سیستم حفاظت کاتدیک

سیستم حفاظت کاتدیک

مقدمه

هدف از نگارش این متن ارائه توضیحات لازم جهت آشنایی با سیستمهای حفاظت کاتدیک می باشد. در ابتدا تعریف و چرایی انجام حفاظت کاتدیک را شرح خواهیم داد، سپس اجزاء تشکیل دهنده سیستم حفاظت کاتدیک را معرفی خواهیم کرد و در ادامه نیز انواع سیستمهای حفاظت کاتدیک متداول را معرفی و با ذکر مثالهای عملی بررسی خواهیم نمود. لازم به ذکر است کلیه فرمولهایی که در مثالهای عملی ذکر خواهیم کرد برگرفته از استانداردهای معتبر و مورد وثوق بخصوص استاندارد IPS-E-TP-820  میباشد.

حفاظت کاتدی چیست؟

اصولا هر فلزی که جریان از آن خارج شده و وارد الکترولیت شود خورده میشود. حفاظت کاتدی عبارت است از حفاظت کردن فلز از طریق تشکیل یک پیل الکتریکی و یا ایجاد یک سیستم الکترولیز که سازه مورد نظر در آن قطب منفی یا کاتد باشد زیرا در هر دو سیستم آند خورده شده و کاتد سالم باقی می ماند.

چرایی انجام حفاظت کاتدی

هدف از انجام حفاظت کاتدیک جلوگیری از خوردگی یکنواخت (Uniform Corrosion) خطوط لوله و سازه های فولادی مدفون در خاک و یا در تماس با آب مانند مخازن ذخیره آب میباشد. دراینجا ذکر این نکته ضروری است که حفاظت کاتدیک باعث جلوگیری از خوردگی حفره ای (Pitting Corrosion) نمی شود بنابراین حفاظت کاتدیک به تنهایی مانع خوردگی نخواهد شد و در کنار آن انتخاب جنس و پوشش (Coating) مناسب نیز نقش موثری خواهد داشت. بنابر این کاربرد توام پوشش و حفاظت کاتدی برای حفاظت سازه های مدفون در خاک و یا در تماس با آب با صرفه ترین و مطمئن ترین روش مقابله با زنگ زدگی (خوردگی) اکثر سازه های فولادی است مشروط بر این که در طراحی، نصب و بهره برداری از این سیستم ضوابط و اصول مقرر به طور کامل و دقیق رعایت گردد.

جهت انجام حفاظت کاتدیک وجود چهار جزء ثابت ضروری میباشد:

1-    آند

2-    کاتد

3-    اتصال الکتریکی بین آند و کاتد

4-    اتصال الکترو شیمیایی پیوسته از آند تا کاتد (وجود الکترولیت مانند خاک یا آب)

بنابراین انجام حفاظت کاتدیک بر روی زمین در هوای آزاد و بدون وجود یک الکترولیت به دلیل عدم وجود اتصال الکترو شیمیایی پیوسته بی معنی است.

ملزومات مورد استفاده در حفاظت کاتدی

تجهیزات اصلی و مهم تشکیل دهنده سیستم حفاظت کاتدی بشرح ذیل میباشند:

آند در روش اعمال جریان:

الکترودی است که جریان مستقیم را وارد الکترولیت مینماید. بعبارتی دیگر در یک پیل الکترو شیمیایی آند الکترودی است که در آن عمل اکسیداسیون (واکنش خوردگی) صورت گرفته و به واسطه آن یون های فلز وارد الکترولیت میشوند.

انواع آندهای متداول مورد مصرف در روش اعمال جریان:

- آندهای سرامیکی ((Mixed Metal Oxide (MMO)

- آندهای سیلیکونی ((High Silicon Cast Iron (HSCI)

- آندهای پلاتینیوم

آند فدا شونده(آند گالوانیک):

آندی است که با واکنش گالوانیکی سازه را حفاظت میکند. بعبارتی دیگر در یک پیل گالوانیک فلز فعال تر اکسید شده و جریان مستقیم تولید می نماید تا باعث حفاظت فلز نجیبتر (Noble) در همان پیل گردد، این فلز آند نامیده میشود.

انواع آندهای مورد مصرف در روش فدا شونده:

- آندهای روی

- آندهای منیزیم

- آندهای آلومینیوم

با توجه به الکترولیت موجود در یک منطقه نوع آند مصرفی برای محیط متفاوت است و این تفاوت ناشی از شرایط ویژه الکترولیت از جمله مقاومت ویژه، PH، رطوبت و همچنین خواص و قابلیتهای هر یک از آندهای ذکر شده میباشد.

الکترود مرجع (Reference Electrode):

الکترودی است که ایجاد پتانسیل معین در آن قابل تکرار است و به عنوان پایه مقایسه، برای اندازه گیری پتانسیل دیگر الکترودها به کار میرود.

انواع الکترودهای مرجع:

- محلول اشباع شده سولفات مس Cu/CuSo4 (کاربرد عموما در onshore)

- کلرور نقره Ag/AgCl (کاربرد در offshore و دریا)

- روی Zinc  (الکترود دائمی زیر تانکها)

الکترودهای مرجع دیگری از جمله پلاتین و هیدروژن هم داریم که کاربرد آنها آزمایشگاهی است.

مبدل یکسو کننده (Transformer/Rectifier):

معمولا منبع تامین برق در حفاظت کاتدیک عبارت است از یک مجموعه مبدل یکسو کننده که به خط برقرسانی متصل است. اگر خطوط برقرسانی در محل وجود نداشته باشد میتوان از مولدهای دیگر مانند مولدهای دیزلی، خورشیدی، بادی، ترموپیل و توربینی با توجه به جنبه های عملی و اقتصادی استفاده کرد. در مناطق روستایی معمولا واحدهای مبدل یکسو کننده از طریق خط انتقال برق منطقه ای تغذیه میشود. در طراحی بستر آندی و برنامه های توسعه آتی باید دقت نمود تا سیم های حایل تیرهای برق در محدوده بستر آندی قرار نگیرد.

نقاط آزمایش (Test points):

کابل های روکش دار که از یکسو به خط لوله متصل شده اند به جعبه ترمینالهای رو زمینی یا ایستگاه های اندازه گیری وصل میشوند. نقاط وصل شده به لوله (نقاط آزمایش) باید در فواصل مناسب در خط لوله پیش بینی شوند (معمولا در هر کیلومتر خط لوله یک نقطه آزمایش نصب میشود) تا بتوان میزان پتانسیل لوله نسبت به زمین را کنترل نمود. نقاط آزمایش اضافی در مناطق بحرانی مانند غلاف های لوله و یا محل هایی که خورندگی خاک شدید باشد ممکن است لازم گردد. همچنین در محل هایی که خط لوله نزدیک سازه دیگری قرار میگیرد لازم است نقاط آزمایش اضافی جهت اندازه گیری تاثیر متقابل دو سازه نسبت به هم پیش بینی شود.

در مجموع در نقاط ذیل جعبه آزمایش (Test box) قرار میدهیم:

1-    محلهای تقاطع (Crossing)

2-    محل قرار گیری آندهای فدا شونده (Galvanic or Sacrificial Anode)

3-    محل لوله های محافظ (Casing)

4-    نقاط جدا کننده (Insulation Joint)

5-    ابتدا و انتهای خطوط لوله

6-    هر 500 متر در فواصل شهری و 1000 متر در خطوط لوله

انواع روشهای حفاظت کاتدی

جهت انجام عملی سیستمهای حفاظت کاتدی دو روش کلی وجود داد:

1- با استفاده از آندهای فدا شونده (Protection by Sacrificial Anode)

2- روش تزریق جریان (Impressed Current)

بررسی کامل دو روش فوق و ارائه یک مثال کامل عملی در خطوط لوله در مقاله زیر آمده است.

جهت دریافت کامل مقاله فوق بر روی دانلود کلیک کنید.

دانلود