عدم استفاده ازسیلندرکربن استیل برای گازهای خورنده مثل H2S

چرا برای گاز های خورنده مثل H2S نباید از سیلندر کربن استیل استفاده کرد؟

استفاده از سیلندرهای کربن استیل برای ذخیره‌سازی و حمل گازهای خورنده، به ویژه سولفید هیدروژن (H2S)، نه تنها غیرایمن بلکه به شدت خطرناک است. این ممنوعیت ریشه در واکنش‌های شیمیایی پیچیده و مخربی دارد که بین H2S و کربن استیل رخ می‌دهد و می‌تواند منجر به تخریب ساختاری، نشتی گاز، و در نهایت فجایع صنعتی و انسانی شود.

دلایل اصلی این عدم سازگاری به شرح زیر است:

    خوردگی سولفیدی (Sulfide Corrosion):

سولفید هیدروژن (H2S)، به خصوص در حضور رطوبت (آب)، یک عامل خورنده بسیار قوی برای کربن استیل محسوب می‌شود. در این فرآیند، H2S با آهن (Fe) موجود در فولاد واکنش داده و ترکیبات سولفید آهن (مانند FeS) تولید می‌کند. این واکنش منجر به تشکیل لایه‌ای از سولفید آهن روی سطح فلز می‌شود. برخلاف لایه‌های اکسیدی محافظ (مانند زنگ‌زدگی پایدار)، لایه‌های سولفیدی معمولاً متخلخل، ناپایدار و غیرچسبنده هستند. این لایه‌ها به راحتی از سطح فلز جدا شده و فلز تازه را در معرض ادامه خوردگی قرار می‌دهند. این فرآیند به طور مداوم ضخامت دیواره سیلندر را کاهش داده و مقاومت مکانیکی آن را تضعیف می‌کند. نرخ این نوع خوردگی با افزایش دما، فشار، و غلظت H2S تشدید می‌شود.

    ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن (Hydrogen Embrittlement/Sulfide Stress Cracking – SSC):

یکی از خطرناک‌ترین پدیده‌های ناشی از حضور H2S، ترک‌خوردگی تحت تنش سولفیدی (SSC) یا به طور کلی‌تر، تردی هیدروژنی است. H2S در محیط‌های آبی (حتی رطوبت جزئی) تجزیه شده و اتم‌های هیدروژن تولید می‌کند. این اتم‌های هیدروژن به دلیل اندازه بسیار کوچک خود می‌توانند به راحتی به شبکه بلوری کربن استیل نفوذ کنند.

هنگامی که اتم‌های هیدروژن در نقص‌های ساختاری فلز (مانند مرزهای دانه، حفره‌ها یا ناخالصی‌ها) به دام می‌افتند، می‌توانند با یکدیگر ترکیب شده و مولکول‌های هیدروژن (H2) را تشکیل دهند. تجمع این مولکول‌ها فشار داخلی عظیمی را در ریزساختار فلز ایجاد می‌کند. این فشار داخلی، به همراه تنش‌های مکانیکی موجود در سیلندر (ناشی از فشار گاز)، منجر به کاهش چشمگیر انعطاف‌پذیری و چقرمگی فلز می‌شود. در نتیجه، فولاد که ذاتاً داکتیل و مقاوم به شکست است، به شدت شکننده شده و مستعد ترک‌خوردگی ناگهانی و بدون هشدار قبلی می‌شود. این ترک‌ها می‌توانند به سرعت گسترش یابند و منجر به شکست فاجعه‌بار سیلندر شوند، حتی در تنش‌هایی بسیار پایین‌تر از تنش تسلیم یا کششی فولاد.

    خوردگی حفره‌ای (Pitting Corrosion):

H2S در ترکیب با سایر ناخالصی‌ها مانند اکسیژن (O2) و دی‌اکسید کربن (CO2) می‌تواند محیطی بسیار خورنده ایجاد کند. این ترکیب، به ویژه در حضور الکترولیت‌ها (آب)، می‌تواند منجر به خوردگی حفره‌ای شود. خوردگی حفره‌ای نوعی خوردگی موضعی است که در آن، حفره‌های کوچک و عمیقی روی سطح فلز تشکیل می‌شوند. این حفره‌ها به عنوان نقاط تمرکز تنش عمل کرده و می‌توانند به سرعت به دیواره سیلندر نفوذ کنند و باعث نشتی یا پارگی سیلندر شوند. تشخیص این نوع خوردگی از بیرون معمولاً دشوار است، زیرا بخش عمده‌ای از سطح فلز ممکن است سالم به نظر برسد.

راهکارهای جایگزین و مواد مناسب:

به دلیل خطرات ذاتی و جدی فوق‌الذکر، برای ذخیره‌سازی H2S و سایر گازهای خورنده، استفاده از مواد مقاوم به خوردگی ضروری است. این مواد معمولاً شامل:

فولادهای زنگ‌نزن خاص (Specialty Stainless Steels): به ویژه فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی و دوبلکس که حاوی مقادیر بالایی از کروم، نیکل و مولیبدن هستند. این عناصر به تشکیل یک لایه غیرفعال و مقاوم در برابر خوردگی سولفیدی کمک می‌کنند.

