شرکت حافظ دیار مهتاب (کنترل خوردگی) مشهد

حفاظت كاتدی خطوط لوله
اصول خوردگی براساس خواص فعل و انفعالات الكتروشیمیایی است كه در آند تولید الكترون و در كاتد مصرف الكترون صورت می پذیرد . واكنش های الكترو شیمیایی انحلال فلز و آزاد شدن گاز هیدروژن ، بر طبق معادلات زیر است :

^-M → Mn⁺ + ne
2H ⁺ +2e^- → H₂

در پروسه خوردگی لوله مدفون درخاك ، نقاط آندی و كاتدی در هر حال موجود هستند و با انتقال جریان الكتریسیته از نواحی آندی از فلز به محیط اطراف خوردگی رخ می دهد و در نقاط كاتدی كه جریان از محل اطراف به فلز می رسد خوردگی صورت نمی گیرد . به همین دلیل فلز را می توان به طور جزئی بوسیله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمی بودند و هنگام نصب و یا كار آسیب نمی دیدند لوله های فلزی هرگز خورده نمی شدند . پیدایش عیوب در لایه های محافظ یا وجود سوراخ ها، حتی اگر اتفاقی باشد ما را ملزم می كند كه حفاظت نوع دومی را هم برای فلزات مدفون در خاك بكار بریم . روش عمومی استفاده از حفاظت كاتدی است.
در این روش با وارد شدن یك پتانسیل كاتدی ، قطعه مهندسی به یك كاتد ( قطب منفی) تبدیل می گردد؛ در حقیقت جریان از طرف محیط به تمام سطح لوله می رسد پس در حقیقت دیگر خوردگی نخواهیم داشت و لوله محافظت می گردد.
حفاظت كاتدی را میتوان به تنهایی هم بكار برد ولی به مقدار جریان زیادی نیاز است. بنابراین بهترین روش آن است كه از یك لایه محافظ مناسب استفاده كرد و بعدا بوسیله حفاظت كاتدی آنرا تقویت نمود.
حفاظت كاتدی به دو شیوه اعمال می گردد:
1- جریان اعمالی Impressed current
2- آند فدا شونده sacrificial anode
حفاظت کاتدی بوسیله جریان اعمالی:
حفاظت از این طریق در حقیقت ساخت و کنترل یک سلول خوردگی بزرگ است . در این سلول پایانه منفی جریان مستقیم به خط لوله و پایانه مثبت به یک رسانای مصرف شدنی دفن شده وصل می شود و این رسانا آند نامیده می شود. جریان مستقیم معمولا از طریق یک یکسو کننده به لوله وارد می گردد و در حقیقت یک مدار الکتریکی بوسیله عبور جریان توسط خاک از آند به خط لوله به وجود می آید.
در حقیقت سرمایه گذاری برای تاسیسات حفاظت کاتدی ، بخش کوچکی از هزینه کل تجهیزات است برخلاف حفاظت بوسیله پوشش ها ، تداوم هزینه ها برای تجهزات و کنترل وجود دارد ؛ در حقیقت این بحث شامل اندازه گیری و برآورد تجهیزات ، طراحی و نصب آنها ، اندازه گیری و تفسیر نتایج بدست آمده و سپس تعمیر و نگه داری است.

جدول۱- انواع آند با جریان خارجی برای حفاظت كاتدی

آندهای فدا شونده :

در بخش هایی كه امكان ایجاد ایستگاه حفاظت كاتدی وجود ندارد از این روش برای حفاظت استفاده می شود . به طور مثال در بخش هایی كه شبكه برق وجود ندارد و یا مسیر های كوتاه و یا تجهیزات موقت . در این روش به شیوه یك پیل گالوانیك و با استفاده از جدول استاندارد الكترو شیمیایی (e.m.f ) و با اتصال فلزات منفی تر در جدول باعث تبدیل شدن خط لوله به قطب كاتد و فلز متصل شده به عنوان قطب آند ، فلز منفی تر خود را فدای قطعه مهندسی می نماید در واقعی پیل گالوانیك ایجاد شده است .

مورد نیاز آند فدا شونده و سطح مقطع آند به طول مدت زمان حفاظت و جریان لازم طبق قانون V=IR دارد. فولاد گالوانیزه كه روكشی ازروی را برخوردار دارد یك مدار آند فدا شونده است .
در جدول (۲) چند نوع آند قربانی شونده به همراه مشخصات آنها وجود دارد.
جدول ۲- مقایسه انواع آندهای فدا شونده

بین آندهای قربانی شونده ، منیزیم متداول ترین است . اگر چه راندامان آن پایین است ( حدود 50 درصد) لیكن این كمبود با پتانسیل بسیار منفی آن جبران شده و در نتیجه جریان بالایی بدست میدهد.
طریقه ایجاد حفره برای قرار دادن آند فدا شونده همانند حفره برای ایستگاه های اعمال جریان خارجی است. با این تفاوت كه مواد پشت بند برای این نوع حفره كاملا مخصوص بوده و با فرمول تجاری تولید می شود. همچنین كابل خروجی از آندهای فدا شونده باید به طور مستقیم به سازه فلزی متصل گردد.

