کوپن خوردگی چیست ؟ (Corrosion Coupon)

کوپن خوردگی چیست ؟ کوپن خوردگی یک ابزار بسیار ساده و موثر است. این ابزار یک تخمین کمی از نرخ خوردگی که در داخل یک سیستم عملکردی خاص در حال رخ دادن است، ارائه می­‌دهد. کوپن‌­ها همچنین یک سیگنال عینی از نوع خوردگی ارائه می‌دهند که ممکن است در سیستم تحت نظر رخ دهد.

این روش شامل قرار دادن یک نمونه از متریال (کوپن) در یک محیط فرآیند برای مدت زمان معین، سپس برداشتن نمونه برای تجزیه و تحلیل است. اندازه‌گیری اساسی که از کوپن­‌های خوردگی تعیین می­‌شود، کاهش وزن است. کاهش وزن که در طول دوره در معرض محیط قرارگرفتن صورت می­‌گیرد، به عنوان نرخ خوردگی بیان می­‌شود.

کوپن خوردگی نیز به عنوان کوپن مانیتورینگ خوردگی شناخته شده است.

بنابراین، اکثر داده­‌ها برای خوردگی آلیاژها در گازهای با درجه حرارت بالا با فاکتورهایی مانند تغییر وزن/مساحت برای زمان‌­های تماس نسبتاً کوتاه و شرایط در معرض محیط خورنده بودن نامعلوم تعریف می­‌شوند. با این حال، کاهش وزن باید در طراحی و تصمیم­‌های عملکردی به کاهش ضخامت نسبت داده شود.

خوردگی در گازهای با درجه حرارت بالا تحت تأثیر پارامترهای محیط­‌های خورنده مانند دما، ترکیب آلیاژ، زمان و ترکیب گاز قرار می‌گیرد.

کوپن­‌ها ابتدا وزن می­‌شوند، سپس در یک محیط خاص قرار داده می‌شوند، برداشته می‌شوند و سپس تمیز و وزن‌گیری مجدد می‌شوند. این فرآیند صورت می‌گیرد تا میزان خوردگی کاهش وزن در یک دوره زمانی مشخص را تعیین کند.

NACE یک روش استاندارد برای تعیین کاهش وزن دارد. نتیجه تعیین میزان کاهش وزن بر حسب مایل در سال (MPY) است که بیشترین مرجع مورد استفاده است. این مرجع در بیشتر روش‌های دیگر پایش خوردگی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

میلی­‌متر در سال و چندین واحد اندازه­‌گیری مختلف نیز مورد استفاده قرار می­‌گیرد. اما تا کنون بیشترین کاربرد را MPY  دارد.

پایش خوردگی معمولاً با استفاده از موارد زیر انجام می­‌شود:

• کوپن‌­ها
• پروب­‌های مقاوم الکتریکی
• پروب­‌های طراحی شده براساس مقاومت پلاریزاسیون خطی،

بسیاری از پالایشگاه‌ها از آنالایزرهای آنلاین برای پایش مداوم pH، آهن و کلرید استفاده می­‌کنند. اندازه گیری مداوم یک تغییر مرحله‌ای در میزان نرخ خوردگی ارائه می‌دهد.

سادگی اندازه‌گیری ارائه شده توسط کوپن خوردگی به حدی است که تکنیک کوپن در بسیاری از برنامه‌های پایش خوردگی روش پایه اندازه‌گیری را تشکیل می‌­دهد. این تکنیک بسیار متنوع است. زیرا کوپن‌های کاهش وزن را می‌توان از هر آلیاژ تجاری موجود ساخت.

 همچنین، با استفاده از طرح­‌های هندسی مناسب، انواع مختلفی از پدیده‌­های خوردگی ممکن است مورد مطالعه قرار گیرد، از جمله:

• خوردگی تنشی
• تهاجم دو فلزی (گالوانیکی)
• اختلاف دمش
• مناطق HAZ

از نگهدارنده­‌های کوپن خوردگی برای تعلیق کوپن‌های خوردگی در منطقه تحت پایش استفاده می‌شود.

نگهدارنده‌های کوپن با انواع کوپن‌های خوردگی، از جمله میله (استوانه)، تخت (نوار) تک سوراخ، مسطح (نوار) دو سوراخ و دیسکی کار می­‌کنند تا نرخ خوردگی را در فرایندهای تحت فشار مانند مخزن تحت فشار، خط لوله، چاه‌های نفت بسنجند. کوپن­‌ها می­‌توانند در هر جهتی نصب شوند تا نیاز پروژه برآورده شوند.

کوپن خوردگی در خط لوله:

کوپن خوردگی که در خط لوله قرار می­‌گیرد می‌­تواند به صورت فوری وزن شود.  بنابراین سریع‌تر افت متریال را نشان ­می‌دهد. همچنین می‌توان آن را یک مبنای منظم برای خوردگی در نظر گرفت.

کوپن می‌­تواند فلزی شبیه لوله یا فلز فعال‌­تری مانند روی یا آلومینیوم باشد که به شرایط خورنده سریع‌تر پاسخ می‌دهد.

