انواع سیستمهای مورد استفاده در کشتی ها برای جلوگیری از رشد رسوبات دریایی
رسوب زیستی یکی از مشکلات اصلی هر نوع کشتی در دریا است. رشد دریایی نظیر بارناکل و ماسل ها دلیل مشکلاتی نظیر کاهش کارایی کشتی، خوردگی و غیره بوده است.
با توجه به اینکه حذف چنین رسوباتی با استفاده از ابزارهای مکانیکی همیشه امکانپذیر نیست، به همین دلیل در کشتی ها از انواع سیستم های جلوگیری از رشد دریایی در کنار رنگ های ضد رسوب استفاده می شود.
انواع اصلی اقدامات پیشگیرانه مورد استفاده در کشتی ها جهت جلوگیری از رشد خزه عبارتند از:
سیستم آنتی فولینگ دوگانه (Anti-Fouling Systems)
دوز شیمیایی (Chemical dosing)
سیستم اولتراسونیک (Ultrasonic system)
الکتروکلرینیشن (Electro-chlorination)
سیستم آنتی فولینگ دوگانه:
یکی از رایج ترین سیستم های مورد استفاده برای مبارزه با رسوب زیستی در کشتی ها بکارگیری آندهای ضدخزه دوگانه است.
این سیستم از جفت آند، عمدتاً مس و آلومینیوم (یا آهن) تشکیل شده است. آندها در سی چست کشتی یا صافی نصب می شوند. با عبور جریان DC از آندهای مسی یونهایی تولید میشوند که با آب دریا در کل شبکه لولهکشی حمل میشوند و مانع از نشستن و تکثیر موجودات دریایی در سطح لوله ها می شود. از آند دوم برای جلوگیری از خوردگی سطح فلز استفاده می شود و یک کنترل پنل، خروجی هر یک از آندها را اندازه گیری و نظارت می کند.
این سیستم همچنین از سوپاپ ها، کندانسورها، سیستم های خنک کننده موتور و تجهیزات جانبی محافظت می کند.
دوز شیمیایی
دوز شیمیایی نیز یک روش رایج است که برای جلوگیری از رشد دریایی در شبکه لوله کشی استفاده می شود.در این روش از مواد شیمیایی ضد رسوب مانند کلرید آهن در اطراف سازه استفاده می شود. این ماده شیمیایی لوله را با یک لایه آهنی محافظ می پوشاند تا از خوردگی جلوگیری کند.
سیستم اولتراسونیک:
این سیستم به عنوان یکی از موثرترین روش ها برای جلوگیری از رسوب زیستی شناخته می شود و کاهش رسوب زیستی تا ۸۰ درصد را نتیجه می دهد. طبق تحقیقات انجام شده، اولتراسونیک به دو شکل بر رسوبزدایی موثر است. امواج فرکانس بالا نه تنها زیستگاه را برای رشد خزه غیرقابل قبول می کند بلکه روی ارگانیسم های ۴-۵ میلی متری که قبلاً رسوب شده و به سیستم چسبیده اند نیز عمل می کند.
مزیت اصلی این سیستم غیر تهاجمی بودن و عدم تماس قطعه ای با آب دریا است. علاوه بر این، هیچ ماده سمی تولید نمی شود.
الکترو کلرینیشن :
الکتروکلرین روشی است که در آن از کلر برای تولید هیپوکلریت سدیم برای جلوگیری از رسوب استفاده می شود. تیتانیوم به عنوان ماده کاتد(کانداکتور بار) و تیتانیوم پوشش داده شده با ۱۰۰ میکرو اینچ به عنوان آند استفاده می شود. تیتانیوم یک عنصر الکتروشیمیایی خنثی در ولتاژهای مثبت کمتر از ۹ ولت است. ولتاژ آند/کاتد ۷ ولت نگه داشته می شