بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله طراحی سیستم های حفاظت کاتدی سازه های دور از ساحل مورد بررسی قرار گرفته است. کاربرد آندهای آلومینیم و آلیاژهای روی - آلومینیم به مراتب بیشتر از سایر آندهای فدا شونده می باشد. بر اساس آزمایشات فراوان بر روی جنس، ابعاد و محیط مورد استفاده این آندها پیشرفت های شگرفی در این زمینه ارائه داده شده است. همچنین مطالعاتی در زمینه مدل سازی کامپیوتری آندهای فداشونده صورت گرفته است. مشخص گردید که آندهای تیتانیوم با یک لایه فلزات قیمتی متداول ترین آندهای روش حفاظت کاتدی اعمال جریان می باشند. مطالعات در زمینه مش بندی آندها در این مقاله آمده است، همچنین در این مقاله تأثیر پارامترهای مختلف مانند تغییرات فاصله بین آندها، تغییرات درجه حرارت و تغییرات دانسیته جریان لازم مورد بررسی قرار گرفته است
کلمات کلیدی:
سازه های فراساحل، حفاظت کاتدی، آندهای فداشونده، سیستم جریان خارجی
مقدمة:
سازه های دور از ساحل عبارتند از سکوها، سازه های نیم غوطه ور در آب و چاهها، خطوط لوله و تجهیزات قرار گرفته در زیر آب وجود یون های خورنده، تلاطم و عوامل میکروبی موجود در آب دریا، سبب تشدید خوردگی می شود و معمولا روش های مختلف جهت حفظ و نگهداری سازه های غوطه ور بکار می رود را. امروزه حفاظت کاتدی به عنوان یک تکنیک قابل قبول و لازم جهت حفاظت از این گونه سازهها، مطرح است . آنچه در مورد حفاظت کاتدی قابل ذکر است آنست که سیستم های حفاظت کاتدی جهت فراهم آوردن یک حفاظت متداوم از سازه، به کار گرفته می شوند این کار طوری انجام می شود که با صرف هزینه ای نه چندان بالا، از خسارات فیزیکی ناشی از پدیده خوردگی در چنین سازه های عظیم و گرانقیمتی جلوگیری شود اما اساس حفاظت کاتدی ارسال جریان به فصل مشترک فلز - الکترولیت و کاهش واکنش انحلال آندی فلز می باشد.
به طور کلی دو نوع سیستم حفاظت کاتدی به صورت متداول مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از : سیستم های جریان اعمالی و سیستم های آند فدا شونده در سال های اخیر از اختلاط این دو نوع سیستم، ترکیب آنها در سازه های عظیم دریایی استفاده می شود اما مطالعات بسیاری در مورد حفاظت کاتدی سازه های دور از ساحل انجام شده است که در آنها به معرفی سیستم های حفاظت کاتدی پرداخته شده است. در یکی از این بررسی ها چنین نتیجه گیری شده که استفاده از سازه های فولادی تا هنگامی که سیستم حفاظت کاتدی وجود داشته باشد، ادامه خواهد یافت و این امر منوط به استفاده از آندهای فدا شونده مناسب همراه با استفاده از پوشش می باشد .
سکوهای دور از ساحل
این سازه ها در معرض نیروهای متناوب ناشی از جزر و مد آب قرار دارد. فولادهایی که در ساخت این سکوها به کار رفته اند از نوعی هستند که اگر حفاظت کاتدی بیش از حد اعمال شود، در معرض خطر پدیده تردی هیدروژنی قرار دارند و تحت چنین شرایطی قابلیت جوشکاری نیز نخواهند داشت سکوهای دریایی به دلیل شکل خاص و وجود گره ها و جوش های زیاد، در مقابل انواع خوردگی از جمله خوردگی خستگی بسیار حساس و شکست پذیر می باشند. جهت جلوگیری از توسعه تمرکز تنش و عيوب بزرگ در گره ها و در نتیجه کاهش مضرات خوردگی کاربردی ترین روش، حفاظت کاتدی می باشد را تعیین شرایط حفاظت کاتدی بهینه شامل سه مرحله (1) بررسی قسمت های حفاظت نشده سازه (2) ارزیابی قسمت های حفاظت شده سازه (3) پیشنهاد یک سیستم مناسب می باشد.
