مقاوم در برابر مواد شیمیایی: ساختمان‌های فلزی صنعتی برای کارخانه‌ها

چرا مقاومت در برابر مواد شیمیایی در ساختمان‌های فلزی صنعتی مهم است

تأثیر مواجهه با مواد شیمیایی بر یکپارچگی ساختمان کارخانه

وقتی مواد شیمیایی وارد سازه‌های کارخانه می‌شوند، با گذشت زمان شروع به تخریب اجزا می‌کنند. موادی که در برابر مواد صنعتی محافظت نشده‌اند، به دلیل قرار گرفتن مداوم در معرض این مواد، ترک‌های ریزی تشکیل می‌دهند که می‌توانند پس از تنها پنج سال عملیات، استحکام آن‌ها را حدود ۳۰٪ کاهش دهند. تیرهای فولادی که در معرض میست اسیدی قرار دارند به دلیل مشکلات خوردگی تنشی، سریع‌تر ترک می‌خورند، در حالی که پایه‌های بتنی اغلب در اثر تماس با محلول‌های قلیایی لایه‌لایه می‌شوند. مشکل زمانی تشدید می‌شود که پوشش‌های محافظ ساییده شوند، زیرا این امر قسمت‌های اصلی سازه را در برابر انواع آسیب‌هایی که در سراسر ساختمان گسترش می‌یابند، بدون محافظت رها می‌کند. کارخانه‌هایی که از ابتدا در حفاظت شیمیایی مناسب سرمایه‌گذاری می‌کنند، در آینده از مشکلات بزرگی جلوگیری می‌کنند و ساختمان‌های خود را در طول سال‌ها شرایط سخت تولید سالم نگه می‌دارند.

مواد خورنده رایج در محیط‌های صنعتی

تسهیلات تولیدی با سه دسته اصلی از مواد خورنده مواجه هستند:

• اسیدها و حلال‌ها (سولفوریک، هیدروکلریک) که در فرآوری فلزات استفاده می‌شوند
• محلول‌های قلیایی (هیدروکسید سدیم، آمونیاک) از سیستم‌های تمیزکننده
• آئروسل نمک در تأسیسات ساحلی و ترکیبات کلریدی

خطرات دیگری نیز از اکسیدکننده‌های موجود در محیط‌های مختلف ناشی می‌شود. کارخانه‌های دارویی اغلب با پراکسید هیدروژن سروکار دارند، در حالی که مناطق تصفیه فاضلاب به طور رایج با محصولات سفیدکننده صنعتی کار می‌کنند. غلظت این مواد معمولاً در شرایط عادی بین ۵ تا ۳۰ درصد قرار دارد. با این حال، در صورت وقوع حادثه یا ریزش، مناطقی ایجاد می‌شوند که در آن‌ها غلظت بسیار بالاتر از حد معمول می‌شود. شرایط رطوبت بالا (بالای ۶۰٪) همراه با دماهایی بالاتر از ۳۸ درجه سانتی‌گراد، سرعت تخریب مواد را به شدت افزایش می‌دهد. تحقیقات نشان می‌دهد که این ترکیب می‌تواند خوردگی را تا سه برابر سریع‌تر از شرایط استاندارد پیش ببرد.

پیامدهای مقاومت ضعیف در برابر مواد شیمیایی: توقف عملیات و خطرات ایمنی

وقتی مواد نمی‌توانند در برابر مواد شیمیایی خشن مقاومت کنند، مشکلات به سرعت تشدید می‌شوند. کارخانه‌ها اغلب زمانی متوقف می‌شوند که نیاز به تعمیر آسیب‌های ساختاری دارند و طبق گزارش‌های صنعتی، هزینه توقف هر ساعت به حدود بیست و سه هزار دلار می‌رسد. علاوه بر این، هر زمان که سیستم‌های حفاظتی دچار شکست می‌شوند، جریمه‌های آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) نیز اعمال می‌شود که معمولاً هر بار بیش از صد و بیست هزار دلار است. کف‌ها و سازه‌های نگهدارنده در بسیاری از واحدهای صنعتی نیز در حال فرسودگی هستند که منجر به لیز خوردن و سقوط می‌شود و تقریباً یک چهارم تمام حوادث محل کار را تشکیل می‌دهد. به همین دلیل است که شرکت‌های پیشروی زیادی روی ساختمان‌های فلزی صنعتی که به طور خاص برای قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی طراحی شده‌اند، سرمایه‌گذاری می‌کنند. این سازه‌ها از پوشش‌ها و آلیاژهای تخصصی بهره می‌برند که در عمل در برابر مواد فعال شیمیایی مقاومت می‌کنند و بدون ایجاد تخریب، عملیات را حتی در شرایط سخت به راحتی ادامه می‌دهند.

