حفاظت کاتدی لوله چیست؟

<h2 dir="rtl">حفاظت کاتدی خط لوله</h2> <p dir="rtl">خطوط لوله های فولادی دائما در معرض رطوبت، اکسیده شدن و در نتیجه خوردگی قرار دارند. سالانه تعداد زیادی افراد در اثر خوردگی لوله و عدم حفاظت لوله، جان خود را از دست می دهند. به عنوان مثال، 71 درصد از حوادث خط لوله پالایشگاهی و نفت مربوط به خوردگی بوده است. این حوادث ناگوار در مطالعات موردی سازمان توسعه و همکاری اقتصادی اروپا گزارش شده است.&nbsp;</p> <p dir="rtl">برای پیشگیری از حوادثی این چنین، محققان حفاظت کاتدی را پیشنهاد کرده اند. حفاظت کاتدی یا CP روشی است که در آن&nbsp; از یک آنُد فدا شونده استفاده می شود؛ یعنی این آنُد یا الکترون مثبت خودش را به جای سطح لوله فدا می کند و نمی گذارد فلز خورده شود. برویم از نزدیک این پدیده را بررسی کنیم.</p> <p><strong>&nbsp;</strong></p> <p dir="rtl"><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://lh7-us.googleusercontent.com/docsz/AD_4nXep-Ag4FVtzFnxh7lj4_Q3dq_kyggRZwi5tYTL2JqrGGOETiUVeWwYWtJvO6ARXLpBxg0XP96e__IaEgsY2QZCvKVGt7z10IflUMsgMGUMc3ELdAXEPcmE_BPntJq431I4uopzMCwlhquxAGNr3eTBuJS2k?key=0vMQYMs2v8Nbivf1WuNqNQ" width="624" height="468"></p> <h2 dir="rtl">حفاظت کاتدی چگونه رخ می دهد؟</h2> <p dir="rtl">حفاظت کاتدی از جریان مستقیم برای تداخل در فعالیت سلول های الکتروشیمیایی خوردگی استفاده می کند. هنگامی که یک فلز فعال مثل منیزیم یا روی با فولاد در یک الکترولیت غوطه ور شوند، یک جریان بوجود می آید.&nbsp; در نتیجه جریان از آند از طریق الکترولیت به سطح لوله می رسد. خوردگی به سمت آند حرکت می کند تا از خوردگی بیشتر فولاد جلوگیری کند.&nbsp;</p> <p><strong>&nbsp;</strong></p> <h2 dir="rtl"><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://lh7-us.googleusercontent.com/docsz/AD_4nXfiENBNd5Irn8siTXmopUhXHvRoQFK0UhWTeKeZW4bolng3igfm_ve2SFyztzNSwlwob6SZIPEUKHjpXFYOl5GTr5u5X5rfvDLKTaim63eG4OIXH4C62dlow2B7Pt3RvLrDQEECWhyLjrbb7jWVvyv9gR8?key=0vMQYMs2v8Nbivf1WuNqNQ" width="624" height="468">انواع حفاظت کاتدی</h2> <p dir="rtl">دو نوع اصلی حفاظت کاتدی وجود دارد که از آنُدهای مختلف استفاده می کنند: گالوانیکی و جریان اعمال شده (تزریق جریان)</p> <ol> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">حفاظت کاتدی گالوانیکی</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">سیستم گالوانیکی از آندهای متصل شده در مدار استفاده می کند. این آنُدها به یک ساختار حفاظت شده وصل شده اند. علاوه بر این، آندهای گالوانیکی از اختلاف ولتاژ طبیعی بین آند (قطب منفی بالا) و ساختار ( قطب منفی کمتر) استفاده می کند تا جریان را از آند و سازه خارج کنند.</p> <p dir="rtl">زمانی که آنُدهای گالوانیکی (یا&nbsp; آندهای فدا شونده) به درستی اعمال شوند، لوله های فولادی را از خوردگی محافظت کنند. سیستم های CP گالوانیکی برای کار کردن به منبع تغذیه خارجی نیاز ندارند. علاوه بر این، این آندها می توانند هم ماندگاری بالایی داشته باشند و هم کارکرد آسانی داشته باشند.</p> <p dir="rtl">این نوع حفاظت معمولاً در صنعت نفت و گاز برای محافظت از اعضای فولادی دکل ها و سکوهای دریایی استفاده می شود. در اینجا، میله های آلومینیومی مستقیماً روی مقاطع فولادی نصب می شوند تا نقش فلز قربانی را بر عهده بگیرند. آبگرمکن های فولادی و مخازن نیز با استفاده از روشی مشابه به صورت کاتدی محافظت می شوند.</p> <p dir="rtl"><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://lh7-us.googleusercontent.com/docsz/AD_4nXehrSrK8oaiwZoqM0KrQ_Mff9SEn1EWWiVpRqyjKxk88XDvwjA5XXK051sUaXUFlOTFwsUYVYhmTRr-btviq5gaDfqTlF97YvPcBUHkSBDpT6h9ELosYIhYM9m5Ah-Eoyx9wOYfGF645e_oO4BNOVLX84tf?key=0vMQYMs2v8Nbivf1WuNqNQ" width="624" height="468"></p> <p><strong>&nbsp;</strong></p> <p dir="rtl">جنس آندهای گالوانیکی از فلزهای زیر است:</p> <p dir="rtl">منیزینم</p> <p dir="rtl">روی</p> <p dir="rtl">آلومینیوم</p> <p dir="rtl">آلیاژهای دیگر</p> <p dir="rtl">با این حال، اختلاف پتانسیل بین آند گالوانیکی و سازه فولادی برای ایجاد حفاظت کافی نیست.