حفاظت کاتدی و اصول آن 3

شروع موضوع توسط nasim ‏8 می 2017 در انجمن حفاظت کاتدیک

  1. nasim

    nasim New Member

    تاریخ عضویت:
    ‏8 می 2017
    ارسال ها:
    16
    تشکر شده:
    3
    جنسیت:
    زن
    1-4-2- بستـرهای آندی عمیـق

    از بسترهای آندی عمیق در مناطقی که طبقات بالایی خاک مقاومت مخصوص بالایی داشته و یا امکان ایجاد بسترهای آندی افقی و عمودی غیر ممکن باشد و همچنین در مواقعی که تجمع سازه های مدفون را داشته باشیم، استفاده به عمل می آید. این نوع بسترها عبارتند از:

    الف - بستر آندی چاهی خشک

    در این نوع بسترها آندها به صورت عمودی و در یک راستا در کانالی به قطر 30 الی 50 سانتی متر و به عمقی که بستگی به تعداد آندها دارد قرار میگرند . در این نوع بستر پشت بندآندها کک می باشد و لوله ونت مصرفی از جنس فولاد گالوانیزه می باشد. عمق این نوع بستر بستگی به تعداد آندهای مصرفی دارد ، به عبارت دیگر با توجه به اینکه فاصله مرکز به مرکز آندها عموما” 3 متر می باشد و اولین آند تا سطح زمین بایستی حداقل 5/1 متر و آخرین آند تا انتهای بستر حداقل 5/0 متر فاصله داشته باشد ، لذا می توان در محاسبات عمق بستر را بدست آورد . ولی لازم به ذکر است که بنا به نظر طراح فاصله ها و عمق مذکور قابل تغییر می باشد.

    ب - بستر آندی چاهیِ تر

    این نوع بستر مشابهت زیادی با بستر آندی چاهی خشک دارد با این تفاوت که در این نوع بستر پشت بند مصرفی برای آندها آب می باشد، به عبارت دیگر عمق این نوع بسترها بستگی به عمق سفره های آب زیرزمینی دارد، یعنی بایستی حفاری تا عمقی انجام پذیرد که آب کل عمق بستر را در برگرفته و حداقل 12 متر از سطح آند اول بالاتر قرارگیرد .
    در این نوع بستر آندها به وسیله طناب مخصوص و با استفاده از قرقره در مرکز چاه قرار می گیرند و فاصله مرکز به مرکز آنها که بایستی حدود 3 متر باشد به وسیله طناب ها تنظیم میگردد.
    کابل آندها مانند بستر چاهی خشک بوسیله دو راهی اتصال کابل به کابل بستر متصل شده و از هر آند یک کابل به باند باکس مثبت که معمولاً یک باند باکس هشت ترمیناله می باشد اتصال پیدا می کند. در این نوع بستر جهت جلوگیری از ریزش کانال معمولاً از یک لوله فولادی به قطر 12 اینج ( قطر بستر ) و به طول بستر استفاده میگردد. از این نوع بسترها بدلیل هزینه بالای حفاری و نصب آندها در مواقع خاصی استفاده می گردد.

    ۱-5- نحوه حصول اطمینان از عملکرد یک سیستم حفاظت کاتدی

    پس از نصب یک سیستم حفاظت کاتدی، جهت حصول اطمینان از عملکرد سیستم، باید اختلاف پتانسیل بین خاک و سازه فلزی مدفون اندازه گیری شود. اساس این اندازه گیری اعمال یک جریان (حاصل از اختلاف پتانسیل بین خاک و سازه تحت حفاظت) میباشد. اختلاف پتانسیل مذکور در اثر افت ولتاژ سازه مدفون، مقاومت بین سازه و خاک و در نهایت پلاریزاسیون میباشد. واضح است که با توجه به شرایط خاک از نظر مقاومت الکتریکی و درجه عایقی پوشش مصرفی و سطح لوله، مقدار جریان مورد نیاز جهت جلوگیری از خوردگی سطح سازه مدفون، متفاوت خواهد بود. لذا نمیتوان مقدار جریان را به عنوان معیاری جهت ارزیابی نحوه عملکرد سازه مدفون تحت حفاظت کاتدی استفاده نمود. بنابراین پتانسیل جدیدی را که لوله بعد از اعمال جریان حفاظتی اختیار خواهد کرد به عنوان معیار محسوب مینمایند. استانداردهایی جهت کمک به اندازه گیری نحوه عملکرد یک سیستم حفاظت کاتدی تهیه شده است که در بخش معیار های حفاظت کاتدی به آن اشاره گردید. معیار فوق برای سازه ای از جنس فولاد در الکترولیتی مانند خاک برابرmv850- میباشد. مقدار منفی بیانگر این واقعیت است که سازه نسبت به خاک از پتانسیل منفی تری برخوردار بوده و جریان حفاظت کاتدی به سمت محیط های آندی جریان دارد.

