حفاظت کاتدی به همراه مبانی الکتروشیمیایی آن

سيستمهاي حفاظت کاتدی به همراه مبانی الکترو شیمیایی:

حفاظت کاتديک يك روش الکتروشيميايي براي جلوگيري يا کنترل خوردگي سازههاي فلزي مدفون يا مستغرق میباشد. سيستمهاي حفاظت کاتدی سيستمهایی پویا هستند که براي کنترل خوردگي از جريان الکتريسيته استفاده میکنند. درصورت قطع جريان، خوردگي با سرعتی متناسب با ترکيب ماده/محيط رخ خواهد داد و درصورتيکه جريان تأمين شده براي حفاظت کامل کافي نباشد، خوردگي با سرعت کمتري انجام میشود.

پس از اینکه سيستم حفاظت کاتدی براي ايجاد حفاظت کافي نصب و تنظيم شد، باید جريان و پتانسيلها نسبتاً ثابت بمانند. تغييرات جريان يا پتانسيل نشاندهنده بروز مشکل ميباشد.

مزايا:

در مورد تأسيسات خدمات شهری دو گزینه وجود دارد (1):نصب و نگهداري از سیستمهای حفاظت کاتدی؛ يا (2) تعويض دورهاي تأسيسات، زمانیکه میزان نشتي ناشي از خرابي در آنها به هزينهای عملیاتی (یا بارمالي) تبدیل میشود.

سيستمهاي حفاظت کاتدی با نصب و نگهداري صحيح، باعث افزايش نامحدود طول عمر تجهيزات شده و تا حد زيادي هزينههاي عملیاتی را کاهش میدهند، از طرفی وجود اين سيستمها مسئولیت بالقوه دولت در خصوص بروز عیوب غیرمنتظره و ناگهانی در خدمات، نظير انفجار تأسيسات گازرساني و نشتی باک هواپیما، را نيز کاهش ميدهد. پاک سازي محيط زيست، حمل و نقل و دورريزي خاک آلوده، کنترل ملزومات و ساير هزينههاي مرتبط با نشتهای »قابل گزارش« )بيش از 3785 ليتر یا1000 گالن(، ميتواند براي دولت بيش از يک ميليون دالر هزينه در پي داشته باشد.

گزارش نقض قانون1 نيز ميتواند جريمه و مجازاتهايي به دنیال داشته باشد. درکل، حفاظت کاتدی براي نگهداری از هرنوع سازه فلزي در محيط خورنده با کمترين هزينه عملیاتی ضروری ميباشد.

تعمیر و نگهداري سيستم حفاظت کاتدی:

عملکرد سيستم را ميتوان با اندازهگيري جريان تغذیه، اندازهگیری پتانسيل تجهیز، يا ترجيحاً با ترکيبي از هر دو روش کنترل نمود. تعمیر و نگهداری برنامهریزی شده ميتواند شامل بازرسي و تنظيم قسمتهاي مختلف دستگاه، مانند يکسوکنندههاي جريان يا آندها باشد.

در حالیکه تعمیر و نگهداري برنامهريزي نشده ميتواند شامل عيب يابي و تعمير قسمتهايي نظير بسترهاي آندي يا تجهیزات رسانا باشد که طي بررسيهاي برنامهريزي شده معيوب شناخته شدهاند.

فرايند خوردگي:

درک اصول سيستمهاي حفاظت کاتدی بر پایه درک ماهيت فرايند خوردگي است. خوردگي فلزات یک فرايند الکتروشيميایي است. در اين فرايند، يک مدار الکتريکي وجود دارد که جابجایی الکترونها از طريق واکنشهاي شيميايي در قسمتی از آن انجام ميشود. اين واکنشهاي شيميايي در سطحي از فلز که در مجاورت الکتروليت است رخ ميدهد. واکنشهاي اکسيداسيون (خوردگي) در سطح آند و واکنشهاي کاهشی در سطح کاتد انجام ميشوند.

سيستمهاي کنترل خوردگي با تبديل سازة حفاظت شده به کاتد در يک پيل خوردگي بزرگتر، اين واکنشهاي اکسيداسيون را جابجا کرده و »سيستم حفاظت کاتدی « ناميده ميشوند. آندها در سيستم حفاظت کاتدی براي ايفاي نقش آند در اين پيل خوردگي بزرگتر نصب میشوند و مکاني را براي انجام تمامي واکنشهاي اکسيداسيون در پيل فراهم ميآورند.

براي توصيف دقیق اصول حفاظت کاتدی، لازم است که ماهيت دقيق فرايند خوردگي با جزئيات کامل شرح داده شود.

پيل خوردگي:

خوردگي تخريب يک ماده در اثر واکنش آن با محيط اطراف ميباشد. در یک فلز، اين تخريب اصولا طي يك فرايند الکتروشيميايي صورت ميگيرد. این فرايند طی چهار مسیر مجزاي آند، کاتد، الکتروليت و فلز رخ میدهد. اين چهار جزء »پيل خوردگي« را تشکيل ميدهند و خوردگي الکتروشيميايي فقط زماني اتفاق ميافتد. که هر چهار عامل حاضر باشند.

براي درک عملکرد سيستم حفاظت کاتدی، شناخت اين چهار جزء پيل خوردگي الکتروشيميايي بسيار مهم است.

آنـد:

واضـح تريـن بخـش پيـل خوردگـي آنـد ميباشـد. خوردگـي در ايـن قسـمت رخ ميدهـد. در يـک پيـل خوردگـي آنـد جایـی اسـت کـه در آن جريـان الکتريسـيته بـه طريـق شـيميايي از سـطح فلـز وارد الکتروليـت ميشـود. ايـن واکنـش شـيميايي يک واکنش اکسيداسـيون اسـت، که مشـخصه آن از دسـت دادن يک الکترون توسـط فلـز و ترکيـب شـدن آن با يـک عنصر ديگـر، معمولا اکسـيژن، ميباشـد. درمورد فـولاد، مـاده حاصـل اکسـيد آهـن (زنگ آهن) اسـت.

کاتد:

دومين قسمت از پيل خوردگي کاتد ميباشد. کاتد جايي است که حفاظت ميشود. در يک پيل خوردگي کاتد جایی است که در آن جريان الکتريسيته به طريق شيميايي از الکتروليت به سطح فلز وارد ميشود. اين واکنش شيميايي يک واکنش کاهشي است که مشخصه آن فلز رسانای الكترونها تا الكتروليت میباشد.

رابطه آند/کاتد:

يک الکترود در پيل خوردگي الکتروشيميايي با توجه به پتانسيل الکتريکي آن در مقايسه با الکترود ديگر، به آند يا کاتد تبدیل ميشود.

اين اختالف پتانسيل الکتريکي كه نيروي محرکه الکتريکي پيل است، اختالف ولتاژ بين آند و کاتد ميباشد.

الکترود فعالتر، يا با ولتاژ منفيتر، خورده شده و طبق تعريف آند محسوب ميشود. الکترود نجيبتر، يا با ولتاژ مثبتتر، الکترونها را از الکترولیت عبور میدهد (واکنشهاي کاهش) و طبق تعريف کاتد محسوب شده و دچار خوردگي (واکنشهاي اکسيداسيون) نميشود.

همانطور که قبلا گفته شد، در پيل خوردگي الکتروشيميايي چهار عامل مجزا وجود دارند که همه آنها بايد براي ايجاد يک مدار کامل و برقرار شدن جريان (انجام خوردگي) موجود باشند.

