مزايا و معايب لوله با پوششهاي گالوانيزه نسبت به ديگر لوله ها در صنعت مبحث كنترل خوردگي از گذشته مورد توجه بوده و تاكنون روشهاي متفاوتي براي جلوگيري از آن اراي ه گرديده كه در اين ميان با ساخت لوله هاي جديد يا روشهاي پوشش دهي نوين (همچون پوشش دهي بارنگها و پلاستيكها و نيز پوششهاي حفاظتي) سعي شده است كه هر چه بهتر از سطوح لوله محافظت به عمل آيد كه اين توليدات در شرايط مختلف داراي مزايا و معايبي مي باشند. اين گزيده بر آن است كه يكي از پو شش دهي هاي بسيار مرسوم به نام گالوانيزه را كه از حدود پنجاه سال پيش وارد صنعت ايران شده و هنوز جايگاه خود را در اين وادي حفظ كرده است تحت بررسي قرار داده و مزايا و معايب آن را در مقايسه ديگر طرق نوين ساخت وپوشش دهي لوله هاي صنعتي كه در دهه اخير بسيار به چشم مي خورد بر شمارد. راه هاي مختلفي براي محاسبه منافع و مضرات روش هاي مختلف حفاظت از خوردگي وجود دارد كه از مرسومترين آنها مي توان به محاسبه (Net present value) N.P.V براي هر كدام از طرق حفاظتي اشاره كرد كه در اين تحقيق از اين مهم نيز استفاده شده است. در انتها نشان خواهيم داد كه در برخي شرايط همچنان لوله هايي با پوشش گالوانيزه به عنوان بهترين گزينه در صنعت مطرح مي باشند. كلمات كليدي: پوشش دهي لوله گالوانيزه N.P.V حفاظت هزينه 1
مقدمه: كنترل خوردگي به عنوان يكي از مباحث مهم هميشه در موازات صنعت گام برداشته و تاكنون روشهاي متفاوتي براي جلوگيري با آن اراي ه گرديده كه دربرخي مواقع طرق پوشش دهي فلز (همچون پوشش دهي بارنگها و پلاستيكها و نيز پوششهاي حفاظتي) نسبت به ساير طرق خود را برتر نشان داده اند و در مواقعي پوششهايي كه از روش آبكاري ايجاد مي گردند به علت كارايي و راندمان بيشتر ارجح شناخته شده اند. بالفعل در پروژه هاي صنعتي همچون نفت و گاز و پتروشيمي انواع لوله ها با جنس ها و پوششهاي متفاوت و بنا بر شرايط مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند پر واضح است كه هر يك از اين سيستمهاي پوششي داراي مزايا و محدوديتهاي خاص خود بوده كه در بسياري از حالات باعث ترجيح يكي بر ديگري مي گردد.ميزان فشار دما خواص فيزيكي سيال و خواص محيطي از جمله مواردي هستند كه منجر به انتخاب جنس لوله و نيز نوع پوشش آن ميشوند و در شرايط خاصي از مشخصات مذكور طبقه لوله هاي فلزي از قبيل فولاد هاي زنگ نزن و فولادهاي گالوانايز و لوله هاي فولادي با پوششي از انواع رنگها انتخاب شده كه در اين گزيده بررسي خواهند شد. از دير باز و در پروژه هاي صنعتي كيفيت و هزينه تمام شده در مقابل يكديگر قرار مي گيرند به نحوي كه چنانچه بخواهيم يكي را بارز كنيم ديگري را بالاجبار فنا خواهيم كرد لذا هميشه مي بايست به نحوي عمل گردد كه نقطه اي بهينه با بهترين شرايط براي هر دو پارامتر مذكور اجرايي شود. در اين مقاله ابتدا به معرفي اين دسته از روشهاي پوشش دهي پرداخته و سپس با بررسي بعضي از فاكتورهاي مطروحه آنها با يكديگر قياس خواهند شد. گالوانيزه: گالوانيزاسيون عبارت است از ايجاد پوشش فلز روي بر روي فلز پايه آسيب پذيري كه مصرف و كاربرد صنعتي دارد (آهن و فولاد) ضخامت اين پوشش از 15 ميكرون به بالا بسته به نوع مصرف مي تواند مورد استفاده قرار بگيرد تاريخچه صنعت گالوانيزه به سال 1890 در آمريكاي شمالي برمي گردد. پوشش گالوانيزه متشكل از لايه روي واكنش داده شده با تركيبات