معرفی معیارهای حفاظت کاتدی
روشهای مختلفی وجود دارد که براساس آنها میتوان تشخیص داد که سازه تحت حفاظت کاتدیک بطور مؤثر و کامل تحت حفاظت خوردگی قرار دارد. از آنجا که خوردگی و حفاظت کاتدیک دارای اصول الکتروشیمیایی هستند. بنابراین از روشهاس الکتروشیمیایی بعنوان رایجترین روشها و معیارها برای تعیین میزان حفاظت از خوردگی استفاده میشود.
علاوه بر روشهای الکتروشیمیایی، از انجام بازرسیها نیز برای تعیین شرایط واقعی سازه تحت حفاظت استفاده میشود تا مشخص گردد که آیا سازه در تمام مدت از حفاظت مؤثر و کافی برخوردار بوده است یا نه؟ اگر هیچگونه حمله خوردگی بر سازه تحت حفاظت در محیط خورنده بوقوع نپیوسته باشد میتوان نتیجه گرفت که سیستم حفاظت اعمال شده بطور صحیح و مؤثر کار میکند.
برای سازههای مدفون در زمین و غوطهور در آب در دسترسی به سازهها به آسانی مقدور نیست، معمولاً از معیارهای الکتروشیمیایی برای تعیین میزان حفاظت از خوردگی استفاده میشود.
معیار الکتریکی
برای سازه های مدفون و غوطه ور، معیارهای ارائه شده براساس پتانسیل الکتروشیمیایی سطوح سازه تحت حفاظت، رایجترین معیار برای تعیین میزان حفاظت از خوردگی است. برای اندازهگیری پتانسیل الکتروشیمیایی، از یک ولتمتر با امپدانس بالا استفاده میشود. در این روش اختلاف پتانسیل بین سازه و الکترود مرجعی که در تماس با الکترولیت است طبق شکل 6، اندازهگیری میشود. برای سازههای مدفون در خاک، از الکترود مرجع مس – سولفات مس استفاده میشود.
از الکترودهای مرجع دیگر نیز در شرایط خاص استفاده میشود. مقدار پتانسیل خوانده شده توسط هر الکترود مرجع قابل تبدیل به الکترود مرجع دیگر است. برای اطمینان از این که پتانسیل اعلام شده براساس کدام الکترود مرجع است باید همواره نوع الکترود، به دنبال میزان عددی پتانسیل قید شود. از آنجا که اندازهگیریهای پتانسیل بیشتر برای خطوط لوله مدفون است، بنابراین معمولاً به آن لفظ پتانسیل لوله به خاک اطلاق میشود، حتی اگر منظور اندازهگیری پتانسیل دیواره مخزن نگهدارنده آب در تماس با آب شیرین باشد. اما بهترین و دقیقترین عنوان برای آن، عنوان پتانسیل سازه به الکترولیت است.
لینک های مفید : فروش لوازم جانبی حفاظت کاتدیک
معیارهای حفاظت کاتدی – ساختار پتانسیل سازه نسبت به الکترولیت
معیار پتانسیل سازه نسبت به الکترولیت
به منظور مشخص نمودن آن که سازهای تحت حفاظت کافی میباشد، اندازهگیریهای پتانسیل سازه، به الکترولیت در نواحی مختلف در اطراف سازه انجام میشود. براساس تئوریهای خوردگی، آزمایشهای آزمایشگاهی و مخصوصاً براساس تجربیات میدانی بر روی تعدادی زیادی از سازههای تحت حفاظت کاتدی، معیار پتانسیل سازه نسبت به الکترولیت توسعه یافته است.
استاندارد انجمن ملی مهندسین آمریکا (NACE) شماره RP-01-69
اطلاعات ذیل از این استاندارد تحت عنوان «کنترل خوردگی سطوح خارجی خطوط لوله مدفون در زمین و غوطهور در آب» اقتباس گردیده است.