الکتروليت:

سومين بخش پيل خوردگي الکتروليت است. الکتروليت محلي است كه در آن يونها جريان مييابند. هر مادهاي که در تماس با آند و کاتد باشد.

مسير فلزي:

چهارمين بخش پيل خوردگي مسير فلزي ميباشد. مسير فلزي مدار را کامل کرده و اجازه ميدهد که الکترونها جريان پيدا كنند. هر فلزي که هم با آند و هم با کاتد در تماس بوده و جريان يافتن الکترونها را امکانپذير سازد همان مسير فلزي است.

اين جريان الکتروني بايد وجود داشته باشد تا خوردگي الکتروشيميايي رخ دهد. در مورد مخزن يا خط لوله، مسير فلزي ميتواند خود مخزن يا لوله يا اتصال فلزي آن به يک سازه فلزي ديگر باشد.

مجـدداً تکـرار ميکنيـم کـه هـر چهار قسـمت پيـل خوردگي بايـد حاضر باشـند تا خوردگـي الکتروشـيميايي رخ دهـد.

زمانيکـه هـر چهـار قسـمت وجود داشـته باشـند شـرايط يـك مـدار بسـته بوجـود آمـده و جريـان درون ايـن مـدار برقـرار ميشـود.

خوردگـي صرفـاً در آنـد پيـل، کـه در آن واکنشهـاي اکسيداسـيون روي ميدهنـد، اتفـاق ميافتـد. يـك نمونـه آشـنا از پيـل خوردگـي، باتري پيل خشـک معمولي اسـت. در ايـن باتـری دو فلـز مختلـف کـه يکي از آنهـا آند و ديگـري کاتد ميباشـد در تماس بـا یـک الکتروليـت پيوسـته قـرار دارنـد کـه بـا فراهـم شـدن مسـیر فلـزی در مـدار، جريـان برقـرار ميشـود.

پیل خوردگی:

واکنـش خوردگـي بـه صـورت چرخهـای عمـل میکنـد و در آن لازم اسـت هر چهـار عنصـر پيـل وجـود داشـته و در جهـت پيشـرفت واکنـش خوردگـي الکتروشـيميايي عمـل کننـد. حـذف هـر يـک از مؤلفه هاي پيـل الکتروشـيميايي يـا جلوگيـري از رخداد واکنشهـاي مجـزاي آنـد يـا کاتـد، ميتوانـد مانـع از انجـام کل فراينـد خوردگي شـود.

واکنش آندي:

در آند، اتمهاي فلز يک يا چند الکترون از دست داده و بصورت يونهاي فلزي درميآيند. فرمول کلي اين واکنش با استفاده ار نمادهاي شيميايي به صورت زير است:

نمـاد M0 نشـاندهنده يـک اتـم فلـز ماننـد آهـن يـا مـس در يـک قطعـه فلـزي، فلـش نشـاندهنده جهـت پيشـرفت واكنـش و نمـاد M+ مربوط بـه يون فلزي میباشـد. يونهـاي فلـزي تشـکيل شـده در واکنـش خوردگـي قطعـه فلـزي را تـرک کـرده و وارد محيـط (الکتروليـت) ميشـوند. نمـاد e- مربـوط بـه الکتـرون بـا بـار منفـي اسـت کـه بـا تشـکيل يـون فلـزي آزاد ميشـود. الکتـرون آزادي کـه در واکنـش خوردگـي ايجـاد ميشـود. در داخـل قطعـه فلـز باقـي ميمانـد. فرمـول واكنـش بـراي يـک واکنـش آندي خـاص نظيـر واکنـش خوردگـي مـس بـه صـورت زيـر بيان ميشـود.

نمـاد M0 نشـاندهنده يـک اتـم فلـز ماننـد آهـن يـا مـس در يـک قطعـه فلـزي، فلـش نشـاندهنده جهـت پيشـرفت واكنـش و نمـاد M+ مربوط بـه يون فلزي میباشـد. يونهـاي فلـزي تشـکيل شـده در واکنـش خوردگـي قطعـه فلـزي را تـرک کـرده و وارد محيـط (الکتروليـت) ميشـوند. نمـاد e- مربـوط بـه الکتـرون بـا بـار منفـي اسـت کـه بـا تشـکيل يـون فلـزي آزاد ميشـود.

الکتـرون آزادي کـه در واکنـش خوردگـي ايجـاد ميشـود. در داخـل قطعـه فلـز باقـي ميمانـد. فرمـول واكنـش بـراي يـک واکنـش آندي خـاص نظيـر واکنـش خوردگـي مـس بـه صـورت زيـر بيان ميشـود.

واکنش کاتدي:

واکنشهاي زيادي ممکن است در کاتد رخ دهند. ساده ترين واکنش کاتدي واکنش يونهاي هيدروژن، که در محلولهاي آبي وجود دارند، با الکترونها و تشکيل گاز هيدروژن ميباشد. فرمول شيميايي اين واکنش چنين نوشته ميشود.

ايـن فرمـول نشـاندهنده واکنـش دو يـون هيـدروژن (2H+) بـا دو الکتـرون (e-) و تشـکيل دو اتـم هيـدروژن ميباشـد. کـه بعـداً ايـن دو بـا هم ترکيب شـده و يـک ملکول گاز هيـدروژن (H2) را بوجـود ميآورنـد. هماننـد واکنشهـاي آندي، تغييـري در بار کل ايـن واکنـش بوجـود نميآيـد. (+2 + -2 =0)

واکنـش معمـول ديگـر در کاتـد، واکنـش الکترونهـا بـا اکسـيژن حل شـده و تجزيه آب بـه يونهـاي هيدروکسـيل ميباشـد. فرمـول شـيميايي ايـن واکنـش چنيـن نوشـته ميشـود.

ايـن فرمـول نشـاندهنده کاهش اکسـيژن حل شـده (O2) در الکتروليتهـاي قليايي اسـت کـه در آن اکسـيژن و تجزيـه دو ملکـول آب (2H2O) منجـر به تشـكيل چهار يون هيدروکسيل ميشـود.)-.(4OH

ساير واکنشهاي کاتدي:

در ديگر واکنشهاي کاتدي، ممكن است يونهاي متفاوتي با الکترونها واکنش دهند، اما مشخصه مهم هر واکنش کاتدي کسب الکترونها ميباشد، که اين ويژگي اصلي يک واکنش کاهشي است. ممکن است کاهش يون فلز و رسوب فلز نيز رخ دهد. توجه داشته باشيد که خود فلز در واکنش کاتدي دخالت مستقيمي ندارد،

مگر آنکه درصورت وجود يونهاي فلزي، ممكن است این یونها کاهش يافته (الکترون)هاي (خود را پس بگيرند) يا رسوب شوند. فلز بصورت يون در نميآيد، الکتروني از دست نميدهد و نميتواند با اتم يا عنصر ديگري ترکيب شود (اکسيد شده يا زنگ بزند). علیرغم اینکه براي پيشرفت خوردگي بايد واکنش کاتدي رخ دهد،

هيچگونه خوردگي در کاتد رخ نميدهد. اين واکنش کاهش معمولا حفاظت ناميده ميشود.