آهن است كه پوشش بيروني از جنس مشابه تركيب وان گالوانيزاسيون مي باشد و در خلال عمليات گالوانيزه واكنشهاي متالوژيكي پيچيده اي اتفاق مي افتد كه حاصل آن ايجاد لايه هايي از آلياژهاي مختلف آهن - روي است. اين لايه ها شامل مقادير مختلفي از آهن و روي مي باشند كه مقدار آنها به فاصله از فولاد پايه بستگي دارد. لايه هاي نزديكتر به فولاد پايه داراي آهن بيشتر و روي كمتري نسبت به لايه هاي بعدي مي باشند. شكل زير نمايي عمومي از اين لايه ها را نشان مي دهد. رشد لايه هاي 2
آلياژي با رسيدن دماي فولاد به دماي وان كم كم متوقف مي گردد. هنگامي كه قطعه از وان خارج مي شود يك لايه روي خالص تشكيل شده كه ظاهري براق و نقره اي ايجاد خواهدكرد. Eta 100% Zn Zeta 93-94% Zn Delta 90-92% Zn Gamma 72-79.5% Zn Base steel شكل (1) ساختار آلياژي تشكيل شده در گالوانيزه گرم ساير پوششها: در اين مقاله ساير پوششهايي را كه با گالوانيزه قابليت قياس دارند به سه دسته كلي رنگهاي با عمر كوتاه عمر متوسط عمر طولاني تقسيم كرده كه توضيحات آنها در ادامه به شكل مشروح آورده شده است آنچه كه بيشتر مي بايست مد نظر قرار بگيرد فاكتورهاي تعيين كننده چون سايز لوله نحوه آماده سازي سطح نوع پوشش عمر آن شرايط محيطي از لحاظ رطوبت و دما هزينه تمام شده و كيفيت كلي و... مي باشد كه در زير موارد كليدي از آنها جدا گرديده و بررسي خواهند شد. مقايسه پوششهاي گالوانيزه و رنگها: 1) هزينه اوليه : هزينه اوليه پوششهاي گالوانيزه معمولا كمتر از ديگر روشهاي حفاظتي و پوشش دهي مي باشد بايد در نظر داشت در پو ششهايي مانند رنگ كه در نگاه اوليه شايد هزينه هاي كمتري بر آن متصور مي شويم مي بايست هزينه هاي پرسنلي براي رنگ آميزي در قياس با عمليات كارخانه اي مانند گالوانيزاسيون را به آن اضافه نمود. اگر بخواهيم به صورت درصدي اين مقدار را مشخص كنيم سهم نيروي انساني براي رنگ آميزي% 60 در قبال % 30 براي گالوانيزاسيون مي باشد. 2) بررسي تعميرات و هزينه هاي جاري: حتي در مواردي كه هزينه هاي اوليه گالوانيزاسيون بيشتر از ساير پوشش دهي ها باشد هزينه هاي لوله هايي با اين نوع پوشش در طول زمان به طور تقريبا ثابت باقي مي ماند چون نياز به تعميرات كمتري خواهند داشت البته نوع رنگ مورد استفاده نيز پارامتر بسيار مهمي در ميزان هزينه هاي جاري مي باشد. 3
3) عمر پوشش لوله: عمر پيش بيني شده براي لوله هايي كه با گالوانيزه پوشش داده مي شوند بيشتر از پنجاه سال بوده و عمر پوشش لوله هايي رنگ آميزي شده بنا بر نوع رنگ بين 2 تا 11 سال متغير مي باشد در شكل (2) عمر پوششهاي گالوانيزه با ضخامتهاي متفاوت و در محيطهاي مختلف نشان داده شده است. 300 عمر پوشش لوله بر حسب سال 250 200 150 100 50 محيط شديدا مرطوب محيط صنعتی محيط مرطوب محيط شهری محيط روستايی 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 ضخامت پوشش گالوانيزه (μ) شكل (2) پيش بيني عمر پوشش بر اساس ضخامت در محيط هاي مختلف 4) استحكام پوشش: پوششهاي گالوانيزه به علت داشتن ساختار واحد متالورژي كه كاملا مقاوم به تنش هاي مكانيكي ناشي از حمل و نقل و نصب و نيز آسيبهاي احتمالي در زمان عمليات مي باشد از استحكام بيشتري نسبت به ديگر طرق برخوردار بوده البته لازم به ذكر است كه اين پارامتر كاملا به شرايط محيطي وابسته بوده ومحيط هاي خاص مطمي نا تجويز مخصوص خود را طلب خواهند كرد