بخشی از مقاله
چکیده
سازه برج هاي سهمی نیروگاههاي تولید برق داراي ارتفاع ، قطر و وزن بسیار زیادي است و مانند هر سازه دیگري ، در معرض عوامل جوي و فرسایش قرار دارد ، اختلاف حرارتی زیاد بالا و پایین برج ، استفاده از آب رودخانه ها با املاح مختلف جهت پرکردن داخل آن و وزش بادهاي حاوي یون هاي گوناگون از عوامل مهم فرسودگی بدنه و همچنین تیر و ستون هاي تحتانی برج هستند ، آزمایشات نشان می دهد مخربترین یون براي این سازه ها یون کلرید - کلراید - می باشد.براي پیشگیري از وقوع خرابی ها ، حین اجراي سازه جدید یا حین تعمیر برج فرسوده می توان از سیستم حفاظت کاتدیک استفاده نمود ، این سیستم الکتریکی داراي قسمتهاي فرسایش پذیر آند است که با انهدام خود ، از فرسایش سازه اصلی یعنی کاتد جلوگیري می کند. فرسایش آند بسیار کند است و حفاظت کاتدي از این سازه ها ارزان و نیاز به مدیریت اندك دارد.براي از بین بردن - یا مهار - خرابی برج هاي سهمی ، ابتدا این نقاط شناسایی شده و پس از پایین آوردن رقوم تراز آب داخل آن ، با استفاده از نرم افزار مهندسی ، ابتدا خود برج و تیر و ستون هاي تحتانی آن بازتحلیل می گردد و پس از انجام اقدامات امنیتی و حفاظتی ، بتن فرسوده از جداره ، تیر و ستون زدوده شده با ابزار آلاتی نظیر ژاکت ها و بالابر ها ، دوباره تعمیر و بتن ریزي می شوند.
واژه هاي کلیدي:برج هاي سهمی ، حفاظت کاتدي ، آند ، خوردگی بتن و فولاد
مقدمه
برجهاي خنک کننده سهمی نیروگاه ها داراي اشکال هندسی متنوع اما مشخصی هستند و این نماي ظاهري به عملکرد و کارایی آنها بستگی دارد ، در این برج ها روش طبیعی خنک کردن،ساده تر از روش مکانیکی می باشد که این امر باعث تعدیل در هزینه هاي ناشی از محافظت سطوح برج در برابر رطوبت ، ایجاد خوردگی و آسیب به جداره برج میگردد. استفاده از حفاظت کاتدي بدنه برج سبب می شود که برجهاي سهمی طول عمر بیشتري بدست آورده و از خوردگی آنها جلوگیري بعمل آید.[3], [4], [6]در نیروگاههایی که داراي برج هاي سهمی هستند سیستم هاي خنک کننده همان برجها هستند که حرارت را بطور طبیعی انتقال می دهند ، عبور هوا از مرکز برج باعث خنک کردن آن شده و آب داغ بصورت اسپري وارد برج می گردد. بنابراین روش تبخیري روشی موثر و ارزان ولی داراي اشکالاتی است ، یعنی تقریبا تمام حوضه برج در معرض شناوري قرار گرفته و به آن از طرف آب نیروي ارشمیدس وارد می شود ، از طرفی ستون ها و تیرهاي نعل درگاه آن نیز مرتبا در شرایط مرطوب بسر می برند.
لذا محیط دائما در چرخه خشکی و نم قرار دارد ، این چرخه مخرب باعث می شود که برج بشدت در معرض خوردگی قرار گیرد. با فرسایش قسمت هاي تحتانی برج که شامل تیر و ستون ها می شود ، بارسنگینی حین وزش باد و در اثر پر بودن برج از آب به آنها وارد می شود که این امر براي یک برج با چند صد متر ارتفاع و قطر زیاد غیر قابل قبول است ، بنابراین مشخصه مهم براي این نوع سازه ها عملکرد صحیح آنها در برابر فرسایش و استفاده از مصالح سبکتر است تا در حد امکان از وزن آن بکاهد این مصالح باید داراي مقاومت کافی در برابر بارهاي افقی و جانبی باشند. علاوه بر این باید از این برج ها حفاظت کاتدي بعمل آید تا از فرسایش آنها جلوگیري گردد زیرا هزینه این نوع حفاظت در مقابل هزینه ناشی از تعمیرات قسمتهاي فرسوده فاقد حفاظت کاتدي ناچیز می باشد. چون اولافرسودگی غالبا در اعضاي فولادي سازه رخ می دهد که تعمیرات آن نیاز مند حذف اندود بتنی روي آنهاست و ثانیا ارتفاع زیاد برج هزینه تعمیر آنرا بشدت بالا می برد و اجراي آن را دشوار می سازد.[2], [5]
- عوامل بوجود آورنده فرسایش و خوردگی در برج ها
بی شک وجود آب در داخل برج و هواي اطراف برج از عوامل اصلی فرسایش هستند. با توجه به اینکه ارتفاع حدود200 متري برج باعث ایجاد یک گرادیان حرارتی در بالا و پایین آن می شود چون هواي بالاي برج سرد و هواي نزدیک به زمین گرم است ، از سوي دیگر آب قسمت هاي زیرین برج گرمتر از قسمت هاي بالایی است که در تماس با هوا می باشد لیکن همگی این مسائل در مهندسی برج در نظر گرفته شده اند ، ولی عامل اصلی وجود کلرید آن هم از دو منبع مجزا از دلایل اصلی آسیب گزارش شده است. زیرا معمولا چنین سازه هایی در مجاورت دریا یا حداقل رودخانه احداث می شوند و آب داخل برج از آن منبع تامین می گردد که ممکن است شور ، تلخ یا داراي یونهاي مختلف باشد بررسی ها نشان می دهد زیانبارترین آن براي تاسیسات نیروگاهی یون کلرید می باشد.