    اندازه گیری این اختلاف پتانسیل بایستی در فواصل مکانی و زمانی مشخص که توسط طراح سیستم تعیین میگردد انجام پذیرد. در فواصل مکانی مشخصی که حداقل هر 500 متر و حداکثر هر 1000 متر میباشد با نصب یک ایستگاه اندازه گیری پتانسیل سهل تر خواهد گردید. این ایستگاه که تست پوینت (TEST POINT) نامیده میشود شامل جعبه ای است که کابل متصل شده به لوله (و یا هر سازه فلزی تحت پوشش سیستم حفاظت کاتدی) به روش جوش احتراقی (CADWELD) در آن مستقر گردیده است. تا اندازه گیری مذکور توسط یک ولتمتر و نیم پیل مرجع مس ـ سولفات مس انجام پذیرد. استفاده از نیم پیل مرجع دائمی در کف مخازن روزمینی با قطر زیاد از جمله مواردی است که طراح جهت سهولت و امکان انجام این اندازه گیری بایستی به آن توجه داشته باشد.
    معیار اختلاف پتانسیل یاد شده بستگی به شرایط محیطی متفاوت خواهد بوده به عنوان نمونه در صورتیکه وجود خوردگی میکروبیولوژی در خاک منطقه به اثبات رسد این معیار یعنی mv 850- حداقل mv 100- شیفت پیدا کرده و به mv 950- میرسد به عبارت دیگر در مناطقی که خوردگی میکروبیولوژی در خاک منطقه وجود داشته باشد این معیار حداقل mv 950- خواهد بود. همانطور که این معیار دارای حداقل میباشد بدیهی است که دارای رنجی به عنوان حداکثر مقدار مجاز نیز باشد. حداکثر مقدار این معیار بستگی به نوع پوشش لوله دارد. بدین ترتیب که اگر پوشش لوله از نوع سرد باشد این مقدار نبایستی از mv 1600- تجاوز نماید و در صورتیکه پوشش لوله از نوع گرم باشد حداکثر مقدار مجاز این معیار mv 2200- خواهد بود. در صورتیکه حداکثر معیار فوق رعایت نشود پوشش لوله آسیب دیده و عواقب بعدی را به دنبال خواهد داشت.

    1-6- واکنش های آندی

    یکی از واکنشهایی که پس از نصب و راه اندازی سیستمهای حفاظت کاتدی انجام پذیر میباشند واکنش آندی می باشد. واکنشهای اکسیداسیون زیادی وجود دارند که ممکن است روی سطح یک آند رخ دهد. جنس آندهای مورد مصرف و شرایط محیط باعث میگردند تا یکی از واکنشهای فوق بر دیگر واکنشها غلبه کرده و عموماً اتفاق افتد.
    سه واکنش اولیه که در سطح آند رخ میدهند عبارتند از :
    - اکسید اسیون فلز
    - متصاعد شدن اکسیژن
    - متصاعد شدن کلر

    در آندهای فدا شونده واکنش آندی اولیه بطور نرمال اکسیداسیون فلز است یعنی: M –› Mn+ + ne

    با توجه به اینکه در خاک های خنثی یون فلز ناپایدار است و با آب برای تشکیل یک هیدروکسید یا اکسید هیدراته و یون های هیدروژن واکنش انجام می دهد بنابراین داریم که:M+ + H2O –› MOH + H+

    این واکنش ها تا زمانی که مصرف آندها ادامه دارد باعث بوجود آمدن جریان میگردند. برای آندهای مورد مصرف در روش اعمال جریان در مناطقی که خاک و آب دارای میزان خیلی کمی از کلرید هستند واکنش اولیه آندی متصاعد شدن اکسیژن است یعنی در این آندها واکنش زیر رخ می دهد: 2H2O –› O2 + 4H+ +4e

    وقتی که یون های سولفات در الکترولیت حضور داشته باشند واکنشهایی مشابه واکنشهای زیر اتفاق می افتد:

    SO42-+ 2H2O –› 2H2SO4 + O2 + 4e

    2H2SO4 –› SO42- + O2 + 2H+

    2Cl- –› Cl2 + 2e

    اکسیژن مجدداً آزاد شده و هیدروژن بصورت یون تشکیل میگردد. متصاعد شدن کلر واکنشی است که روی سطح آندهای روش اعمال جریان در حضور یون های کلرید اتفاق می افتد، سپس گاز کلر با آب برای تشکیل اسید هیپوکلرو و هیدروکلریک واکنش خواهد داد. اسید هیپوکلرو تجزیه شده و یون های هیدروژن نیز متناسب با مقدار اسید تشکیل می شوند. بنابراین متصاعد شدن کلر pH در سطح آند را کمتر از متصاعد شدن اکسیژن کاهش می دهد. در جائیکه ذغال کک بعنوان مواد پر کننده برای آندهای روش اعمال جریان استفاده می شود واکنش های آندی در سطح ذرات کک بصورت زیر اتفاق می افتند:


    C + H2O + 2e –› CO + 2H+



    C + 2H2O + 4e –› CO2 + 4H+


    تمام واکنش های اصلی آندی باعث کاهش pH محلول در محدوده آند میشوند. پتاسیل استاندارد400/0+ redox ولت برای یونهای هیدروکسیل و 136/0 + ولت برای یونهای کلر است . ازیک دیدگاه ترمودینامیکی اگر یک آند درالکترولیتی حاوی هر دو یون پلاریزه شده باشد ابتدا اکسیژن متصاعد شده و بعد از آن کلر متصاعد می شود. در عمل این مسئله لزوماً واقعیت ندارد. بعنوان مثال در آندهای گرافیتی افزایش ولتاژ برای متصاعد شدن اکسیژن خیلی بیشتر اززمانی است که برای متصاعد شدن کلر داریم. در یک آند گرافیتی هرگاه از طریق آند واکنش پلاریزه شدن انجام شود قبل از هر چیز گاز کلر متصاعد میگردد.
     

به اشتراک بگذارید