روش های کنترل خوردگی (حفاظت کاتدی، حفاظت آندی، پوشش ها و بازدارنده ها)

[Peyman 16,150]

توجه : برداشت از مطالب این تاپیک تنها با ذکر منبع آن مجاز می باشد. ( http://www.noandishaan.com )

 

 

سلام دوستان :icon_pf (44):

 

دراین تاپیک به بررسی موضوع کنترل خوردگی به ویژه در محیط هایی با اتمسفر دریایی پرداخته می شود. مطالبی از قبیل مکانیزیم حفاظت کاتدی و آندی، عوامل موثر، انواع آندها، انواع پوشش ها، مکانیزم پوشش دهی، عوامل موثر بر کیفیت پوشش و انواع بازدارنده ها به تدریج مطرح می شوند.

 

منبع اطلاعاتی مورد استفاده در این زمینه، پروژه کارشناسی بنده با موضوع بررسی خوردگی سازه های فولادی در محیط هایی با اتمسفر دریایی است. در صورتی که به منابع اصلی برای مطالعه نیاز داشتید، مراجع مورد استفاده معرفی می شوند. همچنین در صورت استفاده از مطالب جدید، منابع آن نیز ذکر خواهد شد.

 

 

همچنین از شما دعوت می کنم تا نظرات، تجربیات و دانش خودتان در این زمینه را با من و سایر دوستان به اشتراک بگذارید.

 

 

با تشکر

 

 

 

[Peyman 16,150]

مقدمه

 

 

پس از قرن ها استفاده از تاسیسات بندری و دریایی همچون اسکله ها و سکوهای دریایی و ... ، این موضوع روشن شده است که محیط دریایی از تمام محیط های طبیعی، خورنده تر و پیچیده تر است. بنابراین در طراحی تمامی سازه های دریایی و اسکله ها، باید به عامل خوردگی توجه خاصی مبذول نموده و آن ها را توسط سیستم های مناسب در مقابل خوردگی حفاظت کرد.

 

سازه های فولادی در دریا شامل نواحی داخل آب، جذرومدی، پاشش آب و اتمسفری می باشند که هر یک از این نواحی در معرض شرایط حاد خورنده قرار دارند. بنابراین باید روش های متفاوتی جهت کنترل خوردگی نواحی مختلف یک سازه بکار گرفته شود.

 

 

 

 

سازه های دریایی اعم از سکوها و اسکله ها دارند، باید سال ها مشغول به کار بوده و کارآیی لازم را داشته باشند. این سازه ها به خصوص در منطقه خلیج فارس - با توجه به شرایط حاد محیطی - شدیدا مورد حمله عوامل خورنده قرار می گیرند. کنترل خوردگی سازه های فولادی در دریا به دو روش کلی حفاظت کاتدی در ناحیه غوطه ور و اعمال پوشش های آلی در نواحی جذر و مدی، پاشش آب و اتمسفری انجام می شود.

 

طراحی یک سیستم حفاظت کاتدی جهت کنترل خوردگی باید با توجه به شرایط محیطی، تجهیزات موجود، چگونگی نصب سازه، مدت زمان بهره برداری از سازه و .... صورت گیرد. در نظر گرفتن کلیه فاکتورها، موجب عملکرد مناسب سیستم حفاظت کاتدی، کاهش هزینه های خوردگی و افزایش عمر مفید سازه خواهد بود. همچنین امروزه استفاده از پوشش های آلی در ناحیه زیر آب سازه های فولادی، علاوه بر به کارگیری سیستم های حفاظت کاتدی، درحال توسعه است.