فلز در برابر يونيزه شدن محافظت شده و بنابراین از خوردگي نيز محافظت ميشود. اين فرايند عوامل زيادي را نيز بوجود ميآورد که سرعت خوردگي را کاهش ميدهند. از جمله کاهش يونهاي هيدروژن (که منجر به تغيير PH در جهت قليايي شدن محيط ميگردد)؛ تشکيل يونهاي هيدروکسيل (که اين نيز منجر به تغيير PH در جهت قليايي شدن محيط ميگردد)؛ تجزيه آب (که سبب افزايش مقاومت الکتروليت ميشود)؛ و تشکيل يک لایه هيدروژن بر روي کاتد (که سبب افزايش مقاومت کاتد تا الکتروليت میشود).

الکترونهـاي آزاد شـده در آنـد در درون مسـير فلـزي جريـان يافتـه و در کاتـد مجـدداً ترکيـب ميشـوند. الکتروليـت يونهـاي لازم بـراي واکنـش کاتـدي را فراهـم آورده و يونهـاي فلـزي تشـکيل شـده در آنـد را در خـود حـل ميکنـد. متداولترين الکتروليـت آب يـا محلـول آبـی ميباشـد. ايـن آب ميتوانـد آب شـهری، آب دريـا، آب جمـع شـده در منافـذ خـاک يـا آب نظيـر بارندگـي يـا شـبنم باشـد.

ذکـر ايـن نکتـه مهـم اسـت کـه جريـان حفاظـت کاتـدی و خوردگـي بحث شـده در ايـن کتاب نشـريه بيـن المللـي NACE، جریـان قـراردادي اسـت و با شـارش جريـان مثبت در نظـر گرفتـه ميشـود.

سـريهای گالوانيکـی:

دو فاکتـور اصلـي تأثيرگـذار بـر سـرعت خوردگي در يـک پيـل خوردگي الکتروشـيميايي، مشـخصات الکتريکـي الکتروليت (مقاومـت ويژه) و اختـلاف ولتـاژ بيـن آنـد و کاتـد هسـتند. مقاومت ويـژه الکتروليـت معمولا قابـل کنترل نيسـت امـا ميتـوان آنرا اندازهگیـری کـرد.

ولتاژ يا پتانسـيل آنـد و کاتد فلـزي نيز قابل اندازهگيـري ميباشـد. ولتـاژ اندازهگيـري شـده همـان اختـلاف ولتـاژ بيـن دو الکتـرود اسـت. از آنجـا کـه ايـن پتانسـیل فقط بـه يک اختلاف ولتاژ وابسـته اسـت،

بايـد مرجعي وجـود داشـته باشـد کـه تمامـي الکترودهـاي ديگـر را بتـوان نسـبت بـه آن اندازهگيري کـرد تـا يـک جـدول يـا سـري نسـبي از پتانسـيل الکترودهـاي مشـخصي تهيـه شـود. همانطورکـه قبـلاً ذکـر شـد، فلـزات پتانسـيلهای متفاوتي دارنـد و همچنین هـر فلز در الکتروليتهـاي متفـاوت پتانسـيلهاي مختلفـي دارد.

بـراي ایـن کـه الکترودي بـه عنوان مبنـاي اندازهگيـري سـاير الکترودها بـه کار رود، بايـد فلـز و الکتروليت در تماس با آن مشـخص شـوند. بـا انجام ايـن کار، الکترود بصورت الکتـرود مبنـا درميآيد.
تاکنـون انـواع بسـياري از الکترودهـاي مبنـا مورد اسـتفاده قـرار گرفته اسـت.

در آزمايشـگاه، اسـتفاده از نـوع هيـدروژن/ هيـدروژن (الکتـرود هيـدروژن، الکتروليـت هيـدروژن) متـداول اسـت. در کاربـرد میدانـی، مس/سـولفات مـس (الکتـرود مـس، الکتروليـت سـولفات مـس کامـلاً اشـباع) بـه کار مـیرود.

مگـر در آب شـور کـه از نقـره / کلريـد نقـره (الکتـرود نقـره، الکتروليـت کلريـد نقـره) اسـتفاده ميشـود و بايـد بـا فاکتـور الکتروليـت يا ميـزان کلريـد موجـود در الکتروليـت تنظيم شـود. اين الکترودهـاي مبنـا صرفـاً الکترودهـاي پايـدار بـا پتانسـيل مشـخصي ميباشـند کـه بـراي اندازهگيـري پتانسـيل الکترودهـاي نامشـخص بـکار ميرونـد.

بـا اسـتفاده از الکترودهـاي مبنـا ميتـوان مقـدار پتانسـيل هـر فلـز در هـر الکتروليـت را ثبـت کرد.

آنرا بـا دیگـر الکترودهـا مقايسـه نمـود. جدولـي کـه از چنيـن مقادیـری تشـکيل شـده اسـت را سـري گالوانيکـي اندازهگيريهـا مينامنـد. در هـر جدول بايـد الکترود مبنـاي مـورد اسـتفاده در اندازهگيـري و الکتروليـت حـاوی الکترودهـاي نامشـخص، مشـخص گـردد تـا کارشناسـان خوردگـي بتواننـد آن را تفسـير کنند. سـپس ميتوان از ايـن سـري بـراي تعييـن الکتـرود آنـد (که خـورده میشـود) در يک پيـل خوردگي الکتروشـيميايي اسـتفاده کـرد.

مقدمهاي بر حفاظت کاتدی:

حفاظت کاتدی با تبديل فلزي که معمولا مانند آند رفتار کرده و خورده ميشود به آن چه که شبيه به کاتد رفتار مي کند و درمعرض حملات خورنده قرار ندارد، مانع خوردگي ميشود. اصولا حفاظت کاتدی آند پيل خوردگي را از پیش تعیین ميکند يا باعث ميشود که پيل خوردگي بزرگ بر ساير پيلهاي خوردگي کوچکتر غلبه کند.

در حفاظت کاتدی اين کار به يکي از دو روش اصلي انجام ميشود.

اوليـن روش، اسـتفاده از سـري گالوانيـک براي انتخاب يـک فلز فعالتر، نصـب آن در الکتروليـت و تأمیـن يک مسـير فلزي ميباشـد. اين روش حفاظـت کاتدی فدا شـونده يـا حفاظـت کاتدی گالوانيـک ناميده ميشـود.

فلزي کـه از لحاظ گالوانيکـي فعالتر اسـت (آنـد) نصـب ميشـود تا خـودش را بـراي حفاظـت از سـازه (کاتد) فـدا کند. ولتـاژ (و جريـان حاصـل) صرفـاً اختـلاف پتانسـيل بيـن دو نوع فلـز متفاوت ميباشـد. دوميـن روش اصلـي حفاظـت کاتـدی اسـتفاده از يک منبع جريان DC اسـت، کـه باعث برقـراري اجباري جريان از يک آند(هاي) نصب شـده به سـازه شـده و کل سـازه را به کاتد تبدیل میکند.

اين روش، حفاظت کاتدی جريان اعمالي نام دارد. يک يکسـو کننده، سـلول خورشـيدي، باتري، ژنراتـور و يـا هـر منبـع تغذيـه DC ديگـري در مـدار نصـب ميشـود. مـادة آنـد صرفنظر از مالحظـات سـري گالوانيـک و مقرون بـه صرفه انتخاب میشـود، يا فلزاتي انتخاب میشـوند کـه به ازاي هر آمپر-سـال جريان، کاهش وزن کمي داشـته باشـند.

ميـزان جريانـي کـه بـراي حفاظـت کاتدی مـورد نياز اسـت به فلـز حفاظت شـده و محيط بسـتگي دارد.