چگونه ساختمان‌های فلزی صنعتی در برابر خوردگی شیمیایی مقاومت می‌کنند

نقش پوشش‌ها و تیمارهای سطحی با عملکرد بالا

ساختارهای فلزی که در صنعت استفاده می شوند نیاز به حفاظت خوب از مواد شیمیایی دارند که روزانه با آنها روبرو می شوند. موادی مثل پوشش پودری، گالوانیزه کردن و پایان دادن به اپوکسی، دفاعی قوی ایجاد می کنند که مانع از رسیدن مواد خوردنی به فولاد زیر آن می شود. وقتی صحبت از مبارزه با زنگ در شرایط اسیدی می شود، پرایمرهای غنی از روی نیز به خوبی کار می کنند. بعضی از آزمایش ها بر اساس تحقیقات سال گذشته PCE Solutions، حدود 94 درصد موفقیت را نشان می دهند. برای مکان هایی که با مواد شیمیایی خشن سروکار دارند، آلومینیوم آنودیزه شده همه چیز را تغییر می دهد. طول عمر آن بین ۳۰ تا ۵۰ درصد بیشتر از سطوح معمولی بدون درمان است. قبل از اینکه این لایه های محافظتی اعمال شوند، از روش های سخت آزمایشی عبور می کنند. بسیاری از محصولات می توانند بیش از 72 ساعت در این آزمایش های اسپری نمک خاص دوام بیاورند که واقعاً مهم است اگر ساختمان در نزدیکی سواحل یا داخل کارخانه های پردازش مواد شیمیایی باشد.

آلیاژ های مقاوم در خوردگی و کاربرد آنها در پوشش فلزی

درجه‌های فولاد ضدزنگ 304 و 316 به دلیل ترکیب کروم-نیکل که لایه اکسیدی خودتعمیرشونده‌ای را در تماس با اکسیژن تشکیل می‌دهد، در طراحی‌های صنعتی سازه‌های فلزی غالب هستند. برای شرایط سخت، تولیدکنندگان به طور فزاینده‌ای از موارد زیر استفاده می‌کنند:

این آلیاژها به‌صورت استراتژیک در سقف، پانل‌های دیواری و تکیه‌گاه‌های ساختاری که در مناطق خطر اسپری شیمیایی قرار دارند، به کار گرفته می‌شوند.

پیشرفت‌ها در مهندسی سطح برای محافظت بلندمدت

پوشش‌های نانوسرامیک امروزه پیوندهایی تا سطح مولکولی با سطوح فلزی ایجاد می‌کنند که آن‌ها را در برابر سایش و فرسودگی بسیار برتر از رنگ‌های معمولی می‌کند. برخی آزمایش‌ها عملکرد این پوشش‌ها را حدود ۴۰۰ درصد بالاتر از رنگ معمولی ارزیابی کرده‌اند که طبق گزارش مجله Surface Engineering در سال گذشته این رقم ارائه شده است. علاوه بر این، مواد خودتعمیرشونده وجود دارند که حاوی کپسول‌های ریزی در درون خود هستند. هنگامی که سطحی خراشیده می‌شود، این کپسول‌ها باز شده و شکاف‌هایی به عرض نیم میلی‌متر را پر می‌کنند. این امر به حفظ سلامت قطعه حتی پس از قرار گرفتن در شرایط سخت یا تماس با مواد شیمیایی کمک می‌کند. با توجه به داده‌های صنعتی، پردازش PEO نیز هزینه‌های نگهداری و تعمیرات را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. کارخانه‌هایی که از این روش استفاده می‌کنند، در طی پانزده سال نسبت به روش‌های قدیمی، حدود ۶۲ درصد در هزینه‌های تعمیرات صرفه‌جویی می‌کنند. این میزان صرفه‌جویی برای واحدهایی که توقف خط تولید برایشان هزینه‌بر است و تولید باید بدون وقفه ادامه یابد، اهمیت زیادی دارد.

با ترکیب این راهبردهای حفاظت لایه‌ای، ساختمان‌های فلزی صنعتی عمر مقاومت در برابر خوردگی بیش از ۴۰ سال دارند، حتی در محیط‌های پتروشیمی یا دارویی.