</p> <ol start="2"> <li dir="rtl" aria-level="1"> <h3 dir="rtl" role="presentation">محافظت کاتُدی به روش تزریق جریان (ICCP)</h3> </li> </ol> <p dir="rtl">زمانی که حفاظت کاتدی گالوانیکی جواب نمی دهد، راه حل آن یک منبع تغذیه خارجی است. ICCP از وسیله ای به نام یکسو ساز برای ایجاد اختلاف پتانسیل بزرگتر استفاده می کند که جریان را از آند خارج می کند تا به ساختار محافظت شده جریان یابد.</p> <p dir="rtl"><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://lh7-us.googleusercontent.com/docsz/AD_4nXeX2wSkcbIECSBex2hZcQ6exAsj6jlZrWoR6MmwS-u-4XB9jvKfQiEVbfE1z49g76eDgCe1QpWM5o6swYuHwCF_vdOwTuapSxv9mbrsq9slftVXWhcEfZC75ZfnG7r9oBxmpdMHhNjmQSRSOtJXyrFv01tQ?key=0vMQYMs2v8Nbivf1WuNqNQ" width="624" height="468"></p> <p><strong>&nbsp;</strong></p> <p dir="rtl">مزایای&nbsp; سیستم ICCP عبارتند از:</p> <ul> <li dir="rtl" aria-level="1"> <p dir="rtl" role="presentation">آندهای ماندگارتر</p> </li> <li dir="rtl" aria-level="1"> <p dir="rtl" role="presentation">سیستم های جریان بالاتر</p> </li> <li dir="rtl" aria-level="1"> <p dir="rtl" role="presentation">کنترل سیستم بیشتر</p> </li> <li dir="rtl" aria-level="1"> <p dir="rtl" role="presentation">نظارت آسان</p> </li> </ul> <p dir="rtl">در سازه های بزرگ، ممکن است استفاده از روش های حفاظت کاتدی غیرفعال امکان پذیر نباشد. تعداد آنُدهای فداشونده مورد نیاز برای ارائه جریان کافی، غیر ممکن است. برای رفع این مشکل، از یک منبع انرژی خارجی برای کمک به هدایت واکنش های الکتروشیمیایی استفاده می شود.</p> <p dir="rtl">سیستم های ICCP برای حفاظت از سازه های طولانی مانند خطوط لوله زیرزمینی ایده آل هستند. فلنج&zwnj; های لوله&zwnj;های اتصال معمولاً با استفاده از کیت&zwnj;های جداسازی عایق&zwnj;بندی می&zwnj;شوند تا لوله&zwnj;ها را به بخش&zwnj;های کوچک&zwnj; تر برای حفاظت از ICCP جدا کنند.</p> <h2 dir="rtl">کاربرد حفاظت کاتدی</h2> <p dir="rtl">سیستم کاتدی اغلب برای محافظت از لوله های فولاد در برابر خوردگی استفاده می شود. خوردگی زمانی ایجاد می شود که دو فلز غیر مشابه در یک ماده الکترولیتی مانند آب، خاک یا بتن غوطه ور شوند. در این موقعیت، مسیر رسانای فلز بین دو فلز غیرمشابه بوجود می آید که&nbsp; از طریق آن الکترون های آزاد از فلز فعال تر (آند) به فلز کمتر فعال (کاتُد) حرکت می کنند.</p> <p dir="rtl">&nbsp;اگر الکترون&zwnj; های آزاد آنُد قبل از رسیدن اکسیژن به محل کاتد نرسند، یون&zwnj; ها در مکان&zwnj;های فعال می&zwnj;توانند دوباره ترکیب شوند و هیدروکسید آهن، یعنی زنگ&zwnj; زدگی تولید کنند.&nbsp;</p> <h2 dir="rtl">معایب حفاظت کاتُدی</h2> <p dir="rtl">این سیستم روی سطوح بزرگ فلز که پوشش محافظ ندارند،&nbsp; به خوبی کار نمی کند مثل کف مخازن بزرگ و جوش داده شده. دلیل آن این است که در یک دهانه فلزی طولانی مثل مخزن که عایق نشده است، تقریبا حفظ ولتاژ مناسب غیر ممکن است.&nbsp; علاوه بر این، معایب زیر را هم دارد:</p> <ul> <li dir="rtl" aria-level="1"> <p dir="rtl" role="presentation">هزینه بالا به دلیل تعمیرات دوره ای</p> </li> <li dir="rtl" aria-level="1"> <p dir="rtl" role="presentation">نیاز به نظارت&nbsp;</p> </li> <li dir="rtl" aria-level="1"> <p dir="rtl" role="presentation">کاهش خوردگی به اندازه 0.01 میلی متر در سال</p> </li> </ul> <p dir="rtl">حالا به چه دلیل؟