 

 

[Peyman 16,150]

حفاظت کاتدی

 

حفاظت کاتدی عبارت است از جلوگیری یا کاهش خوردگی فلزات به طوری که توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی (یک سو) و یا تماس آن با یک آند فدا شونده، فلز مورد نظر بصورت کاتد در آید. به بیان دیگر حفاظت کاتدی فرآیندی است که با ایجاد میدان الکتریکی در سطح فلز، از واکنش خوردگی در سطح آن جلوگیری می کند. برای اینکه یون های فلزی تولید شده به طور کامل از بین بروند، باید میدان الکتریکی محافظ، قدرت کافی داشته باشد. منبع میدان الکتریکی که برای مقابله با واکنش خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد، باید دارای یک جریان پیوسته و مستقیم مانند ترانسفورماتورهای DC همراه آندهای پلاتینه باشد. این روش را حفاظت کاتدی توسط جریان معکوس می نامند. روش دیگر حفاظت کاتدی استفاده از آندهای فداشونده است. بدین ترتیب که فلزات فعال تر از فولاد را (به عنوان مثال) به عنوان آند به سازه وصل کرده تا بجای فلز سازه خورده شود.

 

 

 

 

گاهی حفاظت کاتدی را به دو دسته گالوانی و الکترولیتی هم دسته بندی می کنند. حفاظت کاتدی گالوانی همان روش استفاده از آندهای فداشونده است که در آن آندها را به شکل مجزا و یا به صورت پوشش (فولاد گالوانیزه) در تماس با فلز اصلی قرار می دهند. در حفاظت کاتدی الکترولیتی، فلز در معرض خوردگی به عنوان کاتد، و یک فلز غیر قابل حل مثل پلاتین، سرب و گاهی نیز قابل حل نظیر منیزیم و آلومینیوم را به عنوان آند، توسط یک دستگاه تولید جریان الکتریکی مستقیم به هم متصل می کنند. در ادامه هر دو روش به طور کامل توضیح داده می شود.

 

 

 

 

حفاظت کاتدی برای جلوگیری از خوردگی فلزاتی از قبیل فولاد، مس، سرب و برنج در زمین (خاک) و محلول های مختلف آبی به کار برده می شود. به کمک حفاظت کاتدی می توان از خوردگی حفره ای فلزات رویین از جمله فولادهای زنگ نزن نیز جلوگیری کرد. همچنین جهت تقلیل ترک های خوردگی تنشی در فلزاتی مثل برنج ها، فولادها، فولادهای زنگ نزن، منیزیم، آلومینیم و ... و نیز خوردگی خستگی در اغلب فلزات و خوردگی بین دانه ای در فلزاتی مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی و همچنین زدایش روی برنج ها، می توان از حفاظت کاتدی استفاده کرد. لازم به ذکر است که روش های آند فداشونده و جریان معکوس، به طور وسیعی برای حفاظت از سکوهای دور از ساحل، تجهیزات حفاری، خطوط لوله زیر آب، تاسیسات بندری مثل اسکله و بنادر و پل ها و نیز کشتی ها، استفاده می شود. در برخی کاربردهای دیگر نظیر سکوهای عظیم حفاری از ترکیب هر دو روش جریان معکوس و آندهای قربانی شونده استفاده می کنند.

 

در سازه های دریایی معمولا از روش حفاظت کاتدی و پوشش دهی رنگ - به علت صرفه اقتصادی بیشتر- توأمان استفاده می شود. در این صورت حتی اگر قسمتی از رنگ پوشش هم از سطح جدا شود، به علت حفاظت کاتدی سطح، احتیاجی به مرمت پوشش نخواهد بود. البته شرکت های سازنده تجهیزات دریایی در این مورد نظرات مختلفی دارند. عده ای ترجیح می دهند که سازه های زیر آب خود را پوشش دهند و عده ای هم فقط از حفاظت کاتدی برای آن ها استفاده می کنند. به هر حال در اینجا، تنها صرفه اقتصادی است که چه از لحاظ هزینه و چه از لحاظ عمر مفید، روش کار را تعیین خواهد کرد.

 

نواحی مختلف یک سکوی نفتی و روش حفاظت در هر منطقه در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

 

ادامه دارد ....

[Peyman 16,150]

حفاظت کاتدی برای جلوگیری از خوردگی در قسمت هایی از مخازن و سازه های فولادی که در تماس با آب نیستند، راه موثری نخواهد بود. زیرا که جریان اعمال شده (جریان حفاظت کننده) نمی تواند در مناطقی از فلز که در تماس با الکترولیت نیستند و همچنین در سطوح عایق بندی شده - مثل قسمت های داخلی لوله های خنک کننده های آبی- وارد شود.

