فناوری حفاظت کاتدی خطوط لوله در برابر خوردگی
حفاظت در برابر خوردگی خطوط لوله را می توان با استفاده از فناوری های مختلفی انجام داد که موثرترین آنها روش الکتروشیمیایی است که شامل حفاظت کاتدی می باشد. اغلب، حفاظت کاتدی ضد خوردگی همراه با درمان یک سازه فولادی با ترکیبات عایق استفاده می شود.
در این مقاله حفاظت الکتروشیمیایی خطوط لوله مورد توجه قرار گرفته و زیرگونه های کاتدی آن به طور ویژه مورد بررسی قرار گرفته است. شما خواهید آموخت که ماهیت این روش چیست، چه زمانی می توان از آن استفاده کرد و از چه تجهیزاتی برای حفاظت کاتدی فلزات استفاده می شود.
محتوای مقاله
انواع حفاظت کاتدی
حفاظت از خوردگی کاتدی سازه های فولادی در دهه 1820 اختراع شد. برای اولین بار، این روش در کشتی سازی استفاده شد - بدنه مسی کشتی با محافظ های آند محافظ پوشانده شد که به طور قابل توجهی میزان خوردگی مس را کاهش داد. این تکنیک پذیرفته شد و به طور فعال شروع به توسعه کرد، که آن را به یکی از موثرترین روش های حفاظت ضد خوردگی امروز تبدیل کرد.
حفاظت کاتدی فلزات با توجه به تکنولوژی اجرا به دو نوع طبقه بندی می شود:
- روش شماره 1 - یک منبع جریان خارجی به ساختار محافظت شده متصل می شود که در حضور آن محصول فلزی خود به عنوان کاتد عمل می کند، در حالی که الکترودهای بی اثر شخص ثالث به عنوان آند عمل می کنند.
- روش شماره 2 - " تکنولوژی آبکاری": سازه ای که باید محافظت شود در تماس با یک صفحه آج ساخته شده از فلزی با پتانسیل الکترونگاتیو بالاتر است (از جمله فلزات روی، آلومینیوم، منیزیم و آلیاژهای آنها). عملکرد آند در این روش توسط هر دو فلز انجام می شود، در حالی که انحلال الکتروشیمیایی فلز صفحه آج تضمین می کند که حداقل جریان کاتد مورد نیاز از ساختار محافظت شود. با گذشت زمان، صفحه آج به طور کامل از بین می رود.
روش شماره 1 رایج ترین است. این یک فناوری ضد خوردگی با قابلیت پیاده سازی آسان است که به طور موثر با بسیاری از انواع خوردگی فلزات مقابله می کند:
- خوردگی بین کریستالی فولاد ضد زنگ؛
- خوردگی حفره ای؛
- ترک خوردگی برنج از افزایش تنش؛
- خوردگی ناشی از جریان های سرگردان
بر خلاف روش اول که برای حفاظت از سازه های بزرگ (مورد استفاده برای خطوط لوله زیرزمینی و سطحی) مناسب است، حفاظت الکتروشیمیایی گالوانیکی برای استفاده با محصولات کوچک طراحی شده است.
روش گالوانیکی به طور گسترده در ایالات متحده مورد استفاده قرار می گیرد، عملاً در روسیه استفاده نمی شود، زیرا فناوری ساخت خطوط لوله در کشور ما، درمان بزرگراه ها را با پوشش عایق مخصوص، که پیش نیاز الکتروشیمیایی گالوانیکی است، فراهم نمی کند. حفاظت.
لازم به ذکر است که خوردگی فولاد تحت تأثیر آب های زیرزمینی بدون آن به طور قابل توجهی افزایش می یابد، که به ویژه برای دوره های بهار و پاییز معمول است. در زمستان، پس از یخ زدن آب، خوردگی ناشی از رطوبت به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
جوهر تکنولوژی
حفاظت از خوردگی کاتدی با اعمال جریان مستقیم انجام می شود که از یک منبع خارجی به سازه محافظت شده عرضه می شود (اغلب از یکسو کننده هایی استفاده می شود که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می کند) و پتانسیل آن را منفی می کند.
خود جسم، متصل به جریان مستقیم، یک "منهای" - یک کاتد است، در حالی که زمین آند متصل به آن یک "به علاوه" است. یک شرط کلیدی برای اثربخشی حفاظت کاتدی، وجود یک محیط الکترولیتی با رسانایی خوب است، که خاک هنگام محافظت از خطوط لوله زیرزمینی است، در حالی که تماس الکترونیکی از طریق استفاده از مواد فلزی با رسانایی بالا به دست می‌آید.
در فرآیند اجرای فناوری بین محیط الکترولیتی (خاک) و جسم، اختلاف پتانسیل جریان مورد نیاز به طور مداوم حفظ می شود که مقدار آن با استفاده از یک ولت متر با مقاومت بالا تعیین می شود.
ویژگی های حفاظت کاتدی خطوط لوله
خوردگی عامل اصلی کاهش فشار انواع خطوط لوله است. در اثر آسیب به فلز در اثر زنگ زدگی، شکاف ها، حفره ها و ترک هایی روی آن ایجاد می شود که منجر به تخریب سازه فولادی می شود. این مشکل به ویژه برای خطوط لوله زیرزمینی که دائماً در تماس دائمی با آب های زیرزمینی هستند، بسیار مهم است.
حفاظت کاتدی خطوط لوله گاز در برابر خوردگی به یکی از روش های فوق (با استفاده از یکسو کننده خارجی یا روش گالوانیکی) انجام می شود. فناوری در این مورد امکان کاهش سرعت اکسیداسیون و انحلال فلزی را که خط لوله از آن ساخته شده است را کاهش می دهد که با تغییر پتانسیل خوردگی طبیعی آن به سمت منفی حاصل می شود.
از طریق آزمایشات عملی، مشخص شد که پتانسیل قطبش کاتدی فلزات، که در آن تمام فرآیندهای خوردگی کند می شوند، برابر است با -0.85 V، در حالی که برای خطوط لوله زیرزمینی در حالت طبیعی -0.55 ولت است.
برای اینکه حفاظت ضد خوردگی موثر باشد، لازم است پتانسیل کاتدی فلزی را که خط لوله از آن ساخته شده است با جریان مستقیم 0.3- ولت کاهش داد، در این حالت، نرخ خوردگی فولاد از 10 میکرومتر تجاوز نمی کند. در طول سال.
حفاظت کاتدی موثرترین روش حفاظت از خطوط لوله زیرزمینی در برابر جریان های سرگردان است. مفهوم جریان های سرگردان به بار الکتریکی اطلاق می شود که در نتیجه عملکرد نقاط زمین برای خطوط برق، صاعقه گیرها یا حرکت قطارها در امتداد خطوط راه آهن وارد زمین می شود. پی بردن به زمان و مکان دقیق ظهور جریان های سرگردان غیرممکن است.
اثر خورندگی جریان های سرگردان روی فلز در صورتی رخ می دهد که ساختار فلزی پتانسیل مثبتی نسبت به الکترولیت داشته باشد (برای خطوط لوله زیرزمینی، خاک به عنوان الکترولیت عمل می کند). از سوی دیگر، حفاظت کاتدی، پتانسیل فلزی خطوط لوله زیرزمینی را منفی می کند که خطر اکسید شدن آنها را تحت تأثیر جریان های سرگردان از بین می برد.
فن آوری استفاده از منبع جریان خارجی برای حفاظت کاتدی خطوط لوله زیرزمینی ترجیح داده می شود. مزایای آن یک منبع انرژی نامحدود است که قادر به غلبه بر مقاومت خاک است.
به عنوان منبع جریان برای حفاظت در برابر خوردگی، از خطوط برق هوایی با ظرفیت 6 و 10 کیلو وات استفاده می شود، اما در صورت عدم وجود خطوط برق در قلمرو، می توان از ژنراتورهای سیار که با گاز و گازوئیل کار می کنند استفاده کرد.
مروری دقیق بر فناوری حفاظت از خوردگی کاتدی (فیلم)
تجهیزات حفاظت کاتدی
برای محافظت در برابر خوردگی خطوط لوله زیرزمینی، از تجهیزات ویژه استفاده می شود - ایستگاه های حفاظت کاتدی(SKZ)، متشکل از واحدهای زیر:
- زمین (آند)؛
- منبع جریان مستقیم؛
- نقطه کنترل، نظارت و اندازه گیری؛
- اتصال کابل ها و سیم ها.
یک CPS، متصل به شبکه برق یا به یک ژنراتور مستقل، می تواند حفاظت کاتدی چندین خط لوله زیرزمینی مجاور را به طور همزمان انجام دهد. تنظیم جریان می تواند به صورت دستی (با تغییر سیم پیچ روی ترانسفورماتور) یا به صورت خودکار (در صورت مجهز بودن سیستم به تریستور) انجام شود.
در میان ایستگاه های حفاظت کاتدی که در صنایع داخلی استفاده می شود، پیشرفته ترین نصب از نظر فناوری Minerva-3000 (طراحی شده توسط مهندسان فرانسوی به سفارش گازپروم) است. ظرفیت این SPZ برای محافظت موثر 30 کیلومتر از یک خط لوله زیرزمینی کافی است.
مزایای نصب عبارتند از:
- افزایش قدرت؛
- عملکرد بازیابی اضافه بار (به روز رسانی در 15 ثانیه رخ می دهد).
- در دسترس بودن سیستم های کنترل دیجیتال برای نظارت بر حالت های عملیاتی؛
- تنگی کامل گره های بحرانی؛
- قابلیت اتصال تجهیزات برای کنترل از راه دور.
تاسیسات ASKG-TM همچنین در ساخت و سازهای داخلی به طور گسترده ای مورد تقاضا هستند، در مقایسه با Minerva-3000 آنها دارای قدرت کاهش یافته (1-5 کیلو وات) هستند، با این حال، در پیکربندی انبار، سیستم مجهز به مجموعه تله متری است که به طور خودکار کنترل می کند. عملکرد SKZ و دارای قابلیت کنترل از راه دور است.
ایستگاه های حفاظت کاتدی Minerva-3000 و ASKG-TMنیاز به منبع تغذیه 220 ولت. کنترل از راه دور تجهیزات با استفاده از ماژول های GPRS داخلی انجام می شود. SKZ ابعاد نسبتا بزرگتری دارد - 50 * 40 * 90 سانتی متر و وزن - 50 کیلوگرم. حداقل عمر مفید دستگاه ها 20 سال می باشد.