با این حال، در شرایط سطحی اثرات تزریق، افزایش دما و فشار اندازه گیری نمی‌شود. به همین دلیل است که اغلب از فلز فعال‌تری به جای فولاد نمونه استفاده می‌شود.

مک نیالی و همکاران (2009) نشان دادند که چگونه از اتوکلاو مخصوص برای آزمایش کوپن‌­ها برای خوردگی قبل از بکارگیری در محیط استفاده می­‌شود. می‌­توان شرایط آزمایش را برای شبیه سازی شرایط چاه مانند دما، فشار کل، مخلوط گاز، آب نمک، سرعت چرخش، زمان و انواع کوپن‌­ها انتخاب کرد.

کوپن‌­ خوردگی می­‌تواند اشکال و انواع مختلفی داشته باشند. مانند مستطیل، دایره یا مارپیچ. همچنین ممکن است معمولی یا پیش تنیده باشند. هنگامی که متوجه شوید اندازه مساحت بیشتری در معرض محیط قرار دارد، اندازه آن چندان مهم نیست. قرائت‌ها دقیق­‌تر خواهند بود و سریع‌تر می‌توان خواندن را انجام داد.

کوپن­‌ خوردگی کاهش وزن در هر متریال مورد نظر موجود است. با این حال، متریال اغلب از مواد حاوی محیط (به عنوان مثال، لوله یا مخزن) یا فولاد کم کربن است که بسیار مستعد خوردگی است. اگر می‌خواهید خوردگی روی لوله را تکرار کنید، باید از کوپن­‌های همان متریال استفاده کنید.

برای تعیین اینکه آیا بازدارنده در حال تشکیل فیلم هست یا خیر، می‌توانید از کوپن فولاد کم کربن استفاده کنید. با این حال، در استفاده از کوپن­‌های کم کربن­، باید به خاطر داشت که اگر بتوانید خوردگی را روی این کوپن­‌ها متوقف کنید، نرخ خوردگی خود لوله لزوما تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

با دو سوراخ نصب، می­‌تواند برای مطالعات مختلف مورد استفاده قرار گیرد. این کوپن به طور گسترده برای همه­ پایش‌های خوردگی مورد استفاده است. این کوپن­‌ها به طور گسترده‌­ای در مجموعه‌­ها در فواصل خط و با پورت­‌های باریک یا تجهیزات کم فشار استفاده می­‌شود.

رایج‌ترین شکل معمولاً کوپن نواری نامیده می‌شود و اغلب در این اندازه‌­ها موجود است:

کوپن خوردگی چیست ؛ کوپن‌های دیسکی:

به طور معمول در سیستم‌­هایی استفاده می‌­شود که کوپن نمی­‌تواند برای تداخل در جریان به داخل لوله گسترش یابد. همچنین در برنامه‌­های پایش چندگانه یا انباشته هم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یک کوپن دیسکی دارای یک سوراخ نصب است که از بین می‌­رود و از یک پیچ سرتخت، واشر عایق و دیسک عایق برای نصب استفاده می‌­شود.

مزیت کوپن­‌ها چیست؟

کوپن های خوردگی نسبتاً ارزان هستند، نتیجه کاهش وزن مثبت است، نمونه­‌های محصول خوردگی یا باکتری‌ها را می­‌توان از سطح برای مشاهده و آزمایش بیشتر تهیه کرد. همچنین کوپن­‌ها مانند روش‌­های الکترونیکی پایش خوردگی در معرض خرابی ابزار نیستند.

• این تکنیک برای همه محیط­‌ها قابل اجرا است: گازها، مایعات و جریانات جامد/ذرات.
• می‌توان بازرسی چشمی انجام داد.
• رسوبات خوردگی را می‌توان مشاهده و تجزیه و تحلیل کرد.
• کاهش وزن را می‌­توان به راحتی تعیین کرد و نرخ خوردگی را می­‌توان به راحتی محاسبه کرد.
• خوردگی موضعی را می‌­توان شناسایی و اندازه‌گیری کرد.
• عملکرد بازدارنده­­‌ها را می­‌توان به راحتی ارزیابی کرد.

کوپن­‌های خوردگی آنلاین:

کوپن­‌های خوردگی آنلاین به طور گسترده‌­ای در مدارهای فرایند بحرانی برای ارزیابی خوردگی سیالات استفاده می‌شوند. به طور معمول، کوپن‌­های فولادی آلیاژی و فولادی کربنی برای پایش خوردگی استفاده می‌شوند. همچنین کوپن­‌ها می‌­توانند ثابت یا جمع شوند باشند.

در کوپن‌­های جمع شونده در مکان­‌های با درجه حرارت بالا، باید از سیستم آب بندی مناسب استفاده شود.

ارزیابی ماهیت خوردندگی سیال:

بر اساس نرخ خوردگی، کوپن­‌ها (هم برای خوردگی یکنواخت و هم برای خوردگی حفره­‌ای)، می­‌توان ماهیت خورندگی سیال را ارزیابی کرد و میزان افزودنی­‌ها را بهینه کرد. در یک برنامه معمولی پایش، کوپن‌ها به مدت 90 روز قبل از برداشتن برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی در معرض دید قرار می­‌گیرند.

