جستجو در تالارهای گفتگو

اصول خوردگي براساس خواص فعل و انفعالات الكتروشيميايي است كه در آند توليد الكترون و در كاتد مصرف الكترون صورت مي پذيرد. واكنش هاي الكترو شيميايي انحلال فلز و آزاد شدن گاز هيدروژن ، بر طبق معادلات زير است : M → Mn+ + ne 2H+ + 2e → H2 در پروسه خوردگي لوله مدفون درخاك ، نقاط آندي و كاتدي در هر حال موجود هستند و با انتقال جريان الكتريسيته از نواحي آندي از فلز به محيط اطراف خوردگي رخ مي دهد و در نقاط كاتدي كه جريان از محل اطراف به فلز مي رسد خوردگي صورت نمي گيرد. به همين دليل فلز را مي توان به طور جزئي بوسيله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمي بودند و هنگام نصب و يا كار آسيب نمي ديدند لوله هاي فلزي هرگز خورده نمي شدند. پيدايش عيوب در لايه هاي محافظ يا وجود سوراخ ها، حتي اگر اتفاقي باشد ما را ملزم مي كند كه حفاظت نوع دومي را هم براي فلزات مدفون در خاك بكار بريم. روش عمومي استفاده از حفاظت كاتدي است. در اين روش با وارد شدن يك پتانسيل كاتدي ، قطعه مهندسي به يك كاتد ( قطب منفي) تبديل مي گردد؛ در حقيقت جريان از طرف محيط به تمام سطح لوله مي رسد پس در حقيقت ديگر خوردگي نخواهيم داشت و لوله محافظت مي گردد. حفاظت كاتدي را ميتوان به تنهايي هم بكار برد ولي به مقدار جريان زيادي نياز است. بنابراين بهترين روش آن است كه از يك لايه محافظ مناسب استفاده كرد و بعدا بوسيله حفاظت كاتدي آنرا تقويت نمود. همانگونه كه در ابتدا مطرح شد اصول خوردگي براساس خواص فعل و انفعالات الكتروشيميايي است كه در آند توليد الكترون و در كاتد مصرف الكترون صورت مي پذيرد. واكنش هاي الكترو شيميايي انحلال فلز و آزاد شدن گاز هيدروژن ، بر طبق معادلات زير است : M → Mn+ + ne 2H+ + 2e → H2 در پروسه خوردگي لوله مدفون درخاك ، نقاط آندي و كاتدي در هر حال موجود هستند و با انتقال جريان الكتريسيته از نواحي آندي از فلز به محيط اطراف خوردگي رخ مي دهد و در نقاط كاتدي كه جريان از محل اطراف به فلز مي رسد خوردگي صورت نمي گيرد. به همين دليل فلز را مي توان به طور جزئي بوسيله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمي بودند و هنگام نصب و يا كار آسيب نمي ديدند لوله هاي فلزي هرگز خورده نمي شدند. پيدايش عيوب در لايه هاي محافظ يا وجود سوراخ ها، حتي اگر اتفاقي باشد ما را ملزم مي كند كه حفاظت نوع دومي را هم براي فلزات مدفون در خاك بكار بريم. روش عمومي استفاده از حفاظت كاتدي است. در اين روش با وارد شدن يك پتانسيل كاتدي ، قطعه مهندسي به يك كاتد ( قطب منفي) تبديل مي گردد؛ در حقيقت جريان از طرف محيط به تمام سطح لوله مي رسد پس در حقيقت ديگر خوردگي نخواهيم داشت و لوله محافظت مي گردد. حفاظت كاتدي را ميتوان به تنهايي هم بكار برد ولي به مقدار جريان زيادي نياز است. بنابراين بهترين روش آن است كه از يك لايه محافظ مناسب استفاده كرد و بعدا بوسيله حفاظت كاتدي آنرا تقويت نمود. ◄ حفاظت كاتدي به دو شيوه اعمال مي گردد: 1- جريان اعمالي Impressed current 2- آند فدا شونده sacrificial anode ◄ حفاظت کاتدي بوسيله جريان اعمالي: حفاظت از اين طريق در حقيقت