محافظت کاتدی: کاربردها و استانداردها

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

خوردگی واکنش شیمیایی و الکتروشیمیایی یک فلز با محیط آن است که باعث آسیب به آن می شود. با سرعت های مختلفی جریان دارد که می توان آن را کاهش داد. از نقطه نظر عملی، حفاظت کاتدی ضد خوردگی سازه های فلزی در تماس با زمین، آب و محیط های حمل شده مورد توجه است. سطوح بیرونی لوله ها به ویژه در اثر نفوذ خاک و جریان های سرگردان آسیب دیده است.

خوردگی داخلی به خواص محیط بستگی دارد. اگر گاز است، باید کاملاً از رطوبت و مواد مهاجم مانند سولفید هیدروژن، اکسیژن و غیره تمیز شود.

اصل کار

اشیاء فرآیند خوردگی الکتروشیمیایی محیط، فلز و رابط بین آنها هستند. محیطی که معمولاً خاک یا آب مرطوب است رسانایی الکتریکی خوبی دارد. یک واکنش الکتروشیمیایی در سطح مشترک بین آن و ساختار فلز صورت می گیرد. اگر جریان مثبت باشد (الکترود آند)، یون های آهن به محلول اطراف می روند و در نتیجه فلز از دست می رود. واکنش باعث خوردگی می شود. با جریان منفی (الکترود کاتد)، این تلفات وجود ندارد، زیرا درالکترون ها به محلول منتقل می شوند. این روش در آبکاری برای پوشش فولاد با فلزات غیرآهنی استفاده می شود.

حفاظت در برابر خوردگی کاتدی زمانی حاصل می شود که یک پتانسیل منفی به یک جسم آهنی اعمال شود.

برای این کار، یک الکترود آند در زمین قرار می گیرد و یک پتانسیل مثبت از منبع تغذیه به آن متصل می شود. منهای به شی محافظت شده اعمال می شود. حفاظت کاتدی-آندی منجر به تخریب فعال خوردگی فقط الکترود آند می شود. بنابراین، باید به صورت دوره ای تغییر کند.

اثر منفی خوردگی الکتروشیمیایی

خوردگی سازه ها می تواند در اثر عمل جریان های سرگردان از سیستم های دیگر رخ دهد. آنها برای اشیاء هدف مفید هستند، اما آسیب قابل توجهی به سازه های مجاور وارد می کنند. جریان های سرگردان می توانند از ریل وسایل نقلیه برقی پخش شوند. به سمت پست رد می شوند و وارد خطوط لوله می شوند. هنگام خروج از آنها، بخش های آندی تشکیل می شود که باعث خوردگی شدید می شود. برای حفاظت، از زهکشی الکتریکی استفاده می شود - حذف ویژه جریان از خط لوله به منبع آنها. حفاظت کاتدی خطوط لوله در برابر خوردگی نیز در اینجا امکان پذیر است. برای این کار باید مقدار جریان های سرگردان را بدانید که توسط دستگاه های مخصوص اندازه گیری می شود.

با توجه به نتایج اندازه گیری های الکتریکی، روشی برای حفاظت از خط لوله گاز انتخاب می شود. یک درمان جهانی یک روش غیرفعال برای جداسازی لوله ها از تماس با زمین با استفاده از پوشش های عایق است.حفاظت کاتدی خط لوله گاز به روش فعال اشاره دارد.

حفاظت از خطوط لوله

طراحی‌ها در زمین از خوردگی محافظت می‌شوند اگر منهای یک منبع DC را به آنها وصل کنید و مثبت آن را به الکترودهای آندی که در نزدیکی زمین مدفون شده‌اند. جریان به ساختار می رود و آن را از خوردگی محافظت می کند. به این ترتیب حفاظت کاتدی خطوط لوله، مخازن یا خطوط لوله مستقر در زمین انجام می شود.

الکترود آند تخریب می شود و باید به طور دوره ای تعویض شود. برای مخزن پر از آب، الکترودها در داخل آن قرار می گیرند. در این حالت مایع همان الکترولیت خواهد بود که جریان از آندها به سطح ظرف می گذرد. الکترودها به خوبی کنترل می شوند و به راحتی قابل تعویض هستند. در زمین، انجام این کار دشوارتر است.