دوام اثبات‌شده ساختمان‌های فلزی در شرایط صنعتی سخت

ساختمان‌های فلزی صنعتی دوام استثنایی در محیط‌هایی فراهم می‌کنند که در آن‌ها قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، دماهای بسیار بالا یا پایین و سایش مکانیکی به سازه‌های متداول آسیب می‌زنند. طراحی‌های مدرن با بهره‌گیری از متالورژی پیشرفته و روکش‌های محافظ، عملکرد سازه را در طول دهه‌ها حفظ می‌کنند، حتی در بخش‌هایی مانند فرآوری پتروشیمی که بخارات خورنده و باقیمانده‌های اسیدی تخریب مواد را تسریع می‌کنند.

طول عمر سازه تحت تنش مداوم شیمیایی و محیطی

ساختمان‌های فلزی صنعتی به آلیاژهای خاص و پوشش‌های پیشرفته سطحی متکی هستند تا در برابر مواد شیمیایی سخت مثل کلریدها، سولفیدها و انواع حلال‌های صنعتی که می‌توانند مواد معمولی را از بین ببرند، مقاومت کنند. تحقیقات اخیر در سال 2023 به بررسی این موضوع پرداخته و چیز جالبی درباره ساختمان‌هایی با ورق‌های فولادی پوشش‌دار با روکش روی-آلومینیوم-منیزیم کشف کردند. پس از ده سال قرار گرفتن در معرض عوامل محیطی، این سازه‌ها حدود چهار برابر بهتر از گزینه‌های قدیمی فولاد گالوانیزه در برابر خوردگی نقطه‌ای (پیتینگ) مقاومت نشان دادند. در کاربردهای عملی، تولیدکنندگان اغلب از چندین لایه محافظ استفاده می‌کنند. ابتدا یک پرایمر اپوکسی اعمال می‌شود و سپس با پوشش‌های پلی‌اورتان تکمیل می‌شود که عملاً یک درزگیر در برابر رطوبت و آلاینده‌ها ایجاد می‌کند. همچنین درزهای جوش‌داده شده را فراموش نکنید؛ آن‌ها نشت را دقیقاً در محل اتصالات که مشکلات معمولاً از آنجا شروع می‌شوند، متوقف می‌کنند که این امر در تأسیساتی که روزانه با مواد شیمیایی خطرناک سروکار دارند، اهمیت زیادی دارد.

نیازهای کم تعمیر و نگهداری و تداوم عملیات

ساختمان‌های فلزی مدرن در برابر خوردگی بسیار مقاوم‌تر از گزینه‌های بتنی عمل می‌کنند و بر اساس آخرین داده‌های FM Global از سال 2024، هزینه‌های بلندمدت را حدود 60٪ کاهش می‌دهند. پنل‌های پیش‌پوشیده نیازی به رنگ‌آمیزی مداوم ندارند، در حالی که طراحی‌های زهکشی ویژه از تجمع آب روی سطوح جلوگیری می‌کنند که این امر برای جلوگیری از زنگ‌زدگی بسیار مهم است. برای کارخانه‌هایی که بدون وقفه و شبانه‌روزی کار می‌کنند، این نوع دوام تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند. هنگامی که تجهیزات به صورت غیرمنتظره دچار خرابی می‌شوند، برخی از تولیدکنندگان فقط به دلیل انتظار برای تعمیر، هر ساعت بیش از پانزده هزار دلار ضرر می‌کنند. به همین دلیل است که امروزه بسیاری از مراکز صنعتی به این سازه‌های فلزی روی می‌آورند.