ساخت و کنترل يک سلول خوردگي بزرگ است. در اين سلول پايانه منفي جريان مستقيم به خط لوله و پايانه مثبت به يک رساناي مصرف شدني دفن شده وصل مي شود و اين رسانا آند ناميده مي شود. جريان مستقيم معمولا از طريق يک يکسو کننده به لوله وارد مي گردد و در حقيقت يک مدار الکتريکي بوسيله عبور جريان توسط خاک از آند به خط لوله به وجود مي ايد. ( شكل 1) در حقيقت سرمايه گذاري براي تاسيسات حفاظت کاتدي ، بخش کوچکي از هزينه کل تجهيزات است برخلاف حفاظت بوسيله پوشش ها ، تداوم هزينه ها براي تجهزات و کنترل وجود دارد ؛ در حقيقت اين بحث شامل اندازه گيري و برآورد تجهيزات ، طراحي و نصب آنها ، اندازه گيري و تفسير نتايج بدست آمده و سپس تعمير و نگه داري است. شكل 1 - نمايي شماتيك از سيستم حفاظت كاتدي ◄ فاکتو رهاي مورد نظر جهت طراحي سيستم حفاظت کاتدي: عواملي که بايد مد نظر قرار گيرند عبارت اند از: 1- اندازه پتانسيل : که با توجه و با استفاده از دياگرام ايوانز آن چنان اختيار مي شود که فلزات متفاوت در ناحيه کاتدي حفاظت مي گردند. ( شكل 2) 2- جريان مدار: شدت جريان ( آمپر) مورد نياز جهت رسيدن به پتانسيل حفاظت کننده مي بايستي محاسبه شود. 3- فاصله بسترهاي آندي : هر قدر که فاصله آندها از قطعه بيشتر باشد جريان بيشتري در مدار مي بايست تزريق گردد تا حفاظت کامل تري صورت پذيرد. نزديکي بيش از حد آند به قطعه از رسيدن جريان به تمامي سطح ( بخصوص طرف پشت قطعه ) جلوگيري خواهد نمود. 4-احتمال بکار گرفته شدن پوشش هاي حفاظتي و تاثير آنها بر طراحي سيستم حفاظت کاتدي 5- اندازه هاي قطعه مهندسي ، طول قطر، طول يا عرض جهت محاسبه سطح و در نتيجه اندازه مقاومت الکتريکي آن 6- نوع و جنس خاک ، به لحاظ خواص شيميايي و تعيين مقاومت آن اهميت خاص دارند. 7- احتمال وجود جريان هاي ناخواسته ( سرگردان) جريان هاي القائي که بنا بر عبور برق فشار قوي از نزديکي قطعه مهندسي و يا وجود ترانس ها و ديگر دستگاه ها ايجاد مي گردد. شكل 2- دياگرام ايوانز ◄ رابطه مقاومت ، جريان و پتانسيل با يکديگر: با فرض اينکه قطعه مهندسي ، خاک و يا سيال هر يک داراي مقاومت الکتريکي خاص خود هستند ، هر گاه جريان حفاظتي با استفاده از يک منبع تغذيه و يا آند فدا شونده برقرار گردد ، در نزديکي آند مقاومت كمتري بوجود آمده ، شدت جريان بيشترين خواهد بود. لذا هر قدر که از منبع آندي دورتر شويم مقاومت الکتريکي افزايش يافته جريان کمتر خواهد شد ، در نتيجه حفاظت کامل نخواهد بود اين پديده را اصطلاحا ( افت ولتاژ) مي نامند ، اگر ولتاژ به اندازه اي افت نمايد که از ناحيه حفاظت کاتدي ( ايوانز) خارج شود ديگر حفاظتي صورت نمي گيرد. همين پديده را مي توان با استفاده از يک مدار مقاومتي نشان داد که جريان در مقاومت هاي نزديک به بستر آندي بيشترين خواهد بود ( شکل 3). شدت جرياني که از واحد سطح زمين و در نزديکي بستر آندي خارج مي شود ؛ به مراتب از شدت جريان عبوري در فواصل دورتر از آند بيشتر است. در نتيجه به ازاي بعد مسافت، جريان کاهش خواهد يافت ، اين پديده باعث افت پتانسيل مي شود ( با فرض مقاومت ثابت ). شكل4 شكل 3 - افت ولتاژ و عدم حفاظت كاتدي بعد از 