</p> <p dir="rtl">به دلیل افت ولتاژ طبیعی در هنگام جریان. زمانی که سطح فلز روی زمین باشد و عایق نشده باشد، جریان حرکت می کند.&nbsp;</p> <h2 dir="rtl">تفاوت انواع حفاظت کاتُدی</h2> <p><strong>&nbsp;</strong></p> <div dir="rtl" align="left"> <table style="border-collapse: collapse; border-width: 2px; margin-left: auto; margin-right: auto;" border="1"><colgroup><col><col></colgroup> <tbody> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">گالوانیکی</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">ICCP</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">ساده، مقرون به صرفه، بدون نیاز به منبع برق</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">پیچیده تر، نیاز به منبع برق</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">استفاده از آنُدهای الکترونگاتیو مانند منیزیم، روی و آلومینیوم</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">استفاده از آنُدهای خنثی مقاوم در برابر خوردگی</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">خروجی جریان محدود</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">خروجی جریان بالا</p> </td> </tr> <tr> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">نیاز به جایگزینی دوره ای آنُد فدا شونده</p> </td> <td dir="ltr" style="border-width: 2px;"> <p dir="rtl">آنُد نیاز به تمیز کردن دارد</p> </td> </tr> </tbody> </table> </div> <h2 dir="rtl">سلول گالوانیکی و حفاظت کاتُدی</h2> <p dir="rtl">سلول گالوانیکی وسیله ای است که در آن از یک واکنش خود به خودی اکسیداسیون - کاهش برای تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی استفاده می شود. سلول های گالوانیکی انرژی الکتریکی موجود از انتقال الکترون را در یک واکنش ردوکس برای انجام کار الکتریکی مهار می کنند.&nbsp;</p> <p dir="rtl">اساساً از این دستگاه برای تبدیل انرژی شیمیایی ذخیره شده در یون ها به انرژی الکتریکی استفاده می شود. به عنوان مثال، باتری بسته ای از یک یا چند سلول گالوانیکی است که برای تولید و ذخیره انرژی الکتریکی به وسیله روش های شیمیایی استفاده می شود.</p> <p dir="rtl">زمانی که فولاد از فلز روی مذاب جدا می شود، با هوا و رطوبت واکنش می دهد و یک لایه محافظ به نام کربنات روی تشکیل می دهد که یک سلول گالوانیکی با فولاد ایجاد می کند.</p> <p dir="rtl">وقتی سطح فولاد خراشیده می شود یا آسیب می بیند، ، پوشش روی اطراف به عنوان آند قربانی عمل می کند و خورده می شود تا فولاد سالم بماند. این نوع محافظت تا زمانی که کاملا فلز روی تخلیه شود، ادامه می یابد.</p> <h2 dir="rtl">سطوح حفاظت کاتدی</h2> <p dir="rtl">حفاظت کاتدی، پتانسیل یک سطح فلز را در جهت کاتدی حرکت می دهد تا تمایل ترمودینامیکی برای خوردگی را کاهش دهد. هنگامی که فولاد جریان کافی برای انتقال پتانسیل به سطح معینی دریافت می کند، خوردگی اساسا متوقف می شود.</p> <p dir="rtl">تعمیر و نگهداری حفاظت کاتدی</p> <p dir="rtl">نظارت منظم، بهینه سازی و تعمیر لوله ها به دلیل جنس خاک، آسیب پوشش در طول زمان، فعالیت میکروبی و سایر تغییرات برای حفاظت کاتُدی نیاز است.&nbsp;</p> <p dir="rtl">برای این کار، آزمایش ها به طور منظم (به عنوان مثال سالانه) انجام می شود تا مطابق با معیارهای حفاظت کاتدی باشد. اگر معیارها رعایت نشود، اقدامات اصلاحی مانند آندهای اضافی، زهکشی بهبود یافته یا پوشش های محافظ انجام می شود.</p> <p dir="rtl">نتیجه</p> <p dir="rtl">حفاظت کاتدی یک روش کنترل خوردگی چند منظوره است که برای محافظت از سطح لوله ها در برابر خوردگی استفاده می شو. این روش کمی هزینه بر است ولی در عوض در بلند مدت از خسارات جانی و مالی بیشتری جلوگیری می کند. این روش به دو نوع گالوانیکی و ICCP انجام می شود. کاربرد این شیوه برای خطوط نفت و گاز و پتروشیمی بسیار ضروری است.</p>