۱۸۔ پرکاربردترین روش حفاظت کاتدی روش اتصال سازه به یک آند فدا شونده است اما
تا سال ۱۹۷۲، مهندسین خوردگی بر این تصور بودند که طراحی سیستم های حفاظت کاتدی در اعماق اقیانوس ها مشابه طراحی این سیستم ها در سطوح آب یا آب های کم عمق می باشد تا این که McKinley ثابت کرد که سرعت مصرف آندهایی از جنس سرب در اعماق مختلف سطح آب متفاوت است و موجب بررسی های فراوان اثر عمق آب بر سیستم های حفاظت کاتدی گشت.
طراحی سیستم حفاظت کاتدی:
معیارهای حفاظت کاتدی
- پتانسیل به ولتاژی معادل با ۱۸ ولت مطابق با الکترود مرجع نقره - کلرید نقره نیاز است
- بازرسی بصری: نباید پیشرفتی در خوردگی، مطابق با محدوده قابل قبول عمر سکو، مشاهده شود
- تست های مقطعی خوردگی در این تست ها، نوع خوردگی و نرخ خوردگی در محدوده قابل قبول در طراحی عمر قطعه لحاظ می شود اما استفاده از الکترود مرجع Ag / AgCl در طی ۲۰ سال اخیر در کاربردهای دریایی، متداول بوده است. این الکترود در محدوده وسیعی از آبهای شور قابل بکار گیری است .
مقایسه سیستم های جریان اعمالی و آندهای فدا شونده
هزینه سیستم های آندهای فداشونده در سازه های کوچک حداقل است. از طرفی هزینه سرمایه گذاری سیستم های جریان اعمالی در مواردی نظیر خطوط لوله عظيم و سکوهای دور از ساحل، مقرون به صرفه تر از سیستم های آند فدا شونده است و همچنین در جایی که هدایت الکترولیت پایین است و حفاظت به روش آند فدا شونده غیر عملی است، استفاده می شود .
سیستم آندهای فدا شونده
استفاده از آندهای آلومینیمی و آلیاژهای روی آلومینیم جهت حفاظت کاتدی سازه های دور از ساحل به مراتب بیشتر از سایر آلیاژهاست. این امر به دلیل عمر نسبتا بالای آندهای آلومینیمی در مقایسه با آندهای منیزیمی است. علاوه بر آنکه آلومینیم ویژگی های جریان به وزن بهتری نسبت به روی دارد اما احتمال پسیو شدن سطح آلومینیم بالاست و بنابراین نیاز به افزودن جيوه، آنتیموان، ایندیم و یا سرب است که وجود این عناصر سنگین و سمی بخصوص سرب سبب محدودیت استفاده از آنها در برخی مناطق می شوداہا۔
Finn و همکارانش در سال ۱۹۷۸ به مطالعه بر روی رفتار آندهایی از جنس روی در حفاظت کاتدی خطوط لوله زیر آب در دماهای بالاتر پرداختند. آنها دریافتند که روی انتخاب مناسبی برای دماهای بالاتر نیست ونرخ مصرف آند نسبت به حالت معمولی افزایش قابل توجهی دارد . در مطالعه بر روی آندهای فدا شونده مورد استفاده در کاربردهای کف اقیانوس ها مشخص شد که کارآیی آندهای آلومینیومی وابسته به آب دریا، گل و لای غیر هوازی در کف دریا و یا شن و ماسه در کف دریا، می باشد. همچنین اغلب آلیاژهای آلومینیوم یک کاهش قابل توجه در ظرفیت جریان هنگامی که در گل و لای نمکی فعال هستند، از خود نشان می دهند. با استفاده از آلیاژ آلومینیوم دارای جيوه و بر روی می توان بر این مسائل و مشکلات فائق آمد.
آندهای حلقوی از جنس آلیاژهای آلومینیم جهت حفاظت کاتدی کل سکوی زیر آب مناسب است. شکل ۱ ساختار آند فدا شونده مورد استفاده را نشان می دهد
شکل ۱- ساختار آند فدا شونده مورد استفاده در سکوی زیر آب