15 متر فاصله از آند ( لوله بدون پوشش ) شكل 4- رابطه افت پتانسيل نسبت به فاصله از بستر آندي مقدار افت پتانسيل نسبت به فاصله قابل اندازه گيري است : پتانيسل (v) = v جريان( A) = I مقاومت خاک ( Cm. Ω) = ρ طول آند ( ft ) = y فاصله از آند ( ft ) = X هر گاه X>10Y گردد فرمول فوق به ذيل تبديل مي شود: در سيستم حفاظت کاتدي به روش آند فدا شونده اين افت پتانسيل نيز مي بايستي در نظر گرفته شود هر چند که آند معمولا از قدرت کمتري برخوردار است. مقدار جريان لازم از فرمول V = IR محاسبه مي شود. مقدار جريان مورد نياز براي حفاظت واحد سطح از يک لوله فولادي بدون پوشش متغير است. که وابسته به نوع خاکي که در آن لوله قرار گرفته است و همچنين تجربه مي توان يک مقدار متوسط و معين را بکار برد. مقادير جدول 1 نشان مي دهد که پوشش ها ، حتي پوشش هاي ضعيف ، تفاوت چشمگيري در ميزان جريان ايجاد مي کنند. جريان لازم برحسب A مقاومت پوشش به ازاي يك ft2 برحسب Ω 500 لوله بدون پوشش 14.91 10000 5.964 25000 2.982 50000 1.491 100000 0.2982 500000 0.1491 500000 0.0298 5000000 0.000058 پوشش ايده آل جدول 1- جريان مورد نياز براي محافظت لوله پوشش شده ◄ اندازه گيري پتانسيل و شدت جريان: صحت حفاظت کاتدي و مقدار پتانسيل قطعه مهندسي با استفاده از ولت متر نسبت به الکترود مرجع (Cu/Cu SO4) سنجيده مي شود. شکل ( 5 و 6) شكل 5 - الکترود مرجع (Cu/Cu SO4) شكل6 - اندازه گيري پتانسيل خط لوله براي اين کار ابتدا بر روي زمين مقداري آب ريخته تا سطح زمين كاملا خيس شود، سپس نيم سلول Cu/Cu SO4 را بر روي آن قرار مي دهيم. يک سر ولت متر را به نيم سلول و سر ديگر آنرا به خط لوله وصل مي کنيم. پتانسيل اندازه گرفته شده بايد بيشتر از mv850- باشد ؛ چون نقاطي که پتانسيل کمتر mv 850- دارند ديگر حفاظت نمي شوند. جهت حفاظت از خوردگي لوله هاي فولادي نو مدفون شده درخاک بوسيله اندازه گيري به شيوه فوق بعضي اعمال جريان مستقيم تا رسيدن به پتانسيل مورد نظر جهت حفاظت يعني بالاتر از mv 850- صورت مي پذيرد. که جريان مورد نياز در اين خصوص فقط حدود A/ft2 100 است. در بسياري از موارد مدار الکتريکي محافظت کننده به شکل يک مدار باز با صرف جريان بيش از حد معمول عمل مي نمايند (Current Drainage) اين بنابر دلايل عديده اي همانند ايجاد لايه هاي اکسيدي ناخواسته ، اتصال پيش بيني نشده ، القاي جريان هاي سرگردان و غيره صورت مي گيرد. جهت کشف اين موضوع که ايا حفاظت به روش کاتدي موثر افتاده است و يا خير طبق شکل 7 از دو الکترود مرجع Cu/Cu SO4 به همراه دو ولت متر استفاده مي شود که در يک نقطه به لوله متصل مي گردند. اگر اختلاف پتانسيل اندازه گيري شده توسط دو دستگاه ولت متر بيشتر از 5 باشد. حفاظت به طورکامل انجام نمي پذيرداما برعکس اگر کمتر باشد حفاظت از خوردگي کامل خواهد بود. شكل 7 - شيوه اندازه گيري براي حصول اطمينان از حفاظت كامل كاتدي جريان خروجي از آند را مي توان بوسيله معادله دوايت بدست آورد. I = جريان خروجي (A) E = ولتاژ آند (v) L = طول آند (cm) ρ = مقاومت خاک D= قطر آند شكل 8 - افزايش شدت جريان در نزديك ترين نقاط به آند

