حفاظت کاتدیک

CATHODIC PROTECTION

در بسیاری از موارد با روش های مختلفی می‌توان از خوردگی جلوگیری کرد و به طور معمول، از چندین روش حفاظتی در یک زمان برای کنترل خوردگی داخلی و خارجی خطوط لوله استفاده می شود. یادآوری این نکته مهم است که پیشگیری از خوردگی کار ساده ای نیست و شامل ترکیبی از طراحی، اجرای طرح از طریق مشخصات نوشته شده، بازرسی و شیوه های ساخت و ساز می باشد. هنگامی که خط لوله نصب شد، سیستم باید نظارت شود تا اطمینان حاصل شود که تمام روش های جلوگیری از خوردگی محافظت کافی را ارائه می‌دهند.

پوشش‌ها اولین خط دفاعی در برابر خوردگی در صنعت خطوط لوله زیرزمینی محسوب می‌شوند. مقدار حفاظت در برابر خوردگی ارائه شده توسط یک سیستم پوشش خاص به متغیرهای زیادی بستگی دارد. انواع مختلفی از پوشش‌ها وجود دارد و هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند که باید در هنگام انتخاب پوشش به خصوص در استفاده از حفاظت کاتدیک در نظر گرفته شوند. در فرایند انتخاب باید موارد زیر در نظر گرفته شود:

محیط ذخیره سازی، حمل‌ونقل، جابجایی و ساخت و ساز.
شرایط عملیاتی خط لوله (دما، عمر، محیط، CP و غیره).
حالت خرابی پوشش (محافظت CP یا عدم محافظ در صورت جداشدگی).

نقش حفاظت کاتدیک

حفاظت کاتدیک خط لوله با تأمین جریان مستقیم کافی به سطح لوله خارجی به دست می آید، به طوری که پتانسیل فولاد به الکترولیت به مقادیری کاهش می‌یابد که در آن نرخ خوردگی خارجی کاهش می‌یابد. حفاظت کاتدیک معمولاً در ترکیب با یک سیستم پوشش محافظ مناسب برای محافظت از سطوح خارجی خطوط لوله فولادی در برابر خوردگی استفاده می‌شود.

CP تکنیکی برای کاهش خوردگی روی سطح فلز است. سیستم حفاظت کاتدیک به این شرح است که در این فرایند تمام سطوح توسط اعمال جریان هم پتانسیل شده و از ایجاد اختلاف پتانسیل میان نقاط مختلف سازه جلوگیری میشود. بطور کلی وظیفه یک سامانه حفاظت کاتدیک رساندن جریان کافی به سطح فلز برای پلاریزه کردن کاتد های موضعی و رساند پتانسیل آن ها به سطح آند های موضعی می باشد (شکل1).

شکل 1 شماتیک عملکرد سیستم حفاظت کاتدی

CP تنها در صورتی می‌تواند از خط لوله محافظت کند که بتواند مسیری به لوله پیدا کند. سپر الکتریکی را می‌توان به عنوان هر مانعی (پوشش‌های جداشده، سنگ‌ها، فلز و غیره) تعریف کرد که از حرکت جریان CP از خاک یا آب جلوگیری می‌کند و یا منجر به انحراف جریان از خط لوله می‌شود.

عیوب حفاظت کاتدیک

عملکرد و اساس یک سیستم حفاظت کاتدیک این است که سازه تحت حفاظت را به یک پتانسیل خاص که منفی‌تر از پتانسیل مدار باز آن است، پلاریزه کند. به منظور حصول اطمینان از عملکرد صحیح سیستم حفاظت کاتدیک یک سازه، پتانسیل لحظه خاموشی آن سازه نسبت به یک مرجع باید اندازه گیری شود. بر اساس اسناد ارائه شده توسط NACE، باید مقدار پتانسیل لحظه خاموشی 850- میلی ولت نسبت به الکترود مرجع مس/سولفات مس باشد. اندازه‌گیری پتانسیل سازه حفاظت شده را می‌توان به‌صورت زیر انجام داد:

الکترود مرجع تا حد امکان نزدیک به ساختار محافظت شده قرار داده می شود تا مقدار IR_Drop در مدار حفاظت کاتدیک به حداقل برسد.
منبع تغذیه سیستم حفاظت کاتدیک از طریق یک قطع‌کننده جریان قطع شده و پتانسیل سازه محافظت شده اندازه‌گیری می شود.
اگر پتانسیل اندازه‌گیری شده برای فولاد ساده کربنی مثبت‌تر از 850- میلی ولت باشد، سیستم حفاظت کاتدیک عملکرد مطلوبی نداشته و عیب یابی این سیستم ضروری است.

عیب یابی سیستم حفاظت کاتدیک باید برای هر یک از اجزای سیستم انجام شود که شامل موارد زیر است:

منبع تغذیه برای حفاظت کاتدیک تحت تأثیر جریان
کابل های DC
بستر آندی
سازه محافظت شده

باتوجه‌به موارد فوق، عیوب ایجاد شده در یک سیستم حفاظت کاتدیک میتواند به شرح زیر باشد که در ادامه به تشریح هر مورد پرداخته می شود.

منبع تغذیه

باتوجه‌به این موضوع که جریان مورد نیاز در سیستم حفاظت کاتدیک باید از نوع جریان DC باشد، در برخی موارد ترانس رکتیفایر مورد استفاده در سیستم ممکن است در خروجی خود شامل جریان AC نیز باشد. به عبارتی ترانس دارای ریپل باشد. در این شرایط عملکرد سیستم حفاظت کاتدی مختل شده و ممکن است در صورت بالا بودن درصد جریان AC، پلاریزه سازه تحت حفاظت عوض شده و سازه در موقعیت آند قرار گیرد. در نتیجه خروجی جریان از ترانس رکتیفایر از اهمیت ویژهای برخوردار بوده و باید خروجی جریان های AC و DC برای یک ترانس رکتی فایر اندازه گیری شود.

بستر آندی

باتوجه‌به این موضوع که مسیر حرکت جریان از بستر آندی به سمت سازه تحت حفاظت میباشد، لذا بررسی عملکرد آند ها و توزیع جریان به‌صورت یکنواخت میان آند ها حائز اهمیت است. عیوبی که در این بخش از سیستم حفاظت کاتدی مشاهده شود به شرح زیر می باشد:

1- قطع بودن یک و یا چند عدد از آند های بستر

2- تغییر مقاومت بستر آندی

3- عدم توزیع یکدست جریان

4- تداخل با سایر بستر ها

سازه تحت حفاظت

در برخی موارد گزارش شده است که جریان اعمال شده از سوی منبع تغذیه سیستم حفاظت کاتدیک به سازه های بیگانه نشت می کند. در چنین حالتی سازه تحت حفاظت پلاریزه نشده و عملا عملکرد سیستم حفاظت کاتدیک مختل می شود. از جمله مواردی که منجر به ایجاد چنین عیوبی می شود عملکرد نامطلوب کیت های عایقی می باشد که ممکن است جریان اعمالی سیستم حفاظت کاتدیک به سازه های بیگانه نشت کند. شکل 2 شماتیک نشت جریان از سیستم حفاظت کاتدی یک خط لوله به سازه های بیگانه (تجهیز AG، Paving و سامانه ارت) را نشان می دهد.

شکل 2 نشت جریان از سازه تحت حفاظت به سازه های بیگانه