حفاظت کاتدی برای جلوگیری از خوردگی میله های تقویت کننده در بتن

سالهاست که  شرکتهای صنعتی و مهندسان  برای محافظت از بتن مسلح فولادی در برابر خوردگی با هدف کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و تعمیر خوردگی بتن و افزایش عمر سازه تلاش کرده اند. عوامل اصلی خوردگی در بتن شامل نمک ، کلراید و یخ زدایی است. حفظ سازه های بتنی بزرگ مانند پل ها ، پارکینگ ها و اسکله های دریایی، عملی پایدار با مزایای زیست محیطی و عمومی است.

حفاظت کاتدی یک راه حل اثبات شده برای دوام بیشتر ساختارهای جدید و موجود است. تعمیر بتن به تنهایی یک راه حل طولانی مدت نیست زیرا ممکن است حتی پس از ترمیم لایه های ناشی از خوردگی، بتن هنوز آلوده به کلراید در اطراف میلگرد باشد. متأسفانه ، این وضعیت می تواند منجر به ایجاد محل های خوردگی ثانویه در اطراف منطقه‌ی تعمیرشده گردد.

برای ارائه یک راه حل بلند مدت و اساسی ، روشهای مختلف حفاظت کاتدی وجود دارد. همه سیستم ها از این نظر که جریان محافظتی را به فولاد تقویت کننده می رسانند مشابه هستند ، اما مزایا و کاربردهای متفاوتی دارند. هر یک از این سیستم‌ها می تواند سطوح متفاوتی از حفاظت و هزینه خوردگی را ارائه دهد. درک قابلیت ها و محدودیت ها به مهندسین و مالکان اجازه می دهد تا بهترین سیستم را برای حفاظت سازه پیاده سازی کنند.

سیستم حفاظت کاتدی تزریق جریان

سیستم  تزریق جریان به کارگرفته شده شامل آندهای اکسید فلزی مختلط(MMO) مانند مش و روبان تیتانیوم ، سرامیک های رسانا یا پوشش های رسانا و یک منبع تغذیه DC خارجی برای تأمین جریان کافی به فولاد برای غلبه بر فعالیت خوردگی بتن است.

سیستم آندهای فداشونده

سیستم آندهای فداشونده از فلزاتی استفاده می کند که دارای اختلاف ولتاژ کافی نسبت به فولاد خورنده هستند و جریان محافظتی از آند در محیط الکترولیت  به ساختار خورنده وارد می شود. معمولا از انواع مختلف آند فداشونده روی در برنامه های تعمیر بتن یا ترمیم بتن ، استفاده می شود. یک جریان الکتریکی با خوردگی آند فداشونده روی ایجاد می شود تا خوردگی فولاد تقویت کننده را کاهش دهد. آندها به صورت جداگانه بر روی فولاد تقویت شده با حفر یا سوراخکاری روی الگوی شبکه نصب می شوند.

آندهای فداشونده همچنین برای محافظت از شمع های بتنی و فولادی در محیط دریایی استفاده می شوند. شمع های بتنی و فولادی در محیط دریایی در معرض خوردگی جدی قرار دارند. برای محافظت از شمع های دریایی ، از آندهای جکتی روی استفاده می‌شود.

شرکت کیمیاکاران کاوشگر کیهان کارون با بکارگیری دانش فنی و متخصصان مجرب آماده ارائه انواع آندهای فداشونده و آندهای تزریق جریان بر اساس درخواست کارفرما می باشد. جهت دریافت اطلاعات بیشتر می توانید با واحد فروش تماس بگیرید.

انواع پشت بند یا بکفیل

نوع بکفیل مورد استفاده در سیستم حفاظت کاتدی در بسترهای زمینی، بستگی به نوع سیستم حفاظت کاتدی  به کار گرفته شده دارد. با توجه به اینکه سیستم حفاظت کاتدی در دو نوع سیستم آندهای فداشونده و سیستم آندهای تزریق جریان وجود دارد، لذا از دو نوع مواد بکفیل نیز استفاده می‌شود.