اصول خوردگی براساس خواص فعل و انفعالات الكتروشیمیایی است كه در آند تولید الكترون و در كاتد مصرف الكترون صورت می پذیرد . واكنش های الكترو شیمیایی انحلال فلز و آزاد شدن گاز هیدروژن ، بر طبق معادلات زیر است : M → Mn+ + ne 2H + +2e → H2 در پروسه خوردگی لوله مدفون درخاك ، نقاط آندی و كاتدی در هر حال موجود هستند و با انتقال جریان الكتریسیته از نواحی آندی از فلز به محیط اطراف خوردگی رخ می دهد و در نقاط كاتدی كه جریان از محل اطراف به فلز می رسد خوردگی صورت نمی گیرد . به همین دلیل فلز را می توان به طور جزئی بوسیله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمی بودند و هنگام نصب و یا كار آسیب نمی دیدند لوله های فلزی هرگز خورده نمی شدند . پیدایش عیوب در لایه های محافظ یا وجود سوراخ ها، حتی اگر اتفاقی باشد ما را ملزم می كند كه حفاظت نوع دومی را هم برای فلزات مدفون در خاك بكار بریم . روش عمومی استفاده از حفاظت كاتدی است. در این روش با وارد شدن یك پتانسیل كاتدی ، قطعه مهندسی به یك كاتد ( قطب منفی) تبدیل می گردد؛ در حقیقت جریان از طرف محیط به تمام سطح لوله می رسد پس در حقیقت دیگر خوردگی نخواهیم داشت و لوله محافظت می گردد. حفاظت كاتدی را میتوان به تنهایی هم بكار برد ولی به مقدار جریان زیادی نیاز است. بنابراین بهترین روش آن است كه از یك لایه محافظ مناسب استفاده كرد و بعدا بوسیله حفاظت كاتدی آنرا تقویت نمود. حفاظت كاتدی خطوط لوله Ι همانگونه كه در ابتدا مطرح شد اصول خوردگی براساس خواص فعل و انفعالات الكتروشیمیایی است كه در آند تولید الكترون و در كاتد مصرف الكترون صورت می پذیرد . واكنش های الكترو شیمیایی انحلال فلز و آزاد شدن گاز هیدروژن ، بر طبق معادلات زیر است : M → Mn+ + ne 2H + +2e → H2 در پروسه خوردگی لوله مدفون درخاك ، نقاط آندی و كاتدی در هر حال موجود هستند و با انتقال جریان الكتریسیته از نواحی آندی از فلز به محیط اطراف خوردگی رخ می دهد و در نقاط كاتدی كه جریان از محل اطراف به فلز می رسد خوردگی صورت نمی گیرد . به همین دلیل فلز را می توان به طور جزئی بوسیله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمی بودند و هنگام نصب و یا كار آسیب نمی دیدند لوله های فلزی هرگز خورده نمی شدند . پیدایش عیوب در لایه های محافظ یا وجود سوراخ ها، حتی اگر اتفاقی باشد ما را ملزم می كند كه حفاظت نوع دومی را هم برای فلزات مدفون در خاك بكار بریم . روش عمومی استفاده از حفاظت كاتدی است. در این روش با وارد شدن یك پتانسیل كاتدی ، قطعه مهندسی به یك كاتد ( قطب منفی) تبدیل می گردد؛ در حقیقت جریان از طرف محیط به تمام سطح لوله می رسد پس در حقیقت دیگر خوردگی نخواهیم داشت و لوله محافظت می گردد. حفاظت كاتدی را میتوان به تنهایی هم بكار برد ولی به مقدار جریان زیادی نیاز است. بنابراین بهترین روش آن است كه از یك لایه محافظ مناسب استفاده كرد و بعدا بوسیله حفاظت كاتدی آنرا تقویت نمود. حفاظت كاتدی به دو شیوه اعمال می گردد: 1- جریان اعمالی Impressed current 2- آند فدا شونده sacrificial anode حفاظت کاتدی بوسیله جریان اعمالی: حفاظت از این طریق در حقیقت ساخت و کنترل یک سلول خوردگی بزرگ است . در این سلول پایانه منفی جریان مستقیم به خط لوله و پایانه مثبت به یک رسانای مصرف شدنی دفن شده وصل می شود و این رسانا آند نامیده می شود. جریان مستقیم معمولا از طریق یک یکسو کننده به لوله وارد می گردد و در حقیقت یک مدار الکتریکی بوسیله عبور جریان توسط خاک از آند به خط لوله به وجود می آید. ( شكل 1) در حقیقت سرمایه گذاری برای تاسیسات حفاظت کاتدی ، بخش کوچکی از هزینه کل تجهیزات است برخلاف حفاظت بوسیله پوشش ها ، تداوم هزینه ها برای تجهزات و کنترل وجود دارد ؛ در حقیقت این بحث شامل اندازه گیری و برآورد تجهیزات ، طراحی و نصب آنها ، اندازه گیری و تفسیر نتایج بدست آمده و سپس تعمیر و نگه داری است. شكل 1 - نمایی شماتیك از سیستم حفاظت كاتدی فاکتو رهای مورد نظر جهت طراحی سیستم حفاظت کاتدی: عواملی که باید مد نظر قرار گیرند عبارت اند از: 1- اندازه پتانسیل : که با توجه و با استفاده از دیاگرام ایوانز آن چنان اختیار می شود که فلزات متفاوت در ناحیه کاتدی حفاظت می گردند. ( شكل 2) 2- جریان مدار: شدت جریان ( آمپر) مورد نیاز جهت رسیدن به پتانسیل حفاظت کننده می بایستی محاسبه شود. 3- فاصله بسترهای آندی : هر قدر که فاصله آندها از قطعه بیشتر باشد جریان بیشتری در مدار می بایست تزریق گردد تا حفاظت کامل تری صورت پذیرد. نزدیکی بیش از حد آند به قطعه از رسیدن جریان به تمامی سطح ( بخصوص طرف پشت قطعه ) جلوگیری خواهد نمود. 4-احتمال بکار گرفته شدن پوشش های حفاظتی و تاثیر آنها بر طراحی سیستم حفاظت کاتدی 5- اندازه های قطعه مهندسی ، طول قطر، طول یا عرض جهت محاسبه سطح و در نتیجه اندازه مقاومت الکتریکی آن 6- نوع و جنس خاک ، به لحاظ خواص شیمیایی و تعیین مقاومت آن اهمیت خاص دارند. 7- احتمال وجود جریان های ناخواسته ( سرگردان) جریان های القائی که بنا بر عبور برق فشار قوی از نزدیکی قطعه مهندسی و یا وجود ترانس ها و دیگر دستگاه ها ایجاد می گردد. شكل 2- دیاگرام ایوانز رابطه مقاومت ، جریان و پتانسیل با یکدیگر: با فرض اینکه قطعه مهندسی ، خاک و یا سیال هر یک دارای مقاومت الکتریکی خاص خود هستند ، هر گاه جریان حفاظتی با استفاده از یک منبع تغذیه و یا آند فدا شونده برقرار گردد ، در نزدیکی آند مقاومت كمتری بوجود آمده ، شدت جریان بیشترین خواهد بود . لذا هر قدر که از منبع آندی دورتر شویم مقاومت الکتریکی افزایش یافته جریان کمتر خواهد شد ، در نتیجه حفاظت کامل نخواهد بود این پدیده را اصطلاحا ( افت ولتاژ) می نامند ، اگر ولتاژ به اندازه ای افت نماید که از ناحیه حفاظت کاتدی ( ایوانز) خارج شود دیگر حفاظتی صورت نمی گیرد . همین پدیده را می توان با استفاده از یک مدار مقاومتی نشان داد که جریان در مقاومت های نزدیک به بستر آندی بیشترین خواهد بود ( شکل 3) . شدت جریانی که از واحد سطح زمین و در نزدیکی بستر آندی خارج می شود ؛ به مراتب از شدت جریان عبوری در فواصل دورتر از آند بیشتر است. در نتیجه به ازای بعد مسافت، جریان کاهش خواهد یافت ، این پدیده باعث افت پتانسیل می شود ( با فرض مقاومت ثابت ) . شكل4 شكل 3 - افت ولتاژ و عدم حفاظت كاتدی بعد از 15 متر فاصله از آند ( لوله بدون پوشش ) شكل 4- رابطه افت پتانسیل نسبت به فاصله از بستر آندی مقدار افت پتانسیل نسبت به فاصله قابل اندازه گیری است : پتانیسل (v) = v جریان( A) = I مقاومت خاک ( Cm. Ω) = ρ طول آند ( ft ) = y فاصله از آند ( ft ) = X هر گاه X>10Y گردد فرمول فوق به ذیل تبدیل می شود: در سیستم حفاظت کاتدی به روش آند فدا شونده این افت پتانسیل نیز می بایستی در نظر گرفته شود هر چند که آند معمولا از قدرت کمتری برخوردار است. مقدار جریان لازم از فرمول V = IR محاسبه می شود . مقدار جریان مورد نیاز برای حفاظت واحد سطح از یک لوله فولادی بدون پوشش متغیر است . که وابسته به نوع خاکی که در آن لوله قرار گرفته است و همچنین تجربه می توان یک مقدار متوسط و معین را بکار برد. مقادیر جدول 1 نشان می دهد که پوشش ها ، حتی پوشش های ضعیف ، تفاوت چشمگیری در میزان جریان ایجاد می کنند. جدول 1- جریان مورد نیاز برای محافظت لوله پوشش شده جریان لازم برحسب A مقاومت پوشش به ازای یك ft2 برحسب Ω 500 14.91 5.964 2.982 1.491 0.2982 0.1491 0.0298 0.000058 لوله بدون پوشش 10000 25000 50000 100000 500000 1000000 5000000 پوشش ایده آل اندازه گیری پتانسیل و شدت جریان: صحت حفاظت کاتدی و مقدار پتانسیل قطعه مهندسی با استفاده از ولت متر نسبت به الکترود مرجع (Cu/Cu SO4) سنجیده می شود. شکل ( 5 و 6) شكل 5 - الکترود مرجع (Cu/Cu SO4) شكل6 - اندازه گیری پتانسیل خط لوله برای این کار ابتدا بر روی زمین مقداری آب ریخته تا سطح زمین كاملا خیس شود، سپس نیم سلول Cu/Cu SO4 را بر روی آن قرار می دهیم. یک سر ولت متر را به نیم سلول و سر دیگر آنرا به خط لوله وصل می کنیم . پتانسیل اندازه گرفته شده باید بیشتر از mv850- باشد ؛ چون نقاطی که پتانسیل کمتر mv 850- دارند دیگر حفاظت نمی شوند . جهت حفاظت از خوردگی لوله های فولادی نو مدفون شده درخاک بوسیله اندازه گیری به شیوه فوق بعضی اعمال جریان مستقیم تا رسیدن به پتانسیل مورد نظر جهت حفاظت یعنی بالاتر از mv 850- صورت می پذیرد . که جریان مورد نیاز در این خصوص فقط حدود A/ft2 100 است . در بسیاری از موارد مدار الکتریکی محافظت کننده به شکل یک مدار باز با صرف جریان بیش از حد معمول عمل می نمایند (Current Drainage) این بنابر دلایل عدیده ای همانند ایجاد لایه های اکسیدی ناخواسته ، اتصال پیش بینی نشده ، القای جریان های سرگردان و غیره صورت می گیرد . جهت کشف این موضوع که آیا حفاظت به روش کاتدی موثر افتاده است و یا خیر طبق شکل 7 از دو الکترود مرجع Cu/Cu SO4 به همراه دو ولت متر استفاده می شود که در یک نقطه به لوله متصل می گردند . اگر اختلاف پتانسیل اندازه گیری شده توسط دو دستگاه ولت متر بیشتر از 5 باشد . حفاظت به طورکامل انجام نمی پذیرداما برعکس اگر کمتر باشد حفاظت از خوردگی کامل خواهد بود. شكل 7 - شیوه اندازه گیری برای حصول اطمینان از حفاظت كامل كاتدی جریان خروجی از آند را می توان بوسیله معادله دوایت بدست آورد. I = جریان خروجی (A) E = ولتاژ آند (v) L = طول آند (cm) ρ = مقاومت خاک D= قطر آند شكل 8 - افزایش شدت جریان در نزدیك ترین نقاط به آند