كه به عنوان مثال رنگي با پايه رزيني توصيه شده بهترين استحكام را ايجاد خواهد كرد لذا مبحث فعلي شرايطي متعادل و يكسان را تحت بررسي قرار مي دهد.. 5) حفاظت خودبخودي از قسمتهاي آسيب ديده : در لوله هاي گالوانيزه قسمتهاي آسيب ديده جزي ي از سطح يك لوله تشكيل كاتد مي دهد كه در طي عمليات اين قسمتها به علت تشكيل يك پيل گالوانيكي از پوشش روي به عنوان آند استفاده كرده و از آسيب رسيدن به بخشهاي خراش برداشته جلوگيري مي كند ولي ساير اقسام پوشش دهي داراي اين قابليت نمي باشند.. 4
6) حفاظت كامل: تمام قسمتهاي يك لوله به خصوص در بخشهاي اتصال دهنده كه احتمالا امكان وجود نقاط فرو رفته يا قسمتهاي برآمده وسطوح عريان بوده كه آن قسمتها شانس پوشش دهي نداشته و از همين نوع حفاظت گالوانيكي برخوردار خواهند بود در صورتي كه ساير پوششها توانايي برطرف نمودن اين مشكل را ندارند. 7) سهولت در بازرسي: سطوح لوله ها با هر دوپوشش گالوانيزه و رنگ به راحتي با چشم غير مسلح قابل وارسي و تشخيص مي باشند. 8) مدت زمان نصب: زماني كه لوله هايي با پوشش گالوانيزاسيون وارد سايت شده به صورت مستقيم قابليت نصب را دارا مي باشند و مانند ساير لوله ها كه با ديگر انواع پوشش دهي مانند رنگ و يا پوششهاي غير اندود نياز به آماده سازي اوليه سطوح نخواهند داشت. مثلا براي يك پوشش رنگ چهار لايه حداقل به زماني در حدود يك هفته نياز مي باشد و اين در صورتي است كه شرايط جوي اين اجازه را بدهد ولي لوله هاي گالوانيزه در بدو ورود به سايت و مستقل از شرايط جوي قابليت نصب را دارا مي باشند. :(Net present value) N.P.V در صنعت كنوني اكثرا نوع پوشش دهي ها براساس قيمت تمام شده و شرايطي كه قطعه مي خواهد در آن قرار بگيرد تعيين مي گردد. آنچه كه تجربه و علم ثابت كرده پوشش هاي گالوانيزه به علت خواصشان مي توانند بسيار كارآمد باشند. اما اگر بخواهيم از لحاظ اقتصادي به اين مهم بنگريم راه هاي مختلفي براي قياس حفاظت از خوردگي وجود دارد كه مرسومترين آنها محاسبه (Net present value) N.P.V مي باشد. اين شيوه محاسباتي در برگيرنده قيمت اوليه حفاظت هزينه هاي تعمير و نگهداري عمر قطعه و نرخ تورم است. M 1 NPV = I + ( 1+ r) M 2 + + P p 1 2 ( 1+ r) etc كه در آن 5
I: قيمت اوليه سيستم حفاظتي : M 1 قيمت تعمير و نگهداري در سال P 1 ام M: 2 قيمت تعمير و نگهداري در سال P 2 ام R: نرخ تورم مورد مطالعاتي: با توجه به اينكه در صنايع مختلف مبناي محاسباتي عمر مفيد تجهيزات 25 سال تعريف شده و نرخ 11% در نظر گرفته مي شود. حال چهار سيستم مختلف مرسوم حفاظتي را كه قابليت قياس با يكديگر را دارند از لحاظ نرخ NPV مورد بررسي قرار مي دهيم: -گالوانيزه( Galvanized (Hot dip : روش غوطه وري گرم بنا براستاندارد BS729 با حداقل ضخامت پوشش دهي 85 ميكرومتر بر روي فولاد مبناي محاسبات قرار گرفته. عمر متوسطي كه براي يك چنين لوله اي در اين استاندارد ذكر شده بيشتر از 50 سال است و براي پروژه با عمر 25 سال بدون اينكه نياز به تعمير داشته باشد بسيار مناسب است و اگر بنابر واحد عمل كنيم NPV اين پوشش دهي 100 در نظر گرفته مي شود و دقيقا برابر با هزينه اوليه مي باشد چونكه هزينه تعمير ندارد. NPV = 100 - پوشش رنگ كوتاه مدت coating) :(Low term protection رنگ هايي با عمر كوتاه كه بنا بر استانداردها در حدود 2 الي 3 سال بوده و براي 25 سال مي بايست 8 بار