 

طراحی یک سیستم حفاظت کاتدی مناسب جهت کنترل خوردگی سازه های دریایی به عوامل زیادی بستگی دارد. این عوامل عبارتند از موقعیت جغرافیایی، شرایط محیطی، شرایط سطوح در تماس با آب، شکل اجزاء سازه، کیفیت پوشش و یک گروه مهندسی متخصص که کلیه عوامل مرتبط را در هنگام طراحی سیستم حفاظت کاتدی مد نظر داشته باشد.

 

پتانسیل لازم برای محافظت از عوامل گوناگونی متاثر است، از جمله سرعت حرکت آب دریا، میزان اکسیژن حل شده در آب، مقاومت الکتریکی آب دریا، حضور باکتری ها و ... . جدول زیر تعدادی از فاکتورهای محیطی موثر بر طراحی سیستم حفاظت کاتدی در مناطق دریایی مختلف را نشان می دهد.

 

 

 

 

 

[Peyman 16,150]

تاریخچه حفاظت کاتدی

 

اولین بار دیوی هامفری (Davy Humphrey ) در سال 1824 نتایج بررسی خود در آب دریا را این چنین بیان کرد : خوردگی فلز مس را می توان به کمک آهن یا روی که در تماس با آن قرار گرفته اند کاهش داد. این دانشمند پیشنهاد کرد که برای حفاظت از کشتی های انگلیسی با بدنه مسی، قطعاتی از آهن روی آن نصب شود طوری که نسبت سطح آهن به مس 1 به 100 باشد.

 

پس از هامفری، ادموند دیوی (Edmund Davy ) دستگاه ها و وسایل شناور در آب دریا را با نصب قطعاتی از روی محافظت کاتدی نمود. سپس روبرت مالت (Robert Mallet ) در 1840 آلیاژی از فلز روی ساخت که به عنوان آندهای فداشونده مورد استفاده قرار می گرفت. کاربرد آندهای فداشونده ادامه داشت تا این که به تدریج رنگ های ضدزنگ ساخته شد و استفاده از آن ها به منظور حفاظت کاتدی و صرفه جویی در هزینه تعمیرات، رواج بیشتری یافت. البته استفاده از پوشش های روی از زمانهای قدیم (قبل از 1742میلادی ) معمول بوده است. ولی کاربرد جریان اعمالی برای حفاظت کاتدی لوله ها و تاسیسات زیر زمینی در حدود سالهای 1912- 1910 آغاز شد و با سرعت زیادی گسترش پیدا کرد؛ بطوری که در حال حاضر تقریبا در تمام خطوط لوله و کابل های زیر زمینی از آن استفاده می شود.

 

 

 

 

امروزه تکنولوژی حفاظت کاتدی کاملا تثبیت و در طول سالیان گذشته کاربرد آن برای جلوگیری از خوردگی فولاد سازه های دریایی، از شمع های فولادی اسکله گرفته تا فولادهای داخلی بتن مسلح و همچنین ترمیم دراز مدت سازه هایی که در اثر آلودگی به کلر دستخوش زنگ خوردگی شده اند، به خوبی تبیین شده است و قوانین و دستورالعمل های مربوط به آن در استانداردهای بین المللی در خصوص استفاده از فولاد در آب دریا آمده است.

 

برای سازه های دور از ساحل موسسه های گوناگون رده بندی مثل لویدز (Loyds )، استانداردهای دقیقی را ارائه داده اند. تعداد و موقعیت آندها، کنترل عملکرد آن ها در طی زمان و دستورالعمل مناسب برای نمایش وضعیت آنها موضوعاتی هستند که به کمک آن ها می توان هزینه و بازده عملیات را تعیین کرد.