اندازه گیریهای پتانسیل بر روی خطوط لوله باید در شرایطی انجام پذیرد که الکترود مرجع در تماس با الکترولیت و در نزدیکترین فاصله ممکن از خط لوله قرار داشته باشد. چنین اندازهگیریهایی برای تمام سازهها و در تمام الکترولیتها باید به همین صورت انجام پذیرد. قابل ذکر است که در این مورد باید به افت ولتاژ در مناطقی غیر از منطقه فصل مشترک بین سازه والکترولیت، حضور فلزات غیر همجنس و اثر سازههای غریبه در محیط اطراف سازه در اندازه گیریهای ولتاژ توجه شود. هیچ معیاری به تنهایی برای ارزیابی مؤثر بودن حفاظت کاتدی برای تمام شرایط رضایتبخش نیست. معمولاً مجموعهای از معیارها برای سازههای مشخص باید بکار گرفته شوند.
معیار برای حفاظت کاتدی سازه های فولادی و چدنی
معیارهای برای حفاظت کاتدی سازههای فولادی و چدنی در خاک و آب به شرح ذیل هست:
- سازه پس از اعمال جریان دارای پتانسیلی معادل با 850- میلی ولت با منفیتر نسبت به الکترود مرجع مس – سولفات مس باشد. از آنجا که این پتانسیل موقعی اندازهگیری میشود که جریان حفاظتی به سازه اعمال شده است، بنابراین این اندازهگیری صحیح پتانسیل سازه باید میزان افت ولتاژ که در اثر عبور جریان از داخل الکترولیت حاصل میگردد در پتانسیل قرائت شده اصلاح گردد.
- 100 میلی ولت یا شیفت پلاریزاسیون منفیتر بین سطح خط لوله و الکترود مرجع پایدار که در تماس با الکترولیت باشد تشکیل و یا زوال این پلاریزاسیون در این معیار قابل ارزیابی است.
- یک پتانسیل که حداقل به اندازه پتانسیل حاصل از منحنی E – Log i منفی باشد.
- عبور جریان حفاظتی خالص از الکترولیت به سطح فلز که توسط تکنیک ارزیابی جریان زمین تعیین میشود.
معیار حفاظت برای آلومینیوم
شیفت پتانسیل 100 میلی ولت یا منفیتر که در قسمت 3- 3- 1- 1 ارائه گردید.
توصیه احتیاطی
اعمال ولتاژهای زیاد: اگر پتانسل اعمالی برای حفاظت کاتدی سازه که براساس اندازهگیری پتانسیل بین سطح سازه و یک الکترود مرجع مس – سولفات مس اشباع انجام گرفته، منفیتر از 1/20- ولت باشد، در این صورت سازه خورده میشود. قابل ذکر است که مقدار افت ولتاژ در محیط الکترولیت اطراف سازه باید جبران شده باشد. بنابراین اعمال ولتاژ منفیتر از 1/20- ولت هنگامی مجاز است که نتایج آزمایشات قبلی برای آن محیط خاص نشان داده است که هیچ گونه خوردگی رخ نمیدهد.
شرایط خاک قلیائی: آلومینیوم در محیطهای قلیائی دچار خوردگی میشود. از آنجا که اعمال حفاظت کاتدی باعث افزایش pH در سطح سازههای آلومینومی میشود، بنابراین انجام آزمایشهای لازم بر سطح سازههای آلومینیمی قبل از اعمال حفاظت کاتدی ضروری است تا از بوجود آمدن خوردگی حفرهای بر سطح آلومینیم در محیطهای با pH بیش از 8 جلوگیری شود.
