حفاظت کاتدی تزریق جریان؛ پیشتاز در حوزه روش های حفاظت از خوردگی

در سیستم حفاظت کاتدی تزریق جریان، همانطور که از نام آن پیداست برای حفاظت سازه های فلزی از تزریق جریان به بستر الکترولیت دربرگیرنده فلز استفاده می شود. عمل تزریق جریان توسط قطعه ترانسفورمر رکتیفایر و نیز قطعه آند انجام می گیرد. به ازای جریان ورودی به الکترولیت، درون این محیط واکنش الکتروشیمیایی رخ می دهد و همین واکنش موجب پیشگیری از خوردگی در سازه فلزی می شود.

مدل حفاظت تزریق جریان مزایایی دارد که موجب پیشتازی استفاده از آن در سیستم های حفاظت از خوردگی نسبت به دیگر روش ها می شود، یکی از مزایای اصلی و عمده آن، عدم نیاز به تعویض آند تزریق جریان در فواصل زمانی مشخص و امکان بهره گیری از آن در انواع الکترولیت ها با هر نوع مشخصات و ویژگی های شیمیایی می باشد.

اجزای اصلی سیستم حفاظت تزریق جریان شامل کاتد یا همان سازه فلزی تحت حفاظت، آند تزریق جریان، ترانسفورمر رکتیفایر، جعبه تقسیم و کابل می باشد. این سیستم با بهره گیری از انواع آند تزریق جریان معتبر و باکیفیت، قابلیت حفاظت از خوردگی تجهیزاتی نظیر خطوط لوله مدفون در الکترولیت، مخازن رو زمینی، مخازن مدفون، سازه های دریایی، آرماتورهای درون بتن و … را دارا می باشد.

انواع آند تزریق جریان

آندهای تزریق جریان در انواع مختلف و بسته به کاربردهای مختلف تولید می شوند. پارامترهای اصلی تفاوت در بین آندهای تزریق جریان، عناصر تشکیل دهنده آن ها و نیز شکل و فرم آن ها می باشد. قیمت آند تزریق جریان به نوع و جنس آند، سایز و وزن آن، چگالی جریان، نرخ خوردگی و … بستگی خواهد داشت. در ادامه به معرفی و بررسی عملکرد و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی انواع آندهای تزریق جریان می پردازیم.

آند تزریق جریان از نوع سیلیکونی یا چدن پر سیلیس (high silicon)

ترکیب شیمیایی این نوع آند، آلیاژی از عناصر سیلیسیم و کروم بوده و نام تجاری آن تانتیرون است. به سبب برخورداری از این ترکیب شیمیایی، مقاومت خوبی نیز در برابر اکسید شدن از خود نشان می دهد. آند سیلیکونی بر اساس استانداردهای ساخت IPS-M-TP-750/1, BS 1591, ASTMA518 تولید و عرضه می شوند. سایز تولید برای آند تزریق جریان سیلیکونی به طور معمول 60*3 و 60*2 می باشد.

ترکیبات شیمیایی به کار رفته در آند سیلیکونی به دو صورت شکل می گیرد. نوع اول آندهای سیلیکونی دسته C را تشکیل می دهد که مناسب برای سیستم های حفاظت کاتدی با بستر الکترولیت قلیایی و اسیدی نظیر آب دریا هستند و نوع دوم نیز دربرگیرنده آندهای سیلیکونی دسته N می باشد که قابلیت استفاده در خاک های خنثی و آب های تازه نظیر مخازن آب داغ را دارند. به طور کلی از آند تزریق جریان سیلیکونی می توان در تمامی بسترهای آندی همچون بسترهای پراکنده، سطحی و چاهی، جهت حفاظت از خوردگی سازه های فلزی، استفاده کرد.

آندهای سیلیکونی کنیستر شده

آند تزریق جریان سیلیکونی می توانند با زغال کک بکفیل شود. برای این کار می بایست کارفرما درخواست خود را به تولیدکننده ارائه نموده تا هنگام تولید آند، پوشش بکفیل زغال کک نیز لحاظ گردد.