عامل دوم وزش هوا از جهات مختلف بویژه از سمت رودخانه یا دریاي تامین کننده آب برج است که معمولا از دریا به خشکی یا بالعکس می باشد و همراه با خود یون هاي مختلفی را بصورت گاز بهمراه دارد که تنها سبب بدتر شدن خوردگی می گردد ، زیرا وجود نمک در هوا باعث ازدیاد غلظت کلرید آن می گردد ، این یون تمایل زیادي به ترکیب با فلز و سایر مصالح دارد. کلا دو عامل فوق دلیل اصلی شروع اولیه خرابی این برج هاست. زیرا فولادهاي تسلیح ابتدا زنگ زده و متورم می شوند و بتن اطراف خود را می ترکانند ، ترك هاي بتن و پوسته اي شدن آن نیز راه را براي ورود اکسیژن و کلرید فراهم آورده چرخه ویرانگري را ایجاد می نماید. [1]
-2 اهمیت زمان
بدلیل اینکه خرابی حاصل از فرسایش و خوردگی در برجها عاملی سریعا پیش رونده است لذا این امر مدیران نیروگاهها را که در غالب شرکتهاي دولتی هستند به واکنش سریع وامیدارد. براي حل خرابیها اولین گام بازدید سیستمیک از برج است که به دلیل ارتفاع زیاد آن ، معمولا تا ارتفاع 30 متري را مورد بازدید بصري قرار داده تا درجه خرابی تعیین گردد. بازرسی ارتفاعات بالاتر توسط بالابر ، هلیکوپتر یا دوربین صورت می گیرد. بازرس بایستی بازدیدهاي زیر را از سازه انجام دهد:
الف - هندسه سازه ، جابجایی ها ، تغییر شکل ها ، ترك ها و آسیب هاي وارده ثبت و اندازه گیري گردیده ، همچنین از قسمت هاي آسیب دیده برج بایستی نمونه برداري شده و این نمونه ها آزمایش شوند. - آزمایش هاي غیر مخرب که مطابق با استانداردهاي تکنولوژي بتن است ، این را نشان می دهد که تیرهاي افقی و ستون هاي سازه در معرض خوردگی قرار دارند یا خیر. -
ب- از قسمتهاي تحتانی برج بدلیل احتمال زیاد فرسایش - وجود ستون و تیرهاي در معرض هوا - باید از لحاظ پیوستگی و خطرات بالقوه اتصال الکتریسیته بدقت بازرسی گردد.
پ- با کنترل نقشه هاي سازه اي برج موقعیت آرماتورهاي آن مشخص و پوسیدگی این آرماتورها در نواحی خورده شده بررسی گردد.
شکل - 1 - حرکت سریع خوردگی را در یک برج سهمی نیروگاه نشان می دهد ، عموما تمام سطوح داخلی مخزن شرایط شناوري را تحمل می کنند حال آنکه قسمت تیر و ستون هاي خارجی و تحتانی مرتبا خشک و تر می شوند که غالبا رطوبت باعث خوردگی و خرابی بیشتر فولاد محاطی برج می گردد.[2], [4] , [6]
-3 مفهوم حفاظت کاتدیک از سازه
در تیر و ستون هایی که در آنها خوردگی رخ می دهد ، قسمت هایی از فولاد که شدت جریان را به محیط تخلیه می کنند خورده می شوند ولی مناطقی که شدت جریان را از محیط می گیرند خورده نمی شوند ، بنابراین اگر همه سطوح نمایان فولادي المانهاي برج ، کاتدیک باشند می توانند جریان را گرفته و تخریب نشوند. سیستم هاي کاتدي از سازه برج به وسیله اتصال جریان مستقیم DC از یک منبع خارجی به جسم فلزي - آند - و سطح سازه - کاتد - محافظت می کنند در این روند جریان از آند به کاتد انتقال یافته و آند بجاي کاتد - که سازه اصلی است - ، آسیب می بیند یعنی براي عملکرد یک سیستم حفاظت کاتدي ، جریان بایستی از آند به داخل یک الکترولیت تخلیه شود ، در حین تخلیه جریان آند خورده می شود ، زیرا تنها عملکرد آند تخلیه جریان است فلذا می تواند از مصالحی ساخته شود که بکندي فرسوده شده یا اصلا فرسوده نشود. هنگامی که این عمل بصورت صحیح انجام پذیرد ، خوردگی کاهش یافته و سازه از لحاظ کاتدي حفاظت می گردد.[6], [7]حفاظت کاتدي از سازه هاي نیروگاهها خود دو نوع است که در زیر به ذکر آنها می پردازیم:
-1-3 حفاظت کاتدیک گالوانیزه
سیستم هاي حفاظت کنندة گالوانیزة کاتدیک عموما در جاهایی استفاده می شوند که شدت جریان کم و مقاومت در برابر جریان باعث اختلاف ولتاژ اندك بین کاتد و آند شود و توسط این جریان از سازه حفاظت می کند. سیستم هاي گالوانیزه می توانند طوري طراحی شوند که با افزودن مقداري فلز مدت بسیار طولانی دوام بیاورند از این رو نیاز به تعویض قطعات و مدیریت در این حالت وجود ندارد یا که این نیاز بسیار اندك است.[2],[6]