براي دسـتيابي به پتانسـيلهاي حفاظت کننده، بايد جريان از آند به سـمت سـازة حفاظت شـده برقرار شـود. مقدار جريان مورد نياز براي حفاظت از يک سـازة مشـخص با مسـاحت سطحي از سـازه که در مجاورت الکتروليت قرار دارد متناسب است. بنابراين جريانهاي مـورد نيـاز معمولا بصـورت چگالي جريان و بر حسـب آمپر يا ميلـي آمپـر 0/001) آمپر( بر متر (فـوت) مربـع سـطح در معرض الکتروليت بیان ميشـود.

پوشـشها ذاتاً ديالکتريک هسـتند و تـا حـدودي سـازه را از الکتروليـت ايزولـه ميکنند.

مقدار جريان مورد نياز سـازههاي عايق شـده بسـيار کمتر از سـازههاي بدون عايق اسـت، زيرا صرفاً آن سـطوحي که پوشـش آنها آسيب ديده يـا از بين رفته نيازمند جريان هسـتند يـا آن را دريافت میکنند.

راندمان عايق، درصدی از سـازه اسـت کـه بطـور مؤثر نسـبت بـه الکتروليت ایزوله شـده اسـت. راندمـان عايقها ميتواند بسـته بـه نـوع پوشـش، کيفيت آمادهسـازي سـطح، چگونگي بـکار بردن پوشـش، جابجا کردن سـازه، نصـب سـازه، روشهـاي خاکريـزي و مـواد خاکريـزي مورد اسـتفاده، بسـيار متفاوت باشـد. این راندمـان معمـولا از حـدود 80 تا 99/7 درصد متغير اسـت. بهترين راه تعيين جريان مـورد نیاز در سـازههاي عايـق شـده، انجـام آزمايش عملـی پس از نصب سـازه ميباشـد. چگاليهـاي جريان مـورد نيـاز بـراي حفاظت کاتـدی به فلز حفاظت شـده و محيط بسـتگي دارنـد.

حفاظت کاتدی گالوانيک:

در سيستمهاي آند گالوانيکي، جريان مورد نياز براي حفاظت کاتدی از طريق خورده شدن يک فلز فعال تأمين ميشود. سيستمهاي آند فدا شونده به اختالف پتانسيلهای خوردگي بستگي دارند.

اين اختلاف پتانسيلها در واکنشهاي خوردگي فلزات يا آلياژهاي مختلف ايجاد ميشوند. مثلا اختلاف پتانسيل خوردگي آهن نسبت به الکترود مرجع مس/سولفات مس معموالً بين -0/4 و -0/6 ولت DC ميباشد.

پتانسيل خوردگي روي نسبت به الکترود مرجع مس/سولفات مس حدود -1/1 ولت است. پس اگر این دو فلز اتصال الکتريکي پيدا کنند اختلاف پتانسيل تقريباً 0/5 تا 0/7 ولت DC بوده و روی با خورده شدن مانند منبع جريان عمل میکند و مانع از خوردگی کاتد آهني میشود.

همه آلياژهاي روي، منيزيم و آلومينيوم، پتانسيلهايي دارند که به اندازة کافي منفيتر از پتانسيل آهن يا فولاد است و ميتواند براي حفاظت از آنها در بسياري از محيطها مورد استفاده قرار گيرد. ساير فلزات نظير مس و آلياژهاي آن، نسبت به آهن يا فولاد پتانسيل کمتري دارند و به سادگی توسط فولاد (و بسياري از فلزات ديگر) حفاظت ميشوند.

حفاظت موادي نظير آلياژهاي آلومينيوم که پتانسيل بيشتري نسبت به آهن يا فولاد دارند مشکلتر است اما حتي آلياژهاي آلومينيوم را ميتوان توسط آلياژهاي منيزيم يا منيزيم خالص تجاري به گونهاي مؤثر حفاظت نمود.

در فرايند تأمين الکترون براي حفاظت کاتدی يک فلز نجیبتر، فلز فعالتر (آند) خورده ميشود. فلز فعالتر (آند) فدا ميشود تا از فلز نجیبتر (کاتد) حفاظت کند. مقدار خوردگي بستگي به فلز آند داشته با مقدار جريان تأمين نسبت مستقيم دارد. فاکتور ديگر، راندمان آند است که شامل نرخ خوردگي آند و نیز نرخ خوردگی به ازاي مقدار جريان حفاظت کاتدی ميباشد.

به منظور ايجاد يک الکتروليت يکنواخت در اطراف آند در خاک، حفظ رطوبت و کاهش مقاومت آند نسبت به خاک، از مواد خاکريزي ويژهاي استفاده ميشود. اين مادة پرکنندة کانال معمولا شامل 75 درصد سنگ گچ، 20 درصد بنتونيت و 5 درصد سولفات سديم ميباشد. آندهاي سيستمهاي حفاظت کاتدی گالوانيک بايد بصورت دورهاي بازرسي شده کل سيستم با يک سيستم اعمال جريان تعويض ميشود.

سيستمهاي حفاظت کاتدی با آند فدا شونده اصولا بسيار ساده ميباشند. ساده ترين سيستمها متشکل از يک آند از جنس فلز فعال نظير روي ميباشند که مستقيماً به سازه متصل شدهاند. اين اتصال در محلي صورت ميگيرد که آند در معرض همان محيط سازة تحت حفاظت باشد. اين نوع سيستم در حفاظت کشتيها و سازههاي اسکله کاربرد بسیاری دارد.

سيستم حفاظت کاتدی گالوانيک (فدا شونده) با اتصال مستقيم:

بـراي حفاظـت از سـازههای زيـر خـاک نظير خطـوط لولـه، آندهـا معمولا مسـتقيماً بـه سـازه متصل نشـده بلکـه در خاک قـرار ميگيرند و بطـور يکنواخـت در فاصلة اندکي از خـط لولـه توزيـع شـده و توسـط يـک سـيم و معمـولا ازطريق يک ايسـتگاه تسـت به خـط لولـه متصـل ميشـوند.

کاربـرد آندهـاي گالوانيکي بـه دلیل اختلاف پتانسـيلاندک )معمولا کمتـر از 1 ولت (DC قابـل دسـت یابـی، محـدود اسـت. معمـولا اسـتفاده از سيسـتمهاي گالوانيکـي فقـط در سـازههاي کوچـک و يـا بخوبـي عايـق شـده کـه داخـل الکتروليـت بـا مقاومت ويـژه کم قـرار دارنـد، مقـرون بـه صرفـه اسـت. میـزان حفاظـت کاتـدی بـه چگالـي جريـان تأمين شـده براي سـازة حفاظـت شـده بسـتگي دارد و مقاومـت ويـژه الکتروليـت تعييـن کننـده مقـدار جريـان حاصـل از ايـن ولتـاژ میباشـد.

مقـدار فلزي کـه در معـرض الکتروليت قرار گرفته اسـت، تعييـن کننـده مقـدار جريـان مـورد نيـاز اسـت. ممکـن اسـت بـراي حفاظت سـازههاي بـدون پوشـش (عايق نشـده) به تعداد بسـيار زيـادي آند نيـاز باشـد.

در الکتروليتهاي با مقاومـت ويـژه بالاتـر، اختـلاف ولتـاژ اندک آند- سـازه حاکي از مقدار بسـيار کـم جريان آنـد (قانـون اهـم) ميباشـد، بنابرايـن بـه تعـداد بسـيار زيـادي آنـد نيـاز اسـت. آندهاي منيزيمـي بـا خلـوص بـالا بيشـترين پتانسـيل موجـود را دارنـد امـا در خاک بـا مقاومت ويـژه بـالا، جريـان کافـي بـراي حفاظـت از يک سـازه را نخواهند داشـت مگراينکه سـازه پوشـش بسـيار خوبي داشـته باشـد.