معیار حفاظت برای مس
تغییر پتانسیل در جهت منفیتر معادل 100 میلی ولت یا بیشتر
معیار حفاظت برای سازه های تشکیل شده از فلزات غیر هم جنس
اعمال پتانسیل منفی معادل با پتانسیل مورد نیاز برای حفاظت فلزی از سازه که در جدول پتناسیل آندی تر است. این پتانسیل نباید از حداکثر پتانسیل مجاز برای هر یک از فلزات تشکیل دهنده آن سازه تجاوز نماید. رعایت این مطلب بخصوص زمانی که از آلومینیم در ساخت سازه استفاده شده باشد، ضروری است.
معیار حفاظت برای سرب
معیار برای سرب بشرح ذیل است:
- اعمال پتانسیل 750- میلی ولت یا منفیتر از آن نسبت به الکترود مرجع مس – سولفات مس، البته اندازهگیری این میزان پتانسیل باید در خلال مدت زمانی انجام شود که جریان حفاظتی بر سطح سازه اعمال میشود.
- تغییر پتانسیل در جهت منفی شدن معادل 100 میلی ولت یا بیشتر (رجوع شود به قسمت 3- 3- 1- 1)
توجه: در مورد سرب نیز موارد احتیاطی گفته شده برای آلومینیوم، دربارۀ دقت در جلوگیری از اعمال پتانسیلهای منفیتر از 1/2- ولت و تماس با خاکهای قلیایی صادق است.
عواقب حفظت ناکافی و زیر حد مجاز
اگر پتانسیل اندازهگیری شده سازه، مثبتتر از حد مجاز پتانسیل حفاظتی که توسط معیارهای حفاظت ارائه شده است باشد، سازه تحت حفاظت کامل کاتدی نیست و در نتیجه خورده خواهد شد. البته خوردگی سازه در این حالت کمتر از خوردگی سازه بدون حفاظت است. قابل ذکر است که خوردگی سازه، به نسبت مقدار جریان اعمالی به آن کاهش مییابد. در صورتی که جریان حفاظتی بطور کامل قطع شود، خوردگی سازه پس از گذشت مدت زمان کوتاهی به حالت اولیه قبل از اعمال حفاظت برمیگردد.
عواقب اعمال حفاظت اضافی
همانطور که اعمال پتانسیل منفیتر از حد مجاز پتانسیل حفاظتی بر سازههای آلومینیمی و سربی باعث ایجاد خوردگی در آنها میشود، اعمال این میزان پتانسیل بر دیگر سازهها نیز مشکل آفرین خواهد بود. مثلاً اعمال پتانسیل اضافی بر سازههای فولادی بویژه فولادهای با استحکام بالا، باعث مشکلاتی همچون به هدر رفتن انرژی الکتریکی، کنده شدن و آسیب دیدن پوششهای محافظ و تردی هیدروژنی در آنها میشود.
کنده شدن پوشش های محافظ
اعمال پتانسیل حفاظتی اضافی میتواند منجر به تولید گاز هیدروژن شود. هنگامی که پتانسیل حفاظت کاتدی بر سازههای فولادی به عدد 1/12- ولت نسبت به الکترود مرجع مس – سولفات مس (با قطع جریان لحظهای) برسد، گاز هیدروژن بر سطح فولاد متصاعد و بین سطح فولاد و پوشش محافظ حبس میشود. در نتیجه باعث کنده شدن و آسیب به پوشش محافظ میگردد. پس از آن الکترولیت به فضای بین پوشش و سطح و فلز نفوذ میکند و در آنجا تجمع مییابد. حال از آنجا که پوششها مانند عایقی در مقابل عبور جریان عمل میکنند، مانع از رسیدن جریان محافظ به سطح فلز در نقاط آسیب دیده میشوند که این امر منجر به وقوع خوردگی در آن نقاط میشود. برای سازههای مدفون با پوشش خوب، عمل کنده شدن پوشش به ندرت در پتانسیل مثبتتر از 1/6- ولت (در حالت اعمال جریان) و با 1/12- ولت (در حالت قطع جریان) رخ میدهد. پتانسیلهای اخیر نسبت به الکترود مرجع مس – سولفات مس است.