سیستم آندهای فداشونده

آندهای فداشونده روی و منیزیم که جهت حفاظت کاتدی سازه های مدفون در خاک استفاده می‌شوند، گاهی اوقات به همراه یک ماده پشت بند در داخل یک کیسه کتانی بسته‌بندی می‌شوند. این مواد با جلوگیری از تماس مستقیم آند با خاک، خوردگی موضعی آند را کاهش می‌دهد. همچنین از پسیو شدن آند در اثر واکنش با نمک های موجود در خاک جلوگیری می‌کند. بکفیل به کار برده شده با ایجاد محیطی با مقاومت پایین در اطراف آند، عملکرد آند را بهبود می‌بخشد. این مواد عموما ترکیبی از سه نوع ماده‌ی گچ گیپسوم، بنتونیت و سولفات سدیم می‌باشد و درصد ترکیبات آنها بستگی به محیط مورد استفاده دارد.

 در جدول زیر انواع بکفیل بر اساس استاندارد IPS-M-TP 750 را ملاحظه می‌نمایید:

سیستم تزریق جریان

آندهای تزریق جریان برای حفاظت کاتدی سازه‌های زیرزمینی معمولا توسط یک پشت‌بند کربنی احاطه می‌شوند. هدف از به کارگیری این پشت‌بند این است که:

1.  با کاهش مقاومت محیط اطراف آند، منجر به افزایش مقدار جریان تولید شده توسط آند گردد.
2.  با افزایش سطح آند، مقدار جریان را افزایش دهد.
3. نرخ خوردگی آند را کاهش و در نتیجه طول عمر آند را افزایش دهد.

پشت بند کربنی بر اساس استاندارد IPS-M-TP 750  در سه نوع کک متالورژی ۸۰%، کک پترولیوم ۹۰% و کک پترولیوم ویژه ۹۵% وجود دارد.

ترکیب شیمیایی این سه نوع پشت‌بند در جدول زیر مشخص شده است:

ذغال کک در حالت کلی در بسترهای افقی کم عمق مورد استفاده قرار می گیرد. برای به کار گیری در چاههای عمیق از کک پترولیوم یا پترولیوم ویژه استفاده می‌شود.

ضرورت طراحی طول عمر سیستم حفاظت کاتدی

به منظور حفاظت سازه های فلزی غوطه ور در آب و یا مدفون در خاک در برابر خوردگی، استفاده از یک سیستم حفاظت کاتدی مناسب ضروری است. سیستم حفاظت کاتدی باید به گونه ای طراحی شود که جریان لازم را برای هر قسمت از ساختار، برای طول عمر مورد نیاز تأمین کند. این امر مستلزم تعیین اندازه، وزن، تعداد و نوع آند است. همچنین طراحی طول عمر بر اساس هر یک از سیستم های حفاظت کاتدی با در نظر گرفتن شرایط خاص آن سیستم ها انجام می‌شود.

طراحی بر اساس سیستم تزریق جریان

محاسبات برای سیستم‌های حفاظت کاتدی تزریق جریان نسبتا ساده است. از آنجا که آندهای تزریق جریان از نوع پایدار وزنی هستند، در این حالت تنها نیاز است که تعداد آندها با جریان خروجی مشخص را با مقدار جریان مورد نیاز کل سازه تطابق دهیم. توزیع آند باید به گونه‌ای باشد که منجر به توزیع یکنواخت و متعادل جریان شود.

  طراحی بر اساس سیستم آندهای فداشونده

محاسبات مربوط به سیستم آندهای فداشونده کمی پیچیده‌‌تر است. مقدار مورد نیاز آندهای فداشونده برای حفاظت سازه‌های فلزی، ارتباط مستقیم با سطح در معرض خوردگی دارد. هر چه پوشش اولیه بهتر باشد، تعداد آند کمتری مورد نیاز است. چیدمان آندها روی سطح سازه به گونه‌ای تنظیم می‌شود که توزیع یکنواخت جریان را در کل ساختار فراهم کند.