انواع آند گالوانيکي:

معمولا از سه ماده منيزيم، آلياژ آلومينيوم و روي به عنوان آند گالوانيکي استفاده ميشود.

آندهاي منيزيم: منيزيم پرکاربردترين ماده به عنوان آند فدا شونده در حفاظت از سازههاي مدفون است. از آندهاي منيزيمي براي حفاظت از قسمتهاي داخلي مخازن آب و گرمکنها، مبادله گرماي حرارتي و کندانسورها و سازههاي اسکله نيز استفاده ميشود. آندهاي منيزيم به روش ریختهگری و اکستروژن تولید شده و با وزن 0/45 کيلوگرم تا بيش از 90/72 کيلوگرم 1) تا 200 پوند( و به شکلهاي متنوع موجود هستند.

بعلاوه مادة آندي آلياژ منيزيم بصورت يک آند “نواري”و شامل يک سيم فولادی نمره 10 است که به دور آن آلياژ منيزيم استاندارد 9/5 ميليمتر در 19 ميليمتر 3/8) اينچ در 3/4 اينچ( پيچيده شده است.
معمولا از دو ترکيب آند مختلف استفاده ميشود.

اين دو ترکيب، آلياژ استاندارد و آلياژ خالص تجاري يا آلياژ “با پتانسيل بالا” ميباشند.

آلياژ با خلوص بالا براي هر آند فدا شونده داراي بيشترين پتانسيل الکتريکي و تقريباً 1/75 ولت DC نسبت به مس/سولفات مس در خاک است.

در مرتبه بعد، آلياژ استاندارد داراي بيشترين پتانسيل الکتريکي موجود، تقريباً -1/55 ولت نسبت به مس/سولفات مس در خاک ميباشد. سرعت مصرف منيزيم 4 کيلوگرم 8/8) پوند( در آمپر-سال ميباشد. راندمان حفاظت کاتدی، با در نظر گرفتن سرعت خود مصرفی، براي آلياژ استاندارد بيشتر از آلياژ با خلوص بالا ميباشد. هنگام طراحي، راندمان هر دو 50 درصد در نظر گرفته ميشود. اينکه آندهاي تعويضي هم نوع آندهاي اصلي باشند اهمیت دارد، زیرا طراحي سيستم به جنس آند به کار رفته بستگي دارد؛ مگر اينکه کل سيستم عوض شود.

نامناسب بودن نوع آندها ميتواند منجر به ناکارآمدی حفاظت گردد.

آندهاي روي: معمولا آندهاي روي با وزن 2/27 کيلوگرم تا 113/4 کيلوگرم 5) پوند تا 250 پوند( و به شکل صفحه، شمش و ميلگرد وجود دارند. روي بصورت آندهاي نواري در اندازههاي 16 ميليمتر در 22/2 ميليمتر 5/8) اينچ در 7/8 اينچ(، 13 ميليمتر در 14/3 ميليمتر ½) اينچ در 9/16 اينچ( و 8/7 ميليمتر در 11/9 ميليمتر 11/32) اينچ در 15/32 اينچ( نيز موجود است که هر کدام داراي يک هسته به قطر 2/5 ميليمتر 1/10) اينچ( سيم فولادی گالوانيزه ميباشند. اغلب از آندهاي روي در سيستمهاي غوطه ور در آب شيرين يا آب شور استفاده ميشود.

با اين حال گاهی از آنها در حفاظت سازههاي مدفون و در شرايط خاصي استفاده ميشود. معمولا در شرايطي که مقاومتهاي ويژه خاک کمتر از 2000 اهم – سانتيمتر بوده و سازهها بسيار خوب عايق شده باشند.

دو ترکيب متداول از آند روي موجود است، که شامل آلياژ استاندارد استفاده در آب شيرين و خاک و آلياژ مخصوص استفاده در آب شور ميباشد. همانند آندهاي منيزيمي، آندهاي روي مصرف شده بايد با آندهاي روي هم اندازه و هم شکل با آندهای اولیه جايگزين شوند؛ مگرآنکه کل سيستم آند تعویض شود. نامناسب بودن نوع آندها ميتواند منجر به ناکارآمدی حفاظت گردد.

پتانسـيل الکتريکـي آندهاي روي نسـبت به مس/سـولفات مـس در خاک تقريبـاً برابر با -1/10 ولـت DC ميباشـد. در بعضـي از آبهـاي شـيرين و در دماهـاي بيشـتر از (58/3°C )140° F علامـت پتانسـيل ميتوانـد معکـوس شـود؛ درنتيجـه در چنيـن مـواردي نباید از روي اسـتفاده شـود. سـرعت مصرف روي 10/6 کيلوگرم 23/5) پوند( بر آمپر-سـال ميباشـد و راندمـان آن از منيزيـم بيشـتر اسـت. در هنـگام طراحي، راندمـان روي 90 درصد ميباشـد.

آندهاي آلومينيوم: آندهاي گالوانيکي آلومينيومي به نسبت آلياژهاي روي يا منيزيم جديدتر میباشند. کاربرد عمده اين آندها در حفاظت از سازههاي مغروق در آب شور ميباشد. با اينحال گاهی در آب شيرين يا خاک نيز بکار میروند. اگر آندهاي اوليه از جنس آلياژ آلومينيوم بوده و عملکرد آنها رضايت بخش بوده است، بايد با آندهايي از همان نوع تعويض شوند.

آلياژهـاي آلومينيـوم اولیـه در کاربـرد جهـت آنـد فدا شـونده، حـاوي جيوه بـود. اگر مقـدار جيـوه در آليـاژ کـم باشـد، این مقـدار در باقـی ماندههاي بسـتر آندي، کـه پس از مصـرف شـدن بخـش اعظم آنـد بجـاي ميماند، متمرکـز ميگـردد. هنگام جابجـا کردن ايـن باقیماندههـا، بويـژه بـا روشهـاي گرمازا، بايـد احتياط نمود تا از مسـموميت ناشـي از جيـوه جلوگيـري شـود و نیـز لازم اسـت که به طـور مناسـبي از بين برده شـوند.

پتانسـيل الکتريکـي نـوع 1 و نـوع 2 آندهاي آلومينيوم نسـبت به مس/سـولفات مس در خـاک تقريبـاً -1/10 ولـت DC و در مـورد نوع 3، -1/15 ولت DC ميباشـد. سـرعت مصـرف آندهـاي آلومينيومـي نـوع 1، 21 کيلوگـرم 6/8) پوند( بر آمپر سـال، نوع 2، 5/2 کيلوگـرم 11/4) پونـد( بـر آمپـر سـال و نـوع 3، 3/4 کيلوگـرم 7/6) پونـد( بر آمپر سـال ميباشـد. ايـن کـه آندهـاي تعويضـي هم نـوع آندهـاي اصلـي باشـند اهمیـت دارد، زیرا طراحـي سيسـتم بـه جنـس آنـد بـکار رفتـه بسـتگي دارد؛ بـا اين وجـود درحـال حاضر بـراي جلوگيـري از مضـرات و خطـرات ایمنـی جيـوه، تقريبـاً منحصـراً از آندهـاي نوع 3 اسـتفاده ميشود.