تردی هیدروژنی
هیدروژن حاصل از اعمال پتانسیلهای اضافی به سازههای فولادی همچنین میتواند باعث افت نرمی فولاد شود. این حالت بویژه برای فولادهای با استحکام بالا (با استحکام تسلیم بیش از 130000 پوند بر اینچ مربع) محتملتر است.
سامانه های حفاظت کاتدی خودکارمعیارهای حفاظت کاتدی آهن
تغییر وضعیت‌ها، مثل تغییر در سطح آب زیرزمین، تغییرات در سرعت جریان سیال و غیره، جریان مورد نیاز حفاظت کاتدی را تغییر میدهد و بنابراین آن را باید به صورت دوره‌ای تنظیم کرد. یک دستگاه ترانسفورماتور – رکتیفایر (T/R) خودکار با یک الکترود مرجع قرار داده شده در زیر زمین همراه با یک دستگاه تقویت کننده، میتواند این تنظیم را انجام دهد. وقتی پتانسیل اندازهگیری شده با الکترود مرجع از حد معینی کمتر باشد، جریان اعمالی به صورت خودکار افزایش مییابد و بالعکس.
معیارهای حفاظت کاتدی آهن
برای سازههای فولادی که باید به صورت کاتدی محافظت شوند، پتانسیل آنها باید به اندازی کافی قطبیده شود. معیارهای زیر به صورت رایج برای بررسی انجام این قطبش کافی، استفاده میشوند:
معیار mV 850 –
بر اساس این معیار، پتانسیل سازه فولادی که تحت جریان اعمالی خارجی محافظت میشود، در مقایسه با پتانسیل الکترود مرجع مس / سولفات مس (CSE) باید حداقل mV 850- یا منفیتر باشد. برای مثال اگر زمین فاقد اکسیژن یا هوا باشد و حاوی باکتری کاهش سولفات (SRB) باشد، این پتانسیل باید mV -950 یا کمتر باشد. پتانسیل لوله / زمین باید در موقعیت “خاموش” بعد از این که جریان برای مدت زمان کوتاهی کافی حداقل چهار ساعت اعمال شد و همچنین در موقعیت “روشن” که جریان هنوز در حال اعمال است، اندازهگیری شود.
مسئله‌ای که وجود دارد این است که الکترود مرجع را نمی‌توان مستقیماً روی سیستم خط لوله زیرزمینی قرار داد و بنابراین پتانسیل اندازهگیری شده باید ۲۰۰ تا mV 300 بیشتر در جهت منفی باشد به ویژه در زمین‌هایی با خورندگی بالا برای رسیدن به معیار mV -850 این اختلاف پتانسیل را ایجاد میکند. این اختلاف به فاصله الکترود مرجع از خط لوله و مقاومت زمین بستگی دارد. برای مثال، در زمینی با مقاومت (P) برابر ohm.cm 5000 و در جایی که فاصله بین الکترود مرجع و خط لوله cm 50 است، پتانسیل اندازهگیری شده باید V -1/2 در سطح باشد؛ در حالی که برای فاصله cm 100 باید V 1/5- باشد.
معیار جا به جایی پتانسیل mV 300
بر اساس این معیار، وقتی جریان کاتدی بر سطح فولادی که باید محافظت شود، اعمال میشود، پتانسیل اندازهگیری شده باید در مقایسه با پتانسیل ایستای سیستم (منظور از پتانسیل ایستا، پتانسیل طبیعی (natural potential) سازه فلزی در محیط الکترولیت قبل از اتصال هر گونه سامانه حفاظت کاتدی به سازه است.) که قبل از اعمال جریان حفاظت کاتدی اندازهگیری میشود، به اندازهmV 300 در جهت منفی جا به جا شود. به هر حال، از آنجا که پتانسیل سیستم تحت اعمال جریان اندازهگیری میشود، افت پتانسیل اُهمی IR باید مدنظر قرار گیرد. تفاوت این معیار با معیار mV -850 این است که پتانسیلهای کمتر از mV -850 ممکن است قابل قبول باشد، اگر پتانسیل ایستای اولیه کمتر از mV -550 باشد، چرا که نتیجه جا به جایی mV 300، پتانسیل کمتر از mV -850 خواهد بود.