آند فداشونده با از دست دادن وزن خود، جریان مورد نیاز حفاظت را ایجاد می‌کند. لذا در سیستم آندهای فداشونده، تعداد آندها نه تنها باید جریان فعلی مورد نیاز سازه را تأمین کند، بلکه باید دارای وزن کافی برای تأمین جریان برای عمر طراحی شده سازه نیز باشد. اندازه و شکل آند بر اساس عوامل زیر تعیین می‌شود:

• الزامات حداقل و حداکثر جریان خروجی.
• الزامات نصب و اتصال.
• الزامات وزن آند مورد نیاز.
• مقرون به صرفه بودن.

تعمیر و نگهداری آندهای فداشونده برای سازه‌های ثابت فراساحلی عموما بسیار پرهزینه و گاه غیرعملی می‌باشد. بنابراین استفاده از تعداد و وزن بهینه برای سازه تحت حفاظت بسیار پراهمیت می‌باشد.

در این راستا می توانید از واحد فروش شرکت کیمیاکاران کاوشگر کیهان کارون استفاده نمایید و همچنین می توانید از ادرس پستی مربوطه اقدام به خرید محصولات شرکت کیهان کارون بفرمایید.

حال باید پرسید چرا طراحی طول عمر سیستم حفاظت کاتدی برای ما اهمیت دارد ؟

  جواب این سوال را در سایر مقالات آموزشی شرکت کیهان کارون خواهیم داد تا درباره سیستم حفاظت کاتدی بیشتر بدانیم.

نقش حفاظت کاتدی خطوط لوله در صنعت نفت و گاز

یکی از مشکلات اساسی و بسیار هزینه ساز در صنایع بزرگی مانند صنعت گاز، نفت، پتروشیمی، کشتیرانی و …، خوردگی سازه های فلزی می باشد.

در صنعت نفت و گاز از خط لوله های فولادی کربن برای انتقال هیدروکربن از جکتها به سکوهای تولیدی و مخازن ذخیره سازی استفاده می شود و از طریق خطوط لوله وارد پالایشگاه  ها می شود. خط لوله های فولادی کربن، ایمن ترین و کم هزینه ترین وسیله جهت انتقال هیدروکربنها در حجم زیاد و مسیرهای طولانی هستند.

خطوط لوله انتقال سوخت و آب و دیگر سازه های مدفون در خاک و یا غوطه ور در آب، با توجه به شرایط متالوژیکی خود در شرایط خوردگی قرار گرفته و پس از مدتی عملکرد سازه را دچار اختلال می کند.

 خوردگی در صنعت نفت و گاز به دلیل تعویض تجهیزات فرسایش یافته و صدمه دیدن به تجهیزات مجاور، هزینه های سربار عملیات لوله کشی را به طرز چشمگیری افزایش می دهد. بنابراین استفاده از یک سیستم حفاظتی مناسب جهت پیشگیری از خوردگی امری ضروری است.

مکانیزم کنترل خوردگی در حفاظت کاتدی خطوط لوله

مکانیزم کنترل خوردگی در خطوط لوله نفت و گاز، راهکارهای کاهش دهنده ای برای از بین بردن یا کاهش خوردگی برای جلوگیری از خرابی خطوط لوله و پیامدهای مرتبط با آن مانند از بین رفتن محصول ، آلودگی محیط زیست و حوادث احتمالی است.

پنج مکانیزم کنترلی برای به حداقل رساندن خوردگی خطوط لوله و حفاظت کاتدی خطوط لوله که در طول طراحی و ساخت خطوط لوله باید در نظر گرفته شود شامل طراحی ، انتخاب مواد ، پوشش ، حافظت کاتدی و محافظت شیمیایی است.