نصب آندهاي گالوانيکي:

آندهاي گالوانيکي مورد استفاده در حفاظت سازههاي مدفون، معموالً در فاصلة کمي از سازه قرار گرفته و با يک سيم مسي عايق شده به سازه متصل ميشوند. در اطراف آندهاي فداشونده در خاک از مادة پرکننده شيميايي استفاده ميشود.

این ماده ممکن است به صورت خشک، آبی يا به عنوان بخشي از يک واحد آماده، بکار برده شود. به منظور ايجاد يک الکتروليت يکنواخت، حفظ رطوبت و کاهش مقاومت نسبت به زمين، از پرکننده مخصوصي استفاده ميشود تا آند بتواند جريان الکتريکي مورد نياز را به شيوهاي کارآمد و قابل اطمينان توليد کند.

اين پرکننده معموالً شامل 75 درصد سنگ گچ، 20 درصد بنتونيت1 و 5 درصد سولفات سديم ميباشد. معمولا برداشتن آندهاي مصرف شده ضروري نميباشد.

همچنین آندهاي گالوانيکي مورد اسـتفاده در سیسـتم غوطهور، معمولا یا به صورت مسـتقیم بـه سـطح حفاظـت شـده متصل ميشـوند يـا در مجـاورت آن معلـق ميشـوند. زمانيکه تعويـض چنيـن آندهايـي ضروري باشـد، الزم اسـت که با آندهاي مشـابه تعويض شـوند.

بـراي اطمينـان از ايـن کـه آندها در جـاي خود ثابت هسـتند و تمـاس الکتريکـي برقرار میمانـد، بايـد تمـام سـخت افزارهـاي نگهدارنـده را بدقـت بازرسـي نمـوده و درصـورت لـزوم تعميـر يا تعويض شـوند.

اتصال آند گالوانيکي به سازه: تماس الکتريکي بين آندهاي گالوانيکي و سازة تحت حفاظت براي محافظت از سازه ضروري ميباشد.

در سيستمهايي که مستقيماً متصل شدهاند اين تماس از طريق سيستم نگهدارنده برقرار ميشود. آندها مستقيماً به سازه جوش داده شده يا پيچ ميشوند.

درمورد آندهاي معلق در آب، اتصال سازه از طریق سيستم نگهدارنده يا سيمهاي جامپر مسي روکشدار که به هسته آند و نيز سازة حفاظت شده جوش داده ميشوند برقرار ميشود.

در سيستمهايي که آندها مستقيماً بر روي سازه حفاظت شده نصب نشدهاند، معمولا اتصال با استفاده از يک سيم مسي روکشدار صورت ميگيرد. اين سيم در حين اجرا داخل آند قرار داده شده يا اينکه به هسته آند جوش ميشود. اتصال به سازه معموالً از طريق جوش دادن سيم به سازه انجام میشود. هنگام نياز به سيم اضافي جهت برقراري اتصال، معمولا از سيم با سايز مناسب و روکش نوع TW استفاده ميشود.

در هنـگام اجـرا، نگهـداري و تعميـر سيسـتمهاي حفاظـت کاتـدی از جوشـکاري ترميتـي اسـتفاده ميشـود.

از ايـن جوشـکاری ميتـوان بـراي اتصـال سـيمها بـه سـازه يـا هسـتههاي آنـد يـا بـراي اتصـال دو يـا چنـد سـيم بـه يکديگـر اسـتفاده نمـود. تمام اتصـاالت و جوشهـا بايـد در هنـگام قـرار گرفتـن درمعـرض خاک يـا آب عايق شـوند تا تمـاس الکتريکـي مناسـب حفظ شـود.

کلمپهـا نيـز بـراي اتصـال سـيمهاي آنـد به سـازه، يـا بطـور متداولتر، بـراي ايجاد اتصـال اسـتفاده ميشـوند. بـراي اطمينـان از اتصـال الکتريکـي مناسـب، بايـد کلمپهـا سـيمها تميـز بـوده و کلمپهـا بخوبـي محکم شـوند. لازم اسـت کـه اتصـالات کلمپي درمعـرض خـاک يـا آب عايـق شـوند تا تمـاس الکتريکي مناسـب حفظ شـود.

ايستگاههاي تست گالوانيک: بمنظور تسهيل بازرسي در سيستمهاي حفاظت کاتدی با آند گالوانيکي، ايستگاههاي تستی روي سازههاي مدفون قرار داده ميشود. این ایستگاهها ممکن است در جعبههاي اتصال بالاتر از سطح زمين يا در ايستگاههاي تست زير سطح زمين قرار داده شوند.

حفاظت کاتدی با جريان اعمالی: همانند سيستمهاي آند گالوانيکي، سيستمهاي جریان اعمالی نیز جریانی را براي حفاظت کاتدی از يک سطح فلزي تأمين ميکنند. با این تفاوت که در سيستم جريان اعمالی، جريان حفاظت کننده بجاي اختلاف پتانسيل طبيعي آند نسبت به سازه، توسط يک يکسوکننده )يا منبع برق (DC تأمين ميشود. اختالف پتانسيل بين آند و کاتد از يک بستر آندي فعال و از طریق انرژي اضافی يکسوکننده اعمال شده و منجر به ایجاد جريان الکترونها برابر با جریان حالت عادي در واکنش خوردگي میگردد.

انرژي لازم براي “پمپ انرژي الکترون” در يکسو کننده توسط جريان متناوب معمولي تأمين ميشود. اثر اين الکترونها در سازة حفاظت شده همانند اثر الکترونهاي جذب شده از آند فدا شونده در سيستم حفاظت کاتدی نوع آند فداشونده ميباشد. با اين حال ماده آند فقط به عنوان يک منبع الکترون و واکنشهاي الکتروشيميايي آندي (اکسيداسيون) عمل ميکند.

در عمـل از مـوادي نظيـر گرافيـت، چـدن بـا سـيليکون بـالا و پلاتين يا اکسـيد فلز مرکـب بـراي آندهاي سيسـتم حفاظت کاتـدی اعمال جريان اسـتفاده ميشـود. زيرا این مـواد بـه کنـدي خـورده ميشـوند (کاهـش وزن آنهـا برحسـب کيلوگـرم (پوند) بـر آمپر سـال بسـياراندک اسـت).

بـه منظور ايجـاد الکتروليـت يکنواخـت، مقاومت کمتر نسـبت بـه خـاک و تخليـه گازها و اسـيدها، از يـک مادة پرکنندة کانال خاص اسـتفاده ميشـود. ايـن پرکننـدة در تمـاس بـا زميـن، معمولا پـودر ُکک يا کک نفـت مایع آهکي ميباشـد.

آندهـاي سيسـتمهاي اعمـال جريـان بايـد بطـور دورهـاي بازرسـي شـده و درصـورت مصـرف يـا خرابـي تعويض شـوند. هماننـد دیگر تجهيـزات الکتريکـي، يکسـوکنندهها در سيسـتمهاي حفاظـت کاتـدی اعمـال جريان به منظـور اطمينـان از عملکـرد صحيح، به نگهـداري پيشـگيرانه و بررسـيهاي عملياتـي مکـرر نياز دارنـد. براي اینکه سـيم اتصال مسـي جزيـي از سيسـتم آند نشـود، لازم اسـت که اتصـالات آند سيسـتم اعمـال جريان داراي عايـق خاصـي باشـند. ازآنجـا کـه منبـع کلیه مـواد متصل بـه ترمينال مثبـت را به آنـد تبدیـل میکنـد (کـه خورده میشـود)، هر نقـص يا شکسـتگي در عايق سـيم اتصال آنـدي منجـر بـه از دسـت رفتـن فلز مـس و درنتيجـه تخريب سيسـتم آندی ميشـود.