منبع تغذیه

در نزدیکی خطوط لوله نفت و گاز، در شبکه های گرمایش و آبرسانی که نیاز به حفاظت کاتدی دارند، ایستگاه هایی تعبیه می شود که از آنها ولتاژ به اجسام تامین می شود. اگر آنها در فضای باز قرار می گیرند، درجه حفاظت آنها باید حداقل IP34 باشد. هر کدام برای اتاق های خشک مناسب است.

ایستگاه‌های حفاظت کاتدی خطوط لوله گاز و سایر سازه‌های بزرگ دارای ظرفیت ۱ تا ۱۰ کیلووات هستند.

پارامترهای انرژی آنها در درجه اول به عوامل زیر بستگی دارد:

• مقاومت بین خاک و آند؛
• رسانایی خاک؛
• طول منطقه حفاظتی؛
• عمل عایق پوشش.

به طور سنتی، مبدل حفاظت کاتدی یک نصب ترانسفورماتور است. اکنون با یک اینورتر جایگزین شده است که ابعاد کوچکتر، پایداری جریان بهتر و راندمان بیشتر دارد. در مناطق مهم، کنترل کننده هایی نصب می شوند که عملکرد تنظیم جریان و ولتاژ، یکسان سازی پتانسیل های حفاظتی و غیره را دارند.

تجهیزات در نسخه های مختلف در بازار ارائه می شود. برای نیازهای خاص، طراحی فردی برای اطمینان از بهترین شرایط عملیاتی استفاده می شود.

پارامترهای منبع تغذیه

برای محافظت در برابر خوردگی آهن، پتانسیل حفاظتی 0.44 ولت است. در عمل به دلیل تأثیر آخال ها و وضعیت سطح فلز، باید بزرگتر باشد. حداکثر مقدار 1 ولت است. در صورت وجود پوشش روی فلز، جریان بین الکترودها 0.05 mA/m² است. اگر عایق خراب شود، به 10 میلی آمپر در متر افزایش می یابد^2.

حفاظت کاتدی در ترکیب با روش های دیگر موثر است، زیرا برق کمتری مصرف می شود. در صورت وجود پوشش رنگ بر روی سطح سازه، تنها مکان هایی که در آن شکسته شده است با روش الکتروشیمیایی محافظت می شود.

ویژگی های حفاظت کاتدی

1. با ایستگاه یا ژنراتورهای سیار نیرو می گیرد.
2. موقعیت اتصال زمین آند به مشخصات خطوط لوله بستگی دارد. روش قرار دادن می تواند توزیع یا متمرکز باشد و همچنین در اعماق مختلف قرار گیرد.
3. مواد آند با حلالیت کم برای ماندگاری 15 سال انتخاب شده است.
4. پتانسیل محافظتیفیلدهای هر خط لوله محاسبه می شود. اگر پوشش های محافظ روی سازه ها وجود نداشته باشد، تنظیم نمی شود.

الزامات استاندارد گازپروم برای حفاظت کاتدی

• عملکرد در تمام طول عمر تجهیزات حفاظتی.
• محافظت از نوسانات.
• قرار دادن ایستگاه در جعبه های بلوک یا در یک طرح مستقل ضد خرابکاری.
• زمین آندی در مناطقی با حداقل مقاومت الکتریکی خاک انتخاب می شود.
• ویژگی های مبدل با در نظر گرفتن پیری پوشش محافظ خط لوله انتخاب می شوند.

محافظت از آج

این روش نوعی حفاظت کاتدی با اتصال الکترودها از یک فلز الکترونگاتیو تر از طریق یک محیط رسانای الکتریکی است. تفاوت در نبود منبع انرژی است. آج با حل شدن در یک محیط رسانای الکتریکی، خوردگی را جذب می کند.

چند سال دیگر آند باید به دلیل فرسودگی تعویض شود.

اثر آند با کاهش مقاومت تماس آن با محیط افزایش می یابد. با گذشت زمان، می تواند با یک لایه خورنده پوشیده شود. این منجر به از بین رفتن تماس الکتریکی می شود. با قرار دادن آند در مخلوط نمکی که محصولات خوردگی را حل می کند، کارایی بهبود می یابد.