طراحی

یکی از فاکتورهای مهم در کنترل خوردگی، طراحی است. طراحی مناسب یک لوله فولادی، طول عمر سازه را افزایش می دهد. شکافها، هندسه فولادی ، لبه های تیز، اتصالات جوش داده شده و اتصالات خط لوله مانند فلنج ها ، دریچه ها و تکیه گاه های لوله اغلب به دلیل نفوذ و حل شدن سیال در معرض خوردگی موضعی می باشند.

علاوه بر این ، این محیط ها به دلیل غیرقابل دسترسی بودن یا حساسیت به عدم موفقیت در پوشش ، دارای پوشش ضعیفی هستند. این موارد در ایجاد خوردگی نقش دارند و جهت محدود نمودن خوردگی، در فاز طراحی باید به دقت مورد بررسی قرار گیرند.

انتخاب مواد

انتخاب مواد از نظر طراحی مهندسی برای کاهش خوردگی بسیار اساسی است. انتخاب مواد به شرایط محیطی از قبیل مایع مورد انتقال، دما، فشار و الکترولیتی که لوله در ان قرار میگیرد (آب یا خاک) بستگی دارد. همچنین در اتصالات فلنجی، لوله کشی و اتصالات کلی که امکان جفت شدن فلزات از جنس متفاوت وجود دارد، جهت جلوگیری از خوردگی گالوانیک باید در تعیین جنس مواد دقت شود.

فولاد کربن به دلیل خاصیت مکانیکی مناسب ، در دسترس بودن و کم هزینه بودن، علی رغم مقاومت پایین در برابر خوردگی در مقایسه با سایر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی، ماده اصلی را برای انتقال خط لوله تشکیل داده است.

پوشش

یکی از اصلی ترین و ساده ترین روشهای محفاظت خطوط لوله، پوشش می باشد. یک پوشش مناسب، مانع از تماس مستقیم سطح خارجی لوله با محیط اطراف می شود و در نتیجه مانع جریان یون ها از طریق الکترولیت می شود ، و در نتیجه خوردگی را محدود می کند.

روشها و انواع مختلفی از پوشش وجود دارد و انتخاب نوع آن به نوع مواد انتخاب شده بستگی دارد:

• Painting

از رنگ آمیزی در محیط هایی که تجهیز فقط در معرض هوا قرار دارد و الکترولیتی موجود نیست، استفاده می شود.

• Coating

عمده ترین نوع پوشش جهت پوشش سازه هایی که در معرض الکترولیت قرار دارند، پوشش های مقاوم و محکمی مانند پلی اتیلن ها، قیرو پلی پروپیلین هستند.

• Lining

آستر کردن سطح سازه با ورقه های لاستیکی که رابر گفته میشود.

• Cladding

پوشش یک فلز با فلزی دیگر.

حافظت کاتدی

استفاده از سیستم حفاظت کاتدی در کنار پوشش یک راه موثر جهت پیشگیری از خوردگی خطوط لوله می باشد.

دو روش کلی برای حفاظت کاتدی خطوط لوله وجود دارد:

• سیستم آندهای فداشونده
• سیستم اندهای تزریق جریان

در مواردی که طول خط لوله بسیار زیاد باشد و در صورت وجود جریانهای سرگردان از سیستم تزریق جریان جهت حفاظت از خط لوله استفاده می شود.

محافظت شیمیایی

محافظت شیمیایی شامل مهارکننده های خوردگی، سیستم پاک کننده اکسیژن و بیوکسید (biocide)  است که در یک فرایند شیمیایی انجام میشود.

در فرایند شیمیایی بیوکسید به سیستم، مایع یا آب تزریق می شوند تا میکروارگانیسم هایی مانند باکتری های کاهش یافته که باعث افزایش خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیکی می شوند با سولفید از بین بروند. مواد شیمیایی پاک کننده اکسیژن برای دفع اکسیژن رسانی به آب تزریق می شوند تا شدت خوردگی را کاهش دهند و در نهایت بتوان یه حفاظت کاتدی خطوط لوله مناسبی دست یافت.