عملکـرد سيسـتمهاي اعمـال جريـان اصـولا مشـابه سيسـتمهاي آنـد گالوانيکـي ميباشـد.

بجـز آنکـه در سيسـتمهاي اعمـال جريـان از يـک يکسـوکننده يـا منبـع برق جريـان مسـتقيم ديگـري بـراي افزايـش پتانسـيل الکترونهاي آندها اسـتفاده ميشـود تا جريـان محافـظ مطلـوب تأمين گـردد.

يـک سيسـتم حفاظت کاتدی اعمـال جريان عـلاوه بر يک آنـد و يک اتصال بـه سـازة حفاظت شـده، از يک يکسـوکننده يـا منبع برق ديگـري بهره ميگيـرد. ممکن اسـت از يک باتري، سـلول خورشـيدي، ژنراتور جريان مسـتقيم يا ژنراتـور ترموالکتريکي بعنـوان منبـع تـوان اسـتفاده شـود. بـا ایـن حـال، تقريبـاً تمامـي سيسـتمهاي حفاظت کاتـدی اعمـال جريـان از يکسـوکنندههاي جريـان متنـاوب يـا انـرژي خورشـيدي بـه عنـوان منبـع اسـتفاده ميکنند.

يکسـوکنندههای اعمـال جريـان: يکسـوکنندههاي مـورد اسـتفاده در حفاظـت کاتـدی معمـولا شـامل ترانسـفورماتور کاهنـده قابـل تنظيـم، پشـتههاي يکسـوکننده، شـنت بـراي اندازهگيـري جريـان خروجـي، سيسـتمهاي اندازهگیـری جريـان و ولتـاژ خروجـي، سـوئيچهاي قطـع جريـان، برقگيرهـا و اتصـالات سـر ترانسـفورماتور کـه همگـي در يـک جعبـه قـرار دارنـد میباشـند. کار يکسـوکننده تبديـل جريـان متنـاوب بـه جريـان مسـتقيم (پالسـي) کنتـرل شـده ميباشـد.

پشتههاي يکسو کنندهها دو نوع کلي دارند: صفحات سلنيومي يا ديودهاي سيليکونی: در ولتاژ يا جريان بالا بايد از ديودهاي سيليکوني استفاده شود. انواع سلنيومي داراي افت ولتاژ بيشتري )راندمان کمتري( بوده و کمتر تحت تأثير نوسانات ولتاژ قرار ميگيرند و درطي زمان “فرسوده” شده و نهايتاً بايد تعويض شوند.

ديودهای سيليکوني مستعد خرابی با قلههاي تيز ولتاژ يا جريان هستند و بايد توسط وريستورهاي اکسيد فلزي (محافظهاي نوسان) و نيز سيستمهاي برقگير معمولي، در برابر اين نوسانات محافظت شوند.

انـواع بسـترهاي آنـد اعمـال جريـان: انـواع بسـترهاي آنـد اعمال جريـان بـه محـل اسـتقرار، جهـت و عمـق آندها بسـتگي دارند. بسـترهاي آنـد اعمال جريـان معمـولا دور از سـازه قـرار گرفتـه و جريـان را از فواصل دور از سـازة حفاظت شـده (خطـوط لولـه، محوطـه مخـازن، سيسـتمهاي توزيـع و ..) توزيـع ميکننـد.

گاهـي اوقـات از بسـترهاي زمينـي اعمـال جريان توزيع شـده براي سـازههاي کوچک (شـيرها، مخـازن) اسـتفاده ميشـود و آندهـا بطـور يکنواخـت در امتـداد سـازه تحت حفاظـت توزيـع ميشـوند بـه طوريکـه هـر آنـد بخـش کوچکـي از کل سـازه را حفاظـت ميکنـد.

معمـولا از سيسـتمهاي اعمـال جريـان توزيـع شـده بـراي حفاظت از داخـل مخـازن آب، چـه در سـازههاي هـم سـطح زميـن و چـه در سـازههاي بالاتر از سـطح زميـن اسـتفاده ميشـود. بسـتر زمينـي از نـوع دور از سـازه را ميتـوان در نزديکـي سـطح، بـه صـورت افقـي يـا عمـودي يـا در عمـق نصـب کـرد.

سيسـتمهاي توزيـع شـده ماننـد آندهـاي فداشـونده که قبـلا توضيـح داده شـد نصب ميشـوند . با ایـن تفـاوت کـه يـک کابـل اصلـي پيوسـته جهـت اتصـال آندهـا بـه يکسـوکننده (يا یـک منبـع تـوان ديگـر) و يک اتصـال سـاختاری از منبع برق به سـازة حفاظت شـده نیز دارد.

سيستمهاي حفاظت کاتدی اعمال جريان از راه دور عمودی: از اين سيستمها معمولا براي خطوط لوله واقع در مناطق دور استفاده ميشود. معمولا هنگاميکه تأسيسات ديگري در منطقه وجود نداشته و فضاي کافي براي قرار دادن آندها دور از سازه وجود دارد، اين سيستمها اقتصاديترين گزينه ميباشند. عمودی قرار دادن آندها در زمين (بر خلاف حالت افقي) مقاومت کل را نسبت به زمین سيستم کاهش میدهد.

فاصله آندها تا زمین، متناسب با مقاومت ويژة خاک و معمولا از 91 تا 213 متر 300) تا 700 فوت( متغير ميباشد.

در ناحیـه مـورد نظـر برای بسـتر آنـدي، بايدآزمايش مقاومـت ويژه خاک انجام شـود تـا محلـی بـا مقاومـت کم بـرای قـرار دادن آندهـا پیدا شـود. جهـت اطمینـان بايد دقت کـرد کـه ناحیـه بـا مقاومـت کـم تـا سـازة حفاظـت شـده پيوسـته نباشـد،

زیـرا در غیر اینصـورت ممکـن اسـت توزيـع جريـان ضعيـف رخ دهـد. در بعضـي مـوارد ممکن اسـت بهتريـن محـل بـراي يک بسـتر آنـدي در خاکي باشـد کـه مقاومت ويـژه بيشـتري دارد. بـا اضافـه نمـودن آندهـاي بيشـتر، اسـتفاده از آندهـاي بلندتر يا بـا افزايش فاصلـة آندها ميتـوان مقاومت بسـتر آنـدي را کاهـش داد.

سيسـتمهاي حفاظـت کاتـدی اعمـال جريـان از راه دور افقی: معمـولا از ايـن سيسـتمها جهـت خطوط لولـه در مناطـق دور با اليه سـنگي در نزديکي سـطح يـا در مناطقـی که شـرايط خـاک آن، بـرای اطمینان از قـرار دادن آنـد در محيط يکنواخـت، نصـب افقـی را میطلبـد اسـتفاده ميشـود.

معمـولا در نبود تأسيسـات ديگر در منطقـه و وجـود فضـاي کافـي بـراي قـرار دادن آندها دور از سـازه، و وجـود يک اليه سـنگي در نزديکـي سـطح، ايـن سيسـتم اقتصاديترين گزينه ميباشـد. افقي قـرار دادن آندهـا در زميـن (برخـلاف حالـت عمـودي) باعـث افزايش مقاومت کل نسـبت بـه زمین سيسـتم ميشـود.

