بررسی علل تخریب و انسداد ناشی از خوردگی لوله های مسی حاوی گاز کلر در حضور رطوبت (مطالعه موردی)

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

سجاد بردبار ¹ (دانشجوی دکتری مهندسی مواد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران)
مصطفی علیزاده ² (استادیار گروه فلزات، پژوهشکده مواد، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه صنعتی تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران)
مسعود ایرانمنش ³ (استادیار، پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه صنعتی تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران)

تاريخ الإرسال : 16 الجمعة , شعبان, 1438 تاريخ التأكيد : 22 الثلاثاء , شعبان, 1439 تاريخ الإصدار : 05 السبت , شعبان, 1439

الکلمات المفتاحية: خوردگی, کلر, مس, کلرزن گازی, اسید هیدروکلریک,

ملخص المقالة :

این تحقیق به بررسی علل و مکانیزم انسداد لوله‌های مسی مورد استفاده در سیستم‌های کلرزنی آب شرب پرداخته است. انسداد لوله‌های منتقل کننده گاز کلر باعث می‌شود، فرآیند گندزدایی آب به طور کامل انجام نگردد و ممکن است سلامت انسان در معرض خطر قرار گیرد. مطالعه جامع لوله‌های مسی تخریب شده در چندین ایستگاه تصفیه آب مشخص ساخت دلیل اصلی انسداد مکرر این لوله‌ها، پدیده خوردگی است. تحقیق پیش رو دلایل و همچنین مکانیزم انسداد مکرر این لوله‌ها را مورد مطالعه قرار داده است. به منظور تعیین علل و مکانیزم انسداد از روش پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. بررسی مکانیزم انسداد لوله مشخص ساخت، حضور ناخواسته رطوبت درون لوله در هنگام خارج از سرویس بودن سیستم، طی دو مرحله (تشکیل و رشد محصولات خوردگی) باعث انسداد لوله‌ها می‌گردد. حضور همزمان رطوبت و گاز کلر درون لوله باعث تشکیل الکترولیت خورنده (اسید هیدروکلریک) شده و شرایط را جهت خوردگی داخلی لوله‌ها فراهم می‌سازد. نتایج XRD حضور محصول خوردگی متخلخل و حجیم پاراتاسامیت (Cu₂(OH)₃Cl) را مشخص نمود. تصاویر SEM روشن ساخت با فراهم شدن محیط خورنده درون لوله و در نتیجه آن تشکیل محصولات خوردگی متخلخل و دارای ترک، باعث رشد سریع لایه محصولات خوردگی غیر محافظ می‌گردد. رشد رسوب محصولات خوردگی و تجمع تکه‌های جدا شده محصولات خوردگی در قسمت‌هایی از لوله باعث انسداد آن و در نتیجه عدم تزریق مقدار کافی گاز کلر به آب شرب می‌گردد.

المصادر:

1- Water Chlorination/ Chloramination Practices and Principles, AWWA Manual M20, American Water Works Association, 2^nd Ed., 2006.    

2- White’s handbook of chlorination and alternative disinfectants, Black & Veatch Corporation, John Wiley & Sons, 5^th Ed., 2010.

3- Chlorine in Drinking-water, World Health Organization, WHO/SDE/WSH/03.04/45, 2003.     

 

 

4- D. Wagner, W.R. Fischer, A.H.L. Chamberlain, J.N. Wardell, C.A.C. Sequeira, “Microbiologically Influenced Corrosion of copper in potable water installations – a European project review”, Materials and Corrosion, Vol. 48, pp. 311–321, 1997.    

5- D. Wagner, W. Fischer, H.H. Paradies, “Copper deterioration in a water distribution system of a county hospital in Germany caused by microbially influenced corrosion”, Materials and Corrosion, Vol. 43, pp. 496–502, 1992.

6- W. Fischer, H.H. Paradies, D. Wagner, I. Hänßel, “Copper deterioration in a water distribution system of a county hospital in Germany caused by microbially induced corrosion”, Materials and Corrosion, Vol. 43, pp. 56-62, 1992.

7- J.L. Otegui, P.G. Fazzini, “Root causes of fire in a solvent pipe at a petrochemical plant”, Engineering Failure Analysis, Vol. 16, pp. 1903–1911, 2009.      

8- A.A. Kislitsyn, “Numerical modeling of high-frequency electromagnetic heating of a dielectric plug clogging a pipe”, Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, Vol. 37, No. 3, 1996.

9- U. Klein, A. Zunkel, A. Eberle, “Breakdown of heat exchangers due to erosion corrosion and fretting caused by inappropriate operating conditions”, Engineering Failure Analysis, Vol. 43, pp. 271–280, 2014.    

10- J. Wang, M. Sickinger, V. Ciobota, M. Herrmann, H. Rasch, P. Rosch, J. Popp, K. Kusel, “Revealing the microbial community structure of clogging materials in dewatering wells differing in physico-chemical parameters in an open-cast mining area”, Water Research, Vol. 63, pp. 222-233, 2014.    

11- F. Larroque, M. Franceschi, “Impact of chemical clogging on de-watering well productivity: numerical assessment”, Environmental Earth Sciences, Vol. 64, pp. 119–131, 2011.   

12- D.E. Ralph, J.M. Stevenson, “The role of bacteria in well clogging”, Water Research, Vol. 29, No. 1, pp. 365-369, 1995.

13- J. Marek, M. Šimunkova, H. Parschov, “Clogging of the electrodeionization chamber, Desalination and Water Treatment”, pp. 1–5, 2014.

14- H. Song, S. Park, M. Choi, J.Y. Park, M. Kim, J. Jung, Y. Kim, “Examination of chemical and physical effects on sump screen clogging of containment materials used in Korean plants”, Annals of Nuclear Energy, Vol. 69, pp. 51–56, 2014.  

15- R. Sandrine, L. Cantrel, A. Yves, M. Jean-Marie, L. Marek, G. Dagmar, V. Yvan, S. Bela, “Precipitate formation contributing to sump screens clogging of a nuclear power plant during an accident”, Chemical engineering research and design, Vol. 86, pp. 633–639, 2008.       

16- M. M. Wanger, G. A. Fox, G. V. Wilson, “Pipeflow experiments to quantify pore-water pressure buildup due to pipe clogging”, ASABE Annual International Meeting Paper, 152156396, 2015.

17- ASTM B 88, Standard Specification for Seamless Copper Water Tube, ASTM International, 2003.   

18- E.E. Stansbury, R.A. Buchanan, Fundamentals of electrochemical corrosion, ASM International, Materials Park Ohio, 2000.    

19- R. Francis, The corrosion of copper and its alloys: a practical guide for engineers, NACE International,Texas, 2010.

20- X. Zhang, I.O. Wallinder, C. Leygraf, “Mechanistic studies of corrosion product flaking on copper and copper-based alloys in marine environments”, Corrosion Science, Vol. 85, pp. 15-25, 2014.