعدنية على حساسيتها للكسر الناتج عن الإجهاد. فعلى سبيل المثال، فإن الصلب عالي الكثافة والفولاذ المنخفض الكثافة عرضة للتآكل بسبب الإجهاد.
العوامل البيئية: تؤثر أنواع الوسائط الأكّالة وتركيزها ودرجة حرارتها وما إلى ذلك على سلوك التكسير التآكل الناجم عن الإجهاد في المعادن. وعلى سبيل المثال، فإن بيئة H2S/CO2 العالية الحرارة والضغط العالي هي من البيئات التي تتآكل فيها الإجهاد بشكل شائع في المطاحن البترولية.
حالة الإجهاد: يؤثر نوع وحجم ضغط السحب على سلوك التكسير الناجم عن الإجهاد في المعادن. فالإجهاد الناجم عن الاشتقاقي والقوى المتبقية تسرّع نمو الصدع وتوسعه.
عمليات الحداثة والمعالجة الحرارية: تؤثر عمليات الحداثة والمعالجة الحرارية على الخصائص الهيكلية الجزئية والميكانيكية للمعادن، مما يؤثر على سلوك التكسير التآكل الناجم عن الإجهاد. فعلى سبيل المثال، قد تؤدي الإجهاد المتبقي في عمليات الحشو والتغيير التنظيمي في المعالجة الحرارية إلى زيادة حساسية الإجهاد الناتج عن تآكل المعادن.
تدابير الحماية
اختيار مواد معقولة: اختيار مواد معدنية، مثل الصلب غير القابل للصدأ والفولاذي المزدوج الط وفي الوقت نفسه، تؤخذ في الاعتبار متطلبات الأداء الميكانيكي مثل قوة المادة وصلابتها، لضمان سلامة المعدات وموثوقيتها.
الاستفادة المثلى من عمليات التغرير والمعالجة الحرارية: تحقيق خصائص هيكلية وميكانيكية مثالية من خلال التحكم في بارامترات مثل درجة حرارة الحشو وسرعة التبريد. ويمكن أن تؤدي عمليات المعالجة الحرارية، مثل المعالجة باذوبة والمعالجة بالتقادم، إلى زيادة قدرة الفلزات على مقاومة التآكل ومقاومة التآكل.
الحد من الإجهاد الناجم عن السحب: تقليل مستويات الإجهاد الناجم عن سحب المعادن من خلال تحسين تصميم المعدات، والحد من الإجهاد المتبقي، وتجنب الإجهاد الناتج عن التحام، مما يؤدي إلى تأخير نشوء الصدع وتوسعه.
الطلاءات الواقية: طلاء الطلاء على أسطح الفلزات بحيث يعزل التلامس المباشر بين الوسائط الأكّالة والفلزات، مما يقلل من حساسية الصدأ الناجمة عن الإجهاد. واختيار مواد الطلاء والعمليات المناسبة هو المفتاح.
الفحص والصيانة المنتظمة: إجراء اختبارات دورية للتريث والتفتيش الدقيق للطرائق البترولية، والكشف عن الشقوق والتآكل المحتملة ومعالجتها في الوقت المناسب، وضمان سلامة تشغيل المعدات.
وضع نظم إدارية صارمة: وضع نظم إدارية سليمة وبروتوكولات تشغيلية لضمان استخدام المعدات وصيانتها على نحو سليم. تعزيز تدريب الموظفين وزيادة وعيهم بالأمان ومهاراتهم التشغيلية، والحد من خطر تعطل المعدات بسبب عوامل بشرية.
ويمثل انكسار الإجهاد الناجم عن المطاحن البترولية أحد الأسباب الهامة لإبطال مفعول المعدات والحوادث الأمنية. إجراء دراسة متعمقة لآليات التآكل وعوامل التآكل وعوامل التآكل الناتجة عن الإجهاد في المطاحن البترولية، واتخاذ تدابير وقائية فعالة من شأنها أن تقلل من خطر تعطل المعدات وأن تحسن من أدائها الأمني. وستواجه مستقبلاً تحديات وفرص إضافية في المستقبل مع ظهور مواد وتكنولوجيات جديدة من أجل الحماية من التآكل والتآكل الناجم عن الحداثة البتروكيميائية. ويتعين على الشركات والباحثين المعنيين أن يستكشفوا ويبتكروا باستمرار من أجل المساهمة في التنمية المستدامة لقطاع صناعة الكيماويات البترولية من أجل التكيف مع التغيرات في احتياجات السوق.