معیار جا به جایی قطبش پتانسیل mV 100
علاوه بر معیار اختلاف پتانسیل mV 300 بین پتانسیل ایستا و پتانسیل اندازهگیری شده تحت جریان حفاظت کاتدی، جا به جایی قطبش mV 100 بین پتانسیل ایستایی اولیه و پتانسیل ایسای اندازهگیری شده بعد از اعمال جریان حفاظت کاتدی برای حداقل چهار ساعت و سپس توقف آن با هدف اندازهگیری پتانسیل، نیز باید وجود داشته باشد. از آن جا که این هر دو اندازهگیری در موقعیت خاموش، یعنی یعنی وقتی جریان اعمال نمی‌شود، انجام میشود افت پتانسیل اُهمی IR مشاهده نمی‌شود و بنابراین، به لحاظ نظری این معیار قابل اطمینان‌ترین معیار است.
قابلیت اطمینان معیار حفاظت کاتدی
در عمل، معیار mV -850 معمولاً ترجیح داده میشود، چرا که اجرای آن ساده است. به هر حال، این معیار فقط در مقادیر pH نزدیک به شرایط pH طبیعی و در دماهای پایین قابل اطمینان است و افت پتانسیل اُهمی IR هم بایستی مدنظر قرار گیرد. معیار جا به جایی قطبشmV -100 به دلیل این که شامل افت IR اُهمی نیست، معیار خوبی است، در حالی که معیار نقطه آغاز ناحیه تافل هر دو حداقل پتانسیل و همچنین حداقل جریان مورد نیاز حفاظت کاتدی را نشان میدهد، چرا که E در مقابل log I رسم میشود.
نتیجتاً، معیار حفاظت کاتدی معمولاً قابل اطمینان است، اگر افت IR اُهمی در مقادیر مقبولی باشد. برای مثال، برای یک خط لوله فولادی که پتانسیل ایستای mV -500 در مقایسه با الکترود مرجع مس / سولفات مس (CSE) دارد، جریان حفاظت کاتدی اعمالی، پتانسیل لوله / زمین زیر mV -750 را در ابتدا نتیجه میدهد و سپس بعد از قطبش به mV -850 می‌رسد که به معیار اول دست یافته است. به معیار دوم هم رسیده‌ایم، چرا که اختلاف بین پتانسیلهای “روشن” و “خاموش” برابر
است. بعد از این که جریان قطع شد، مقدار پتانسیل برابرmV 700- اندازهگیری میشود و بنابراین
که بیشترmV 100 است، و از این رو به معیار سوم که معیار جا به جای قطبش است هم دست یافته‌ایم. پتانسیل mV -700 به اندازه mV 150 بیشتر از mV -850 است و بنابراین با توجه به مقادیر جا به جایی قطبش، این نشان میدهد که افت IR اُهمی حدود mV 100 است و پتانسیل به این مقدار کاهش مییابد؛ بنابراین، تا زمانی که افت IR اُهمی در مقابل مقدار پتانسیل کاهش مییابد، پتانسیل میتواند حداقل مقادیرmV 100 باقی بماند، سپس هر کدام از این معیارها قابل اطمینان هستند، معیار اولیه به دلیل سادگی تعیین ترجیح داده میشود؛ به هر حال، برای افت پتانسیل اُهمی بزرگ‌تر، معیار جا به جا قطبش mV 100 تنها معیار قابل اطمینان خواهد بود.
دیدگاه خود را بنویسید