این اندازه­ گیری­‌های اولیه میزان خوردگی را با تکرار چهار بار در سال انجام تخمین می‌­زنند. کاهش وزن ناشی از هرگونه قرار گرفتن در معرض کوپن، مقدار متوسط خوردگی را که در معرض آن قرار می­‌گیرد، دست می‌دهد.

کوپن­‌های خوردگی را می­‌توان با رعایت میزان خوردگی مایل در سال (MPY) در سیستم انجام داد. همچنین داده‌­های ارزشمندی را در مورد طول عمر مواد می­‌توان استخراج کرد. کوپن‌­ها قطعات فلزی هستند که در هر اندازه، شکل و مواد موجود هستند.

کوپن­‌ها باید از ترکیب شیمیایی مشابه خط لوله یا کشتی یا تجهیزاتی که تحت پایش هستند، ساخته شده باشند.

کوپن‌­ها در معرض محلول خورنده مشابه محلول­‌های فرآیند به طور منظم می­‌توانند اطلاعاتی از میزان خوردگی و نوع آن ارائه دهند.

شناسایی مناسب استنسیل (الگو):

کوپن­‌های خوردگی معمولاً با شماره­‌های آلیاژ و ترتیب برای شناسایی مناسب استنسیل (الگو) می­‌شوند. همچنین معمولاً شامل گزارشات Mill test هستند که ترکیب عناصر مواد مورد استفاده را مشخص می­‌کند.

پایش کوپن:

پایش کوپن در محیط­‌هایی که نرخ خوردگی در دوره‌­های طولانی مدت تغییر چندانی نمی­‌کند، مفید است. با این حال، می­‌تواند ارتباط مفیدی با سایر تکنیک­‌ها، مانند مقاومت الکتریکی و روش­‌های مقاومت پلاریزاسیون خطی، ارائه دهند.

این ابزار می‌تواند تا حد زیادی در پایش دقیق نرخ خوردگی در هر محیط بحرانی کمک کند. این ابزار برای موارد زیر مفید است:

• هزینه‌­های تعمیر
• تعمیر و نگهداری
• اندازه گیری تخریب مواد
• تعیین عمر مفید تجهیزات

از تکنیک تشخیص خوردگی برای جلوگیری از ایجاد رسوب و اسکیل در خطوط لوله، چاه‌ها و چند راهه‌های تزریق و غیره استفاده کرد.

کوپن­‌ها و انتخاب مواد:

استفاده دیگر کوپن­‌ها برای انتخاب مواد است. اگر قرار است لوله، کشتی یا مخزنی تعویض شود، اغلب توصیه می‌شود کوپن­‌های متعدد از آلیاژهای مختلف برای بررسی عملکرد هر یک نصب کنید. این مورد به مهندس این امکان را می‌­دهد تا انتخاب مواد لوله یا محل جدید خود را به منظور مصالح مناسب برای محیط خاصی که ممکن است با آن سروکار داشته باشد، بررسی کند.

کوپن­‌ها همیشه باید برای تأیید خواندن پروب و برای تأیید طولانی مدت نرخ خوردگی استفاده شوند.

معایب کوپن­‌های خوردگی این است که برای  به دست آمدن نتایج زمان زیادی طول می کشد و کوپن‌­ها فقط می‌توانند مطالعه متوسطی داشته باشند. کوپن­‌ها میانگین خوردگی را از زمان نصب کوپن تا زمانی که برداشته شد به شما می‌گویند. با این حال، باید این نکته را در نظر گرفت که خوردگی معمولاً یکنواخت و ثابت نیست.

 نقطه ضعف دیگر تکنیک کوپن این است که اگر یک آشفتگی خوردگی در طول دوره قرارگیری در محیط خورنده رخ دهد، کوپن به تنهایی قادر به تشخیص زمان وقوع آن آشفتگی نیست. بسته به مقدار اوج آشفتگی و مدت زمان آن، ممکن است حتی از نظر آماری کاهش وزن قابل توجهی را افزایش نمی‎­دهد.

نرخ خوردگی یکنواخت را می­‌توان از طریق کاهش وزن نمونه با استفاده از یک فرمول ساده ASTM محاسبه کرد:

که در آن:

V: نرخ خوردگی (μm/year)

M∆: تغییر وزن نمونه (mg)

ρ: چگالی آلیاژ (g/cm³)

S: مساحت نمونه در معرض محیط (cm²)

t: مدت زمان قرار گرفتن در معرض (h)

K: ضریب ثابت (10⁶*8.76، با واحدهای مورد استفاده برای سایر اصطلاحات)

پروب­‌های خوردگی دستگاه­‌های پایش مقاوم الکتریکی هستند (ER probe) که در بسیاری از صنایع برای ­پایش سرعت خوردگی بدون جداکردن پروب خوردگی استفاده می­‌شوند.