کاربردها در صنایع با مصرف بالای مواد شیمیایی

ساختمان‌های فلزی در واحدهای پتروشیمی، داروسازی و تولیدی

ساختمان‌های فلزی در صنایعی که مواد شیمیایی خسارت قابل توجهی وارد می‌کنند، به‌ویژه در مکان‌هایی مانند پالایشگاه‌ها، تولیدکنندگان دارو و کارگاه‌های صنایع سنگین، ضروری هستند. مواد ساختمانی معمولی تنها نمی‌توانند در برابر حملات روزانه حلال‌های قوی، اسیدهای شدید و مواد خورنده‌ای که این مکان‌ها به طور مداوم با آن‌ها سروکار دارند، مقاومت کنند. به همین دلیل است که سازه‌های فلزی طراحی‌شده به‌صورت خاص، در چنین محیط‌های سختی عملکرد بسیار بهتری دارند. پالایشگاه‌ها به این سازه‌ها نیاز دارند تا بتوانند به‌طور ایمن هیدروکربن‌های خطرناک را در حین فرآوری نگه‌داری کنند. شرکت‌های داروسازی به سطوح فلزی متکی هستند که از رشد باکتری جلوگیری می‌کنند تا محیط‌های تمیز (کلین‌روم) را حفظ کنند. و کارخانه‌هایی که با روغن‌های چرب و پسماندهای صنعتی کار می‌کنند، قاب‌های فلزی را در طول زمان بسیار بادوام‌تر از سایر گزینه‌ها می‌یابند.

راه‌حل‌های مهندسی سفارشی برای چالش‌های خاص بخش‌های صنعتی

راه‌حل‌های سفارشی مشکلات خوردگی مختلفی را که در محیط‌های صنعتی متنوعی دیده می‌شود، برطرف می‌کنند. به عنوان مثال، عملیات پتروشیمی اغلب از پوشش‌های مانع بخار استفاده می‌کنند تا از نفوذ بخارات اسیدی مزاحم جلوگیری شود، در حالی که شرکت‌های داروسازی سطوح داخلی صافی را انتخاب می‌کنند که از تجمع باکتری‌ها جلوگیری کرده و می‌توانند تحمل فرآیندهای تمیزکاری و ضدعفونی مکرر مورد نیاز را داشته باشند. کارخانه‌هایی که با مواد شیمیایی خشن سروکار دارند، زمانی که قسمت‌های خاصی را با آلیاژهای مشخصی که برای آن کار طراحی شده‌اند تقویت می‌کنند — به ویژه در مواردی که با خنک‌کننده‌های قوی یا جریان‌های پسماند کار می‌کنند — بهره‌های واقعی می‌برند. این گونه تصمیمات هوشمندانه مهندسی مستقیماً از پیشرفت‌های تحقیقات علوم مواد نشأت می‌گیرند. بر اساس گزارش Plant Engineering در سال گذشته، این رویکرد حدود ۴۰ درصد از توقف‌های تعمیر و نگهداری غیرمنتظره را کاهش می‌دهد، بدین معنا که تجهیزات حتی در شرایط سخت شیمیایی نیز عمر طولانی‌تری دارند.

‫سوالات متداول‬

عامل تخریب شیمیایی در ساختمان‌های کارخانه چیست؟

تخریب شیمیایی در اثر قرار گرفتن مواد بدون محافظ در معرض موادی مانند اسیدها، بازها و حلال‌ها اتفاق می‌افتد. این فرآیند می‌تواند منجر به ترک خوردن، پوسته‌شدن یا خوردگی ماده شود.

سازه‌های فلزی چرا برای محیط‌های غنی از مواد شیمیایی مناسب هستند؟

سازه‌های فلزی به دلیل پوشش‌های محافظ، آلیاژهای مقاوم و مهندسی پیشرفته در این محیط‌ها ایده‌آل هستند. این ویژگی‌ها دوام و حفاظت در برابر مواد خورنده را تضمین می‌کنند.

کدام نوع مواد شیمیایی در محیط‌های صنعتی بیشترین آسیب را وارد می‌کنند؟

اسیدها (مانند اسید سولفوریک، اسید کلریدریک)، بازها (مانند سدیم هیدروکسید) و آئروسل نمک، مواد خورنده اصلی در این محیط‌ها هستند. سایر عوامل مخرب شامل اکسیدکننده‌ها مانند پراکسید هیدروژن می‌شوند.

مزیت بلندمدت ساختمان‌های صنعتی مقاوم در برابر خوردگی چیست؟

ساختمان‌های فلزی صنعتی هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهند، ادامه عملیات را تضمین می‌کنند و از آسیب ساختاری در طول دهه‌ها حتی در محیط‌های دارای مواد شیمیایی شدید جلوگیری می‌کنند.

پوشش‌ها و آلیاژها چگونه مقاومت شیمیایی را بهبود می‌بخشند؟

پوشش‌هایی مانند اپوکسی و روی‌افشانی جلوی واکنش مواد شیمیایی با فلزات پایه را می‌گیرند، در حالی که آلیاژهای پیشرفته مانند فولاد ضدزنگ مقاومت ذاتی در برابر محیط‌های خورنده فراهم می‌کنند.