آلیاژهای پایه نیکل (Nickel-Based Alloys): برای شرایط بسیار خورنده یا دماهای بالا، آلیاژهای پیشرفته پایه نیکل (مانند Hastelloy, Inconel, Monel) به دلیل مقاومت فوق‌العاده در برابر ترک‌خوردگی تحت تنش و خوردگی عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پوشش‌های محافظ (Protective Coatings): در برخی موارد، استفاده از پوشش‌های داخلی مقاوم به خوردگی روی سطح سیلندرها نیز می‌تواند مد نظر قرار گیرد، هرچند که انتخاب جنس مناسب سیلندر همیشه اولویت دارد.

انتخاب ماده مناسب برای ساخت سیلندرهای نگهداری گاز، یک تصمیم مهندسی حیاتی است که باید با در نظر گرفتن خواص شیمیایی گاز، شرایط عملیاتی (دما، فشار، رطوبت) و استانداردهای ایمنی انجام شود. استفاده از کربن استیل برای گازهای خورنده‌ای مانند H2S به دلیل آسیب‌پذیری بالا در برابر خوردگی سولفیدی، تردی هیدروژنی و خوردگی حفره‌ای، به شدت نامناسب و خطرآفرین است و می‌تواند منجر به حوادث جبران‌ناپذیری شود. رعایت دقیق استانداردهای صنعتی و استفاده از مواد تأیید شده برای هر نوع گاز، ستون فقرات ایمنی در صنایع شیمیایی و نفت و گاز است.

سیلندر های آلومینیومی:

سیلندرهای آلومینیومی به دلیل وزن سبک‌تر و مقاومت نسبی در برابر برخی انواع خوردگی، در بسیاری از کاربردها به عنوان جایگزینی برای سیلندرهای کربن استیل مطرح هستند. اما آیا آن‌ها برای گازهای خورنده‌ای مانند H2S مناسب‌اند؟

آلومینیوم و آلیاژهای آن نیز مانند کربن استیل، در برابر H2S کاملاً مقاوم نیستند و می‌توانند دچار خوردگی شوند. اگرچه آلومینیوم به طور کلی در برابر خوردگی اتمسفری مقاوم است و یک لایه اکسیدی محافظ روی سطح خود تشکیل می‌دهد، اما این لایه در محیط‌های حاوی H2S و رطوبت، به ویژه در دماهای بالا یا حضور ناخالصی‌های دیگر، می‌تواند شکسته شده و منجر به خوردگی شود.

مهم‌ترین چالش‌ها در استفاده از آلومینیوم برای H2S:

خوردگی بین‌دانه‌ای (Intergranular Corrosion): برخی آلیاژهای آلومینیوم، به ویژه آن‌هایی که حاوی مس هستند، ممکن است در محیط‌های حاوی H2S و رطوبت، دچار خوردگی بین‌دانه‌ای شوند. این نوع خوردگی در امتداد مرزهای دانه‌های فلز پیشروی می‌کند و می‌تواند به سرعت منجر به از دست دادن خواص مکانیکی و شکست شود.

خوردگی حفره‌ای و شکافی (Pitting and Crevice Corrosion): در حضور کلرایدها یا سایر هالیدها (که ممکن است به عنوان ناخالصی در گاز یا محیط وجود داشته باشند) به همراه H2S و آب، آلومینیوم مستعد خوردگی حفره‌ای و شکافی می‌شود. این نوع خوردگی نیز می‌تواند به صورت موضعی دیواره سیلندر را تضعیف کند.

محدودیت‌های دمایی و فشاری: مقاومت مکانیکی آلومینیوم در دماهای بالا کاهش می‌یابد و برای فشارهای بسیار بالا ممکن است به اندازه فولادهای آلیاژی قوی مناسب نباشد.

نتیجه‌گیری در مورد سیلندرهای آلومینیومی برای H2S:

به طور کلی، سیلندرهای آلومینیومی نیز برای H2S خالص یا H2S با غلظت بالا و رطوبت، گزینه ایده‌آلی محسوب نمی‌شوند. در مواردی که H2S به عنوان یک جزء در مخلوط گازی با غلظت بسیار کم و در محیط کاملاً خشک وجود دارد، یا برای کالیبراسیون‌های کوتاه‌مدت، ممکن است سیلندرهای آلومینیومی با پوشش‌های داخلی خاص (مانند پوشش‌های سیلیکونی یا پلیمری مقاوم به H2S) مورد استفاده قرار گیرند. اما برای ذخیره‌سازی بلندمدت و ایمن H2S، فولادهای زنگ‌نزن خاص یا آلیاژهای پایه نیکل که مقاومت به خوردگی و تردی هیدروژنی بالاتری دارند، به شدت ترجیح داده می‌شوند.

انتخاب ماده مناسب برای ساخت سیلندرهای نگهداری گاز، یک تصمیم مهندسی حیاتی است که باید با در نظر گرفتن خواص شیمیایی گاز، شرایط عملیاتی (دما، فشار، رطوبت)، و استانداردهای ایمنی انجام شود. استفاده از کربن استیل برای گازهای خورنده‌ای مانند H2S به دلیل آسیب‌پذیری بالا در برابر خوردگی سولفیدی، تردی هیدروژنی و خوردگی حفره‌ای، به شدت نامناسب و خطرآفرین است. در حالی که سیلندرهای آلومینیومی در برخی کاربردها مزایایی دارند، اما برای نگهداری H2S، به دلیل مستعد بودن به خوردگی بین‌دانه‌ای و حفره‌ای و محدودیت‌های مکانیکی، معمولاً توصیه نمی‌شوند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با انواع گازها کلیک کنید.