قابل ذکر است که آندهای سیلیکونی که با زغال کک بکفیل می شوند، در میان اهل فن با عنوان آندهای کنیستر شده شناخته می شوند. طول عمر معمول آندهای کنیستر شده حدود 10 سال است و خروجی جریان آندهای با سایز 60*3 برای این طول عمر، حدود 3 آمپر و برای آندهای 60*2 حدود 2 آمپر برآورد شده است.

نکته مهم در رابطه با آندهای سیلیکونی نوع اتصال الکتریکی کابل به آند می باشد. معمولاً جهت دستیابی به اتصالی محکم و مقاوم که حداقل افت ولتاژ را داشته باشد، از تجهیزات اتصال نوع Lead Caulking بهره گیری می شود. هنگام تولید آند تزریق جریان سیلیکونی طول کابل مشخصی مطابق با استانداردها برای آن در نظر می گیرند که نباید حین استفاده این طول این کابل افزایش یا کاهش داده شود. در واقع می بایست قبل از تهیه آند سیلیکونی، طول کابل مورد نیاز را با بررسی های دقیق برآورد نمود و سپس اقدام به خرید آند نمود.

آند تزریق جریان MMO

آندهای MMO دسته مهمی از آندهای تزریق جریان هستند که دربرگیرنده تیتانیوم با یک روکش مرکب از اکسید فلزاتی نظیر تانتالوم، روتنیوم، تایتانیوم و ایریدیوم می باشند.

این آندها دو مزیت عمده و اصلی دارند که آن ها برای استفاده در سیستم حفاظت کاتدی، بسیار مناسب می کند. این دو مزیت شامل طول عمر بالا و وزن کم آند می باشد. وقتی در رابطه با آندها صحبت از طول عمر بالا می کنیم، منظورمان برخوردار بودن از حداقل نرخ خوردگی می باشد که هدف اصلی سیستم های حفاظت از خوردگی طراحی شده توسط مهندسی خوردگی است.

پبسترهای تزریق جریان سطحی، پراکنده، اسکله های دریایی، چاهی و … همگی محیط هایی هستند که از آند تزریق جریان MMO جهت انجام امر حفاظت استقبال می کنند. آندهای تزریق جریان MMO خود به چند دسته تقسیم می شوند که هر یک با سایز و قالب مشخص مناسب برای محیط ها و بسترهای الکترولیتی مختلف می باشند.

آند MMO تیوبی یا لوله ای

آند MMO تیوبی یا لوله ای یکی از انواع مهم آند تزریق جریان MMO می باشد که از نظر ظاهری به صورت یک لوله توخالی می باشد. طول عمر آندهای تیوبی حدود 20 یا 25 سال در نظر گرفته شده است و مناسب برای حفاظت کاتدی تزریق جریان در بسترهای چاهی، پراکنده و سطحی می باشد.

آند تزریق جریان MMO نواری یا ریبون

آند MMO نواری نیز که به طور معمول در بسترهای آندی کف مخازن به کار گیری می شود، ظاهری نواری شکل دارد که جنس فلز این نوار از تایتانیوم است و روکشی حاصل از ترکیب اکسید چهار فلز تشکیل دهنده آندهای MMO دارد.

آند MMO سیمی یا وایری

آند MMO سیمی هم نوع دیگری از آندهای پرکاربرد MMO می باشد که به صورت یک سیم تک رشته تولید می شود. آند تزریق جریان سیمی معمولاً در کنار مخازن و لوله های مدفون در الکترولیت نصب می شود و عمل حفاظت از خوردگی را انجام می دهد.

نکته مهم در رابطه با این دسته از آندها این است که می توان از آن ها در قالب شبکه آندی کف مخازن هم بهره گیری کرد. شاید نام Piggy Back در حوزه آندهای MMO به گوشتان خورده باشد. آندهای Piggy Back همان آند MMO سیمی هستند که با زغال کک بکفیل شده اند. آند پیگی بک حاصل ترکیب کابل، آند سیمی، بکفیل زغال و دو نوع روکش به صورت محافظ و توری می باشد.

آند تزریق جریان پایه سرب

همانطور که از نام این دسته از آندهای تزریق جریان مشخص است، در ساخت این آندها از فلز سرب به عنوان فلز پایه در ترکیب با دیگر فلزات استفاده شده است. دلیل ترکیب سرب با فلزات دیگر این است که آزمایشات و بررسی های مختلف نشان داده است که سرب به تنهایی قابلیت به کارگیری به عنوان آند تزریق جریان را ندارد.

از این رو عناصر دیگری را با آن ترکیب می کنند تا سطح عملکرد و بازدهی آن در امر مهم حفاظت از خوردگی تا بالاترین حد ممکن افزایش یابد و سطح حفاظت قابل قبولی را تأمین کند. هنگامی که سرب با فلزاتی نظیر نقره، پلاتین و آنتیمون ترکیب می شود، یک فیلم اکسید به عنوان محافظ بر روی آن ایجاد می شود. در آند تزریق جریان پایه سرب درصد بالایی از آند را سرب تشکیل می دهد.

به طور مثال در ترکیب سرب با نقره، از 92 درصد سرب و 6 درصد آنتیمون و نهایتاً 1 درصد نقره برای تشکیل فیلم اکسید محافظ بهره گیری می شود. همچنین در ترکیب سرب با پلاتین از 99.5 درصد سرب و مجموعاً 0.5 درصد پلاتین و آنتیمون برای تولید آند پایه سرب استفاده می شود.

چگالی جریان آند تزریق جریان پایه سرب حدود 110 آمپر بر مترمربع می باشد. از این آندهای تزریق جریان به دلیل برخورداری از مزیت طول عمر و جریان دهی بالا، می توان به منظور حفاظت کاتدی از سازه های مغروق در دریا و آب های شور، به کارگیری کرد. چنانچه قصد خرید آند تزریق جریان پایه سرب را داشته باشید، خوب است بدانید که این آندها در اشکال و ابعاد مختلف متناسب با انواع کاربردها توسط شرکت های دانش بنیان و فعال در حوزه تولید سیستم های حفاظت از خوردگی، طراحی و تولید می شوند.

آند تزریق جریان پلاتینایز

آند پلاتینایز از فلزاتی همچون نیوبیوم (Niobium Platinized)، تیتانیوم (Titanium Platinized) و تانتالوم (Tantalum Platinized) تشکیل شده است که لایه ای با ضخامت 2.5 میکرومتر و از جنس پلاتین بر روی آن کشیده شده است. این دسته از آندهای تزریق جریان قابلیت بالایی در تزریق جریان در بسترهای الکترولیت دارند.

قابل ذکر است که به دلیل قیمت بالای آنها، فروش آند تزریق جریان پلاتینایز نسبت به دیگر انواع آندهای مورد استفاده در حفاظت کاتدی تزریق جریان، کمتر صورت می پذیرد. این آندها قابلیت های اطمینان بالایی را برای حفاظت از خوردگی در بسترهای آب دریا و محیط های دارای کلر، فراهم می کنند.

آند سیلیکونی (چدن پر سیلیسHigh Silicon): این آند دارای ترکیبات سیلیسیم و کروم می باشد که دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی است. نام تجاری این آلیاژ آند سیلیکونی یا آند چدنی بوده و مطابق استاندادرهای IPS-M-TP-750/1, BS 1591 , ASTMA518 تولید می گردد.

بطور معمول آندهای سیلیکونی در دوسایز 60×2 و 60×3 اینچ تولید می شوند شکل زیر مشخصات کلی این آندها را نشان میدهد و در تمامی بسترهای آندی اعم از سطحی، چاهی و پراکنده و … استفاده می شوند.

اتصال الکتریکی کابل به آند از نوع Lead Caulking می باشد که ضمن اتصال محکم و مطمئن دارای کمترین افت ولتاژ در محل اتصال می باشد (حداکثر 3/0 ولت در جریان 10 آمپر).
چگالی جریان این آندها و همچنین میزان مصرف آنها متاثر از شرایط محیطی نصب این نوع از آندها می باشد. جدول زیر مقادیر چگالی جریان و نرخ خوردگی آندهای سیلیکونی را برای بهره برداری با بکفیل ذغال کک، ارتباط مستقیم با آب و آب دریا نشان می دهد.

توضیحات:

• ابعاد و نوع کابل آند سیلیکونی با نظر طراح و سازنده ممکن متفاوت باشد.
• آند سیلیکون ممکن است مطابق درخواست با ذغال کک بکفیل گردد که ابعاد و درصد ذغال کک توسط متقاضی مشخص می گردد. این نوع از آندها کنیستر شده نامیده می شوند.
• به طور معمول خروجی جریان آندهای 60×3 اینچ در بکفیل ذغال کک 3 آمپر و خروجی جریان آندهای 60×2 اینچ در بکفیل ذغال کک 2 آمپر برای طور عمر 10 سال در نظر گرفته می شود.

آند MMO: این آندها به طور معمول تشکیل شده از روکشی از انواع اکسیدهای فلزهای ایریدیوم، تانتالوم، تایتانیوم و روتنیوم می باشد. این نوع از آندها با توجه به وزن کم و طول عمر زیاد (نرخ خورندگی پایین) کاربرد وسیعی در صنعت حفاظت کاتدی داشته و در انواع بستر های تزریق جریان اعم از: سطحی، چاهی، پراکنده، اسکله، تاسیسات دریایی و … استفاده می شوند. آند MMO در اشکال و اندازه های متفاوتی بنا به محیط و محل نصب آنها ساخته می گردند. در زیر به شرح برخی از این نوع آندها می پردازیم.

Tubular MMO Anode: این آند به شکل یک لوله توخالی از جنس فلز تایتانیوم با روکشی از انواع اکسیدهای فلزهای ایریدیوم، تانتالوم، تایتانیوم و روتنیوم می باشد که جدول ابعادی وشکل ظاهری آن در زیر آمده است. این نوع از آندها در بسترهای سطحی، چاهی، پراکنده و … به وفور استفاده می شوند.

Ribbon MMO Anode: این آندها از یک نوار از جنس فلز تایتانیوم با روکشی از انواع اکسیدهای فلزهای ایریدیوم، تانتالوم، تایتانیوم و روتنیوم تشکیل شده اند. این نوع از آندها به طور معمول در شبکه های آندی کف مخازن استفاده می شوند که مشخصات فنی بهمراه شکل ظاهری آن در زیر آمده است:

Working Environment: Evolution O2, Cl2 or a combination of both
Nominal Dimensions of Solid Ribbon:
Width: 0.25″ (6.35mm)
Thickness: 0.025″ (0.635mm)
Standard Coil Length: 328 ft (100m)
Standard Coil Weight: 2.5 lbs (1.12kgs)
Surface Area of Ribbon: 0.014m² per m
Current Output of Ribbon in Fine Sand:
12.8mA/ft (42mA per m) when operating at an anode current density of
0.278 A/ft² (3 A/m²)
Design Life:
50 years + when operating at an anode current density of 0.278A/ft² (3 A/m²)
Current Output of Ribbon in Concrete:
45 mA/ft (1.5mA per m) when operating at an anode current density of
10.19 mA/ft² (110 mA/m²).
Design Life:
100 years + when operating at an anode current density of 10.19 mA/ft²
(110 mA/m²)

Ti Conductor Bar: برای اتصال ریبون آند به یکدیگر و تزریق جریان به شبکه آندی از کانداکتور بار استفاده می شود. جنس کانداکتور بار از تایتانیوم بوده و دارای مقاومت کمتری نسبت به ریبون آند می باشد. برای اتصال کانداکتور بار به ریبون آند از جوش مقاومتی نقطه ای استفاده می شود. مشخصات کانداکتور بار و شکل ظاهری آن بهمراه یک نمونه جوش نقطه ای در زیر آمده است:

Power Feed Connector: برای اتصال کابل مثبت به شبکه آندی کف مخازن از وسیله ای به نام Power Feed Connector استفاده می شود، که تجهیز مذکور از جنس تایتانیوم است و نحوه اتصال وسیله مذکور به شبکه آند بوسیله جوش نقطه ای می باشد.