فاصلـه آندهـا تـا زمیـن، متناسـب بـا مقاومت ويـژة خاک، معمـولا از 91 تـا 213 متـر 300) تـا 700 فـوت( متغير ميباشـد.

در ناحیـه مـورد نظر برای بسـتر آنـدي، بايدآزمايـش مقاومت ويژه خاک انجام شـود تـا محلـی بـا مقاومـت کم بـرای قـرار دادن آندهـا پیدا شـود.

جهـت اطمینـان بايد دقت کـرد کـه ناحیـه بـا مقاومـت کـم تـا سـازة حفاظـت شـده پيوسـته نباشـد، زیـرا در غیر اینصـورت ممکـن اسـت توزيـع جريـان ضعيـف رخ دهـد. در بعضـي مـوارد ممکن اسـت بهتريـن محـل بـراي يک بسـتر آنـدي در خاکي باشـد کـه مقاومت ويـژه بيشـتري دارد.

بـا اضافـه نمـودن آندهـاي بيشـتر، اسـتفاده از آندهـاي بلندتر يا بـا افزايش فاصلـة آندها ميتـوان مقاومـت بسـتر آنـدي را کاهـش داد. آندهـا میتواننـد اتصالات مجزايـي به يک کابـل اصلـي داشـته باشـند يا روي يـک کابل پيوسـته نصب شـوند.

سيسـتمهاي حفاظت کاتـدی اعمال جريان توزيع شـده: معمـولا از ايـن سيسـتمها بـراي حفاظت از سـازههاي کوچک اسـتفاده ميشـود. معمـولا در مواقعي که سـازه کوچـک بـوده يـا آندهـا را نميتـوان در فواصـل دور قـرار داد،

ایـن سیسـتم مقـرون بـه صرفه تريـن انتخـاب اسـت. اين نوع بسـتر آندي براي حفاظت قسـمتهاي داخلـي مخزن آب، کـف مخزنهـاي همسـطح زمين، مخـازن مدفون يا خطـوط لوله کوتاه بـه کار مـیرود. آندها در امتـداد خـط لولـه يـا دور سـطح مخزن (داخـل مخـازن آب، خارج مخـازن مدفـون) توزيع ميشـوند. فاصلـه از سـازه معمـولا 1/5 تا 3 متر 5) تـا 10 فوت( و فاصلة بيـن آندها معمولا دو برابـر ايـن فاصلـه 3) تا 6 متر 10] تا 20 فوت([ ميباشـد. در بعضي موارد آند پيوسـته اسـت و بـه صـورت شـبکه روي مخازن يـا در امتـداد کناری خط لولـه قرار داده ميشـود.

سيستمهاي حفاظت کاتدی اعمال جريان از راه دور عمقی: از اين سيستمها معمولا براي حفاظت سازههاي بزرگ در مناطق ساختمانی استفاده ميشود.

معمولا در صورت بزرگ بودن سازه، وجود تأسيسات دیگر بسیار در منطقه يا در صورتیکه نميتوان آندها را در نزديکي سطح قرار داد،

اين سيستمها اقتصاديترين انتخاب ميباشند. از اين نوع بستر آندي براي حفاظت از شبکة توزيع گاز، مخازن باالتر از سطح زمين و خطوط لوله واقع در مناطق ساختمانی استفاده ميشود.

با حفر سوراخي عميق در زير سطح، اين آندها در محلی دور از سازه قرار داده ميشوند. فاصله بستر آندی عميق معمولي تا آند بااليي 30/5 متر 100) فوت( و تا آند زيرين از 61 تا 183 متر 200) تا 600 فوت( ميباشد. آندها ميتوانند روي اتصاالتي مجزا روي يک کابل پيوسته قرار بگیرند،

يا بصورت يک سيم آند پيوسته باشند. اين نوع بستر آندي ميتواند ظرفيت جريان بسيار بيشتري نسبت به سيستمهاي آند سطحي معمولي داشته باشد. ساختار اين نوع سيستم تداخل با ساير سازههاي فلزي را به حداقل ميرساند که نيازمند مالحظات خاصي براي پرکننده، عايق کابل و تهويه ميباشد.

بازرسـي خوردگـي بـا بـازه کوتـاه: بازرسـي خوردگـي با بـازه کوتـاه يک تسـت پتانسـيل بـا ایجـاد وقفـه در عملکـرد سيسـتمهاي اعمـال جريـان و بـدون ایجاد وقفـه در سيسـتمهاي گالوانيکـي (فدا شـونده) ميباشـد.

هـدف از اين بازرسـي اطمينان از کفایـت سیسـتم حفاظـت کاتدی، بر روي کل سـازة حفاظت شـده اسـت. اين بازرسـي بايد جامع باشـد تا به کمک آن مشـکالت درون سـازة حفاظت شـده يـا مشـکالت تداخلـي بـر سـازههاي خارجـي شناسـائي شـوند.

سـیکل وقفـه بايد شـامل يـک سـيکل روشـن بـا حداقـل مـدت زماني چهـار برابـر سـيکل خاموش باشـد، و مـدت زمـان سـيکل خامـوش آن نیـز نبايـد بيشـتر از يـک ثانيـه شـود.

در بازرسـي سيسـتمهاي گالوانيکـي، خطاهـاي اندازهگيـري بايد لحاظ شـوند، خصوصـاً در بکارگیری روشهـاي صوتـی در مشـخص نمـودن محـل پيـل مرجـع، سـازة حفاظـت شـده، آندها، وضعيـت پوشـش، مقاومـت ويـژه خـاک و عمق سـازة حفاظت شـده اگـر ايسـتگاههاي تسـت در هـر آند نصب شـوند، اين سـاختار نيـز ميتواند يـک نوع بازرسـي پتانسـيل وقفهای باشـد.

بررسـی سيسـتم اعمـال جريـان: بررسـی سيسـتم اعمـال جريـان جهت اطمينـان از اينکه عملکرد سيسـتم در همان سـطح آخرين بازرسـي خوردگـي بازه کوتاه يـا بازرسـي خوردگـي ميباشـد، انجـام میشـود.

ايـن بررسـی از نوع بـدون وقفه اسـت و الزم اسـت مقادیـر اندازهگیـری شـده پتانسـيل بـا مقادیر پتانسـيل سـيکل روشـن قبلي مقايسـه شـود. محـل اندازهگيـري پتانسـيل از آخريـن بازرسـي خوردگـي بـازه کوتـاه يا خوردگـی بدسـت میآيـد، درنتیجـه اطمينـان منطقـي از برقـراری و کفایـت جريـان در سیسـتم حاصل میشـود.

دوره تعمير و نگهداري: دوره زمانی توصيه شده جهت بررسی سيستم اعمال جريان در 60 روز پس از آخرين بازرسي خوردگي بازه کوتاه، خوردگي يا بررسی سيستم اعمال جريان ميباشد. ممکن است قوانین عمومی یا محلی دورههای بررسی نزدیکتری را الزامی کند.
و
توجـه: يکسـوکننده سيسـتم حفاظـت کاتـدی در مخـازن مدفـون بايـد در دورههای حداکثـر 60 روزه بازرسـي شـوند تـا از مطابقت آنها بـا قوانين اطمينان حاصل شـود. این دورههـا بایـد بـا سـازمان حفاظـت از محیـط زیسـت هماهنـگ شـوند، زیرا ممکن اسـت قوانیـن محلـي دقیقتـر بـوده یـا ملزومات بيشـتري را اعمـال کنند.