از آندهاي فداشونده در موارد زير ميتوان استفاده نمود:
الف - خطوط لوله با پوشش خوب كه نياز به جريان حفاظتي خيلي كمي دارند.
ب - رفع مشكلات مربوط به تداخل و جريان هاي سرگردان
ج -خطوط لوله كوتاه با پوشش خوب
د - در نقاط مشخصي بر روي خطوط لوله (نقاط بحراني) كه ممكن است تنها چند فوت از خط لوله نياز به حفاظت داشته باشد.
هـ - فراهم نمودن حفاظت موقتي قسمتي از خط لوله مدفون كه در شرايط خوردگي موضعي قرار دارد. مانند منطقه عبور خط لوله از عرض رودخانه .
و - جهت حفاظت كف مخازن رو زميني كه داراي سطح وسيعي نباشند.
- آندهاي مورد مصرف روش آند فداشونده:
انواع آندهاي مورد مصرف در روش فدا شونده عبارتند از:
1) آندهاي روي
2) آندهاي منيزيم
3) آندهاي آلومينيوم
با توجه به الكتروليت موجود در يك منطقه نوع آند مصرفي براي محيط متفاوت است و اين تفاوت ناشي از شرايط ويژه الكتروليت از جمله مقاومت ويژه، PH، رطوبت و همچنين خواص و قابليتهاي هر يك از آندهاي ياد شده ميباشد. به عنوان نمونه آندهاي فداشونده با توجه به الكتروليت و مقدار مقاومت آن به صورت زير دسته بندي ميشوند:
الف) آندهاي مصرفي در آب:

ب) آندهاي مصرفي در خاك:

سيستم حفاظت كاتدي به روش اعمال جريان

يك سيستم اعمال جريان بايد شامل يك يا چند ايستگاه به عنوان منبع جريان DC، بستر آندي و كابل هادي جريان باشد. موقعيت اين ايستگاه ها در طول خط لوله بستگي به امكان دسترسي به نيروي برق متناوب و ميزان كاهش پتانسيل دارد. كاهش ميزان حفاظت يك خط لوله از محل نصب سيستم حفاظت كاتدي نيز بستگي به مقاومت طولي خط لوله و هدايت پوشش لوله دارد.
معيار احداث بسترهاي آندي عمودي و افقي بايستي بر اساس استاندارد IPS-C-TP-820 بوده و انتخاب محل بسترهاي مذكور بايستي پس از بررسي نتايج مربوط به بازرسي و كنترل محيطي صورت پذيرد. حداقل فاصله بستر آندي از خط لوله مدفون يا سازه هاي مجاور بستگي به مقدار جريان مورد نياز سيستم داشته و با افزايش مقدار جريان اين فاصله نيز افزايش خواهد يافت.
معيار اين فاصله عبارتست از : 50 متر براي 30 آمپر، 100متر براي 50 آمپر، 200 متر براي 100 آمپر و 300 متر براي 150 آمپر ميباشد. ابعاد كابلهاي مورد مصرف در اين سيستمها بايد به گونه اي انتخاب شوند كه در زمانيكه حداكثر جريان طراحي از مدار عبور مي كند، ميزان افت ولتاژ كمتر از 5 درصد باشد. اطلاعات مربوط به كابلها و سيمهاي مورد مصرف در اين نوع سيستمها در استاندارد IPS-M-TP-750 و DIN VDE 027 موجود ميباشد. تمامي كابلهاي مربوط به خروجي از قطب مثبت ركتيفاير به بسترهاي آندي بايد پيوسته بوده و حداكثر 150 متر طول داشته باشند.
سيستم حفاظت كاتدي به روش اعمال جريان بهتر است در خارج از محلي كه خطر انفجار و آتش سوزي دارد طراحي و نصب گردد، مگر در حالات استثنا كه بايستي بر اساس استانداردهاي DIN-VDE-0165 و ياEN 50014 , AFK-Empfehlung No.5 صورت پذيرد. به عبارت ديگر استفاده از ترانسفورمر ـ ركتيفاير، جعبه هاي اتصال ((BOND BOX ، جعبه هاي اندازه گيري اختلاف پتانسيل(TEST POINT OR TEST BOX) بايستي از نوع ضد انفجار طراحي و مورد استفاده قرارگيرد.

- آندهاي مورد مصرف در روش اعمال جريان:

آند چدن پر سيليس (سيليكون)

آند آلياژ دور يكلر

آند چدن پر سيليس كروم دار

آند پلاتينيوم

آند چدن پرسيليس موليبدن دار

آند گرافيتي

عمده ترين آندي كه در روش اعمال جريان مورد استفاده دارد آند چدن پرسيليس ميباشد، اين نوع آندها در پشت بندهاي كربني كارآيي آندهاي گرافيتي را داشته و در خاكهايي با مقاومت ويژه كم نسبت به آندهاي گرافيتي ارجحيت دارند. همچنين امكان استفاده از اين آندها در دانسيته جريان هاي بالا وجود دارد. عناصر تشكيل دهنده اين نوع آلياژ عبارتند از : 0.95%C, 14.4% Si , 0.7%Mn و مابقي Fe .
كارآيي يك آند با نحوه نصب آن داراي رابطه مستقيم مي باشد، به قسمي كه يك عايق بندي ضعيف در محل اتصال به واسطه خوردگي حفره اي به مقدار قابل توجهي از كار آيي آند مي كاهد. عمر مفيد آندهاي مذكور معمولاً تا زماني در نظر گرفته ميشوند كه قطر آنها در حدود 33% كاهش يابد كه البته اين مقدار بستگي به قطر اوليه و ميزان خوردگي حفره اي و همچنين تنشهاي مكانيكي دارد. بنابراين دو برابر كردن سطح مقطع آند عمر مفيد را بيش از دو برابر افزايش خواهد داد.اين نوع آلياژ داراي مقاومت بسيار بالايي در بسياري از محيطهاي خورنده ميباشد. استثنا قابل توجه در اين مورد اسيد فلوريدريك است، در حقيقت اين چدنها مقاومترين فلزات و آلياژهاي تجارتي (غير گرانبها) ميباشند.