MMO Wire Anode: آند وایری از یک سیم تک رشته با روکشی از انواع اکسیدهای فلزهای ایریدیوم، تانتالوم، تایتانیوم و روتنیوم تشکیل شده است. این نوع از آندها به طور معمول در کنار لوله ها و مخازن مدفون نصب می گردند. در برخی از موارد با نظر طراح آند وایری بعنوان شبکه آندی کف مخزن نیز به کار می رود. مشخصات و شکل ظاهری آند وایری به شرح زیر می باشد:

WIRE ANODES ELECTRICAL RESISTANCE
1.5 mm Diameter – 75.537 Micro ohms/ft.
3.0 mm Diameter – 18.884 Micro ohms/ft.
Approximate electrical resistance @ 25ºC.

• آند وایری ممکن است به درخواست سفارش دهنده با بکفیل ذغال کک نیز ساخته شوند. این نوع آندها از کابل تغذیه، آند وایری، ذغال کک متالورژی، روکش محافظ و روکش توری تشکیل شده اند و در اصطلاح Piggy Back گفته می شوند.

آندهای پایه سرب: سرب خالص به تنهایی قابلیت استفاده به عنوان آند را ندارد. برای رفع این مشکل سرب را با فلزات دیگر ترکیب نموده که حاصل آن تشکیل یک فیلم اکسید محافظ بر روی آن است.

ترکیب آند پایه سرب در دو نوع، فلز نقره با درصد ترکیب (92% سرب، 6% آنتیمون و 1% نقره) و دیگری فلز پلاتین با درصد ترکیب (5/99% سرب و 5/0% پلاتین و آنتیمون) صورت می پذیرد. دانسیته جریان آندهای پایه سرب 110 آمپر بر متر مربع است. در زیر جدول Consumption Rate آندهای پایه سرب در مقاومت های ویژه الکترولیت مختلف آمده است:

آندهای پایه سرب به دلیل نرخ خوردگی پایین و جریان دهی بالا مناسب استفاده در آب دریا و سازه های مجاور در آب شور و نمکی (پایه های اسکله ها، پایل ها، بدنه کشتی ها) می باشند.

آندهای پایه سرب در اشکال و سایزهای مختلف ساخته و عرضه می شوند و با توجه به شکل و سایز آند به صورت غوطه ور (مهار شده با طناب) و یا بوسیله تجهیزات مخصوص نگهدارنده در مجاورت سازه تحت حفاظت نصب می گردند.

آندهای پلاتینایز: آندهای پلاتینایز تشکیل شده از یک لایه پلاتین به ضخامت تقریبی 5/2 میکرو متر بر روی فلزاتی مانند تیتانیوم، نیوبیوم و تانتالوم که بر این اساس به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

• تیتانیوم پلاتینایز (Titanium Platinized)
• نیوبیوم پلاتینایز (Niobium Platinized)
• تانتالوم پلاتینایز (Tantalum Platinized)

آندهای پلاتینایز از توانایی تزریق جریان بالایی برخوردار هستند، اما با توجه به قیمت بالای آنها، کمتر در طراحی ها از آنها استفاده می شود. آندهای پلاتینایز به طور معمول در آب دریا و الکترولیت های دارای نمک و محیط های دارای کلر استفاده می گردند. نرخ خوردگی آندهای پلاتینایز 40 تا 80 میلی گرم بر آمپر سال و دانسیته جریان آنها 100 آمپر بر فوت مربع می باشد.

مرتبط

شرکت دانش آریا با 12 سال تجربه مدیران خود، به عنوان تامین و تولید کننده عمده در این حوزه فعالیت میکند، جهت اطلاع از قیمت آند تزریق جریان ، مشاوره و خرید این محصول با ما در تماس باشید