نفوذ محافظ محدود است. محدوده با مقاومت الکتریکی محیط و اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد تعیین می‌شود.

حفاظت حفاظتی در غیاب منابع انرژی یا هنگام استفاده از آنها استفاده می شوداز نظر اقتصادی غیر عملی همچنین در کاربردهای اسیدی به دلیل سرعت انحلال بالای آندها مضر است. محافظ ها در آب، خاک یا در یک محیط خنثی نصب می شوند. آندها معمولاً از فلزات خالص ساخته نمی شوند. روی به طور غیریکنواخت حل می شود، منیزیم خیلی سریع خورده می شود و یک لایه اکسید قوی روی آلومینیوم تشکیل می شود.

مواد آج

برای اینکه محافظ ها خواص عملکردی لازم را داشته باشند، از آلیاژهایی با افزودنی های آلیاژی زیر ساخته می شوند.

• Zn + 0.025-0.15% Cd+ 0.1-0.5% Al - حفاظت از تجهیزات در آب دریا.
• Al + 8٪ روی + 5٪ Mg + Cd، In، Gl، Hg، Tl، Mn، Si (کسری از درصد) - عملکرد سازه ها در آب جاری دریا.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - حفاظت از ساختارهای کوچک در خاک یا آب با غلظت کم نمک.

استفاده نادرست از برخی از انواع محافظ ها منجر به عواقب منفی می شود. آندهای منیزیم می توانند به دلیل ایجاد شکنندگی هیدروژنی باعث ترک خوردگی تجهیزات شوند.

محافظت کاتدی فداکاری ترکیبی با پوشش های ضد خوردگی اثربخشی آن را افزایش می دهد.

توزیع جریان حفاظتی بهبود یافته و به میزان قابل توجهی آندهای کمتری مورد نیاز است. یک آند منیزیم تنها یک خط لوله با پوشش قیر را به مدت 8 کیلومتر و از یک خط لوله بدون پوشش تنها 30 متر محافظت می کند.

محافظت از بدنه خودرو در برابر خوردگی

در صورت شکسته شدن روکش، ضخامت بدنه خودرو در عرض 5 سال تا 1 میلی متر کاهش می یابد، یعنی.زنگ زدگی بازسازی لایه محافظ مهم است، اما علاوه بر آن، راهی برای متوقف کردن کامل فرآیند خوردگی با استفاده از حفاظت کاتدی-محافظتی وجود دارد. اگر بدنه را به کاتد تبدیل کنید، خوردگی فلز متوقف می شود. آندها می توانند هر سطح رسانایی واقع در نزدیکی باشند: صفحات فلزی، حلقه زمین، بدنه گاراژ، سطح جاده مرطوب. در این حالت، با افزایش سطح آندها، راندمان حفاظتی افزایش می یابد. اگر آند یک سطح جاده باشد، یک "دم" از لاستیک متالیز شده برای تماس با آن استفاده می شود. در مقابل چرخ ها قرار می گیرد تا پاشش بهتر شود. "دم" از بدن جدا شده است.

باتری پلاس از طریق یک مقاومت 1 کیلو اهم و یک LED به صورت سری به آند متصل می شود. هنگامی که مدار از طریق آند بسته می شود، هنگامی که منهای به بدنه متصل می شود، در حالت عادی LED به سختی به طور قابل توجهی می درخشد. اگر به شدت بسوزد، پس یک اتصال کوتاه در مدار رخ داده است. باید علت را پیدا کرد و از بین برد.

برای محافظت، یک فیوز باید به صورت سری در مدار نصب شود.

هنگامی که خودرو در گاراژ است، به آند اتصال به زمین متصل می شود. هنگام رانندگی، اتصال از طریق "دم" برقرار می شود.

نتیجه گیری

حفاظت کاتدی راهی برای بهبود قابلیت اطمینان عملیاتی خطوط لوله زیرزمینی و سازه‌های دیگر است. در عین حال، تأثیر منفی آن بر خطوط لوله مجاور ناشی از تأثیر جریان های سرگردان باید در نظر گرفته شود.