رنگ آميزي شود كه هزينه اوليه آن 55 واحد بوده و هزينه تعمير مجدد آن 30 و هزينه سومين بار به علت برداشتن پوشش اوليه 55 واحد و با همين روند ادامه خواهد داشت نرخ 156 NPV مي باشد. NPV = 55 + 21.93 + 29.4 + 11.73 + 15.72 + 6.27 + 8.4 + 3.35 + 4.5 = 156.3 - پوشش رنگ معمولي coating) :(Medium term protection سيستم پوشش دهي كه ابتدا مي بايست سطوح تميز شده و به آنها رنگ اوليه زده مي شود و در انتها رنگ اصلي بر روي آن مي نشيند عمر مفيدي حدود 5 سال دارد و بعد از آن مي بايست تكرار شود كه براين اساس براي 25 سال 5 6
بار تكرار مي گردد. هزينه اوليه حدود 75 واحد هزينه بار دوم 37/5 واحد و هزينه سومين بار به علت برداشتن پوشش اوليه 75 واحد و با همين روند ادامه خواهد داشت كه در اين صورت NPV 153 مي باشد. NPV = 75 + 44.51+ 13.21+ 15.67 + 4.65 = 153.07 - پوشش رنگ مرغوب coating) :(Long term protection سيستم پوشش با رنگ مرغوب paint) (superior كه ابتدا سطح بوسيله ماسه يا فشار آب كاملا تميز شده و روي آن سه بار پوشش دهي مي شود. عمر مفيد اين سيستم بنا بر استانداردها 11 سال بوده و براي 25 سال مي بايست دو بار رنگ آميزي شود كه هزينه اوليه آن 135 واحد بوده و هزينه تعمير مجدد آن 67/5 و نرخ 156= NPV مي باشد. NPV = 135 + 21.41 = 156.41 Latex را - ديگر پوششهاي قابل مقايسه: از ديگر پوششهايي كه در شرايطي مشابه قابليت قياس با گالوانيزاسيون را دارند مي توان پوششهايي مانند نام برد كه با عمري در حدود 15 سال و هزينه اوليه اي معادل 117 داراي 189= NPVمي باشد. اگر بخواهيم در يك نگاه نرخ NPV را براي پوششهاي مطروحه مشاهده كنيم مي توان به جدول زير مراجعه كرد: نوع پوشش سالها 24 جمع 20-21 18 15 12 9-10 6 3 0 100 ١٠٠ Hot dip Galvanized 156/3 153/07 156/4 189 4/5 3/3 4/6 8/4 6/3 15/7 72/6 15/7 21/4 11/7 13/2 29/4 44/5 21/9 55 75 135 117 Low term protection coating Medium term protection coating Long term protection coating Latex جدول( 1 ) قياس مقدارNPV براي پوششهاي مختلف در يك نگاه نتيجه گيري: 7
با توجه به مباحث مذكور با در نظر گرفتن همان مدت زمان 25 سال براي پروژه ها قيمت ساير حفاظتهاي سطحي تقريبا بين 150% تا 190% بيشتر از قيمت گالوانيزه تمام خواهد شد. پر واضح است كه اين محاسبات خود نشان دهنده آن است كه گالوانيزه هيچ رقيب جدي براي پوشش دهي هايي كه براي مدت زمانهاي طولاني در نظر گرفته مي شود و نگاهي به آينده داشته باشند ندارد. ولي هميشه مي بايست اين مهم را در نظر گرفت كه شرايط محيطي و طول زمان استفاده از لوله عوامل بسيار مهمي در انتخاب نوع پوششها مي باشند. مراجع: 1 ب) هرنگ خدايي. طرح توليد قطعات با پوشش گالوانيزه گرم. وزارت صنايع و معادن. 1385 (2 امير حسيني كلورزي. خوزستان. 1384 آشنايي با عيوب روشهاي ترميم و بازرسي پوششهاي گالوانيزه گرم. مجتمع فولاد 3) استاندارد شماره 1291 موسسه استاندارد تحقيقات صنعتي ايران. پوششهاي گالوانيزه 4) Kimberli J.Dunham, M.S; Preparing Hot dip galvanized steel surfaces for painting or powder coating: A primer ; 2003, American Galvanizers Association 5) NACE 98 Paper # 509, "Costing Considerations for Maintenance and New Construction Coating Work." 6) ASTM- A385,. Providing high quality Zinc coatings (Hot dip),. 2006 8