 

 

 

[Peyman 16,150]

مکانیزم حفاظت کاتدی

مکانیزم حفاظت کاتدی مربوط به جریان خارجی است که در نتیجه آن عناصر کاتدی پیل های موضعی به پتانسیل مدار باز آندها پلاریزه می شود. یعنی در اینجا تمام سطح فلز هم پتانسیل گشته و جریان خوردگی متوقف می شود. چنانچه پیلی متشکل از الکترودهای آهن (آند) و مس (کاتد) را در نظر بگیرید، خوردگی در الکترود آهن (آند) صورت می گیرد و الکترودهای آزاد شده در مدار خارج به سمت کاتد حرکت می کنند و شدت جریان ( I ) از کاتد به آند به وجود می آید. حال اگر به این پیل و میان دو الکترود یک منبع جریان الکتریکی یکسو (DC) طوری وصل شود که جریانی معادل پیل و در جهت خلاف آن وارد مدار گردد، اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد از بین رفته و دیگر هیچ واکنشی صورت نگرفته و آهن خورده نمی شود.

 

اصول محافظت کاتدی را می توان به صورت دیگر تشریح کرد. مطابق شکل زیر، A,C کاتد و آند موجود در پیل زیر باشند که واکنش خوردگی در آن در حال انجام است. اگر به این سیستم یک آند فداشونده متصل شود که بتواند جریان کافی به آن ها اعمال نماید در اینصورت، آند و کاتد موجود در این سیستم به یک پتانسیل الکترونگاتیوی یکسان پلاریزه شده و در نتیجه کل سیستم در مقابل این آند فداشونده به عنوان کاتد عمل نموده و محافظت خواهد شد.

 

 

 

عوامل موثر بر طراحی یک سیستم حفاظت کاتدی

 

1. تعیین موقیت جغرافیایی محل کار، شامل طول و عرض جغرافیایی و شرایط اقلیمی محلی که سیستم باید در آنجا قرار گیرد .

2. برآورد تمامی سطوح مغروق، خیس شده و یا مغروق در آب دریا، مربوط به سازه ای که باید از آن محافظت شود.

3. مشخص کردن شکل قطعه، شامل طرح و ابعاد آن برای کسب اطمینان از توزیع مناسب آند بر روی آن.

4. مشخص کردن طبیعت، نوع و گستردگی پوششی که روی قطعه به کار رفته است.

5. معلوم بودن مدت زمانی که لازم است از سازه محافظت شود.

6. در دسترس بودن جزئیات مربوط به منابع الکتریکی موجود، شامل ولتاژ، فرکانس، مرحله و دیگر تجهیزات مورد نیاز در هنگام استفاده از سیستم.

7. تعیین جنس آند و نوع تجهیزات مورد نیاز بر حسب خواسته مشتری.

8. در نظر داشتن محدودیت هایی در اندازه و وزن وتجهیزات، به گونه ای که برای سازنده مشکل ساز نباشد . همچنین بلند کردن آن مسئله ساز نبوده و متناسب با فضای کار پیمانکار باشد.

9. کسانی که در رابطه با حفاظت کاتدی کار می کنند و همچنین ناظرین باید از تخصص کافی بر خوردار باشند.

10. در خطوط لوله، ویژگی های ماده تشکیل دهنده لوله مانند قیر، ضخامت و اطلاعاتی در رابطه با الکتریسیته، پیوسته باید مشخص شود.

11. در خطوط لوله دور از ساحل، باید جزئیات پوشش سخت شده بستر و پوشش گیاهی ناحیه معلوم باشد.

12. ضرورت وجود اطلاعاتی درباره سیکل آب و هوایی، عمل موج، محل و موقعیت، عمق آب، جریان جذرومدی، طبیعت بستر و مسائل مشابه.

13. در تجهیزات دفن شده، باید چگونگی تغییرات خاک و همچنین میزان سطح دفن شده مشخص شود.

14. معلوم کردن مقاومت الکتریکی آب یا خاک و دامنه تغییرات درجه حرارت.

 

 

 

[nosha 11]

در مورد حفاظت آندی مطلب می خواستم اگه میشه

[hamed siahpoosh 10]

در مورد حفاظتکاتدی بتن مطلب می خواستم اگه میشه.مرسی

[jmf-yaser 10]

با سلام این مطالب الان ناقصه؟؟؟؟؟ پس قسمت پوشش هاش کجاست؟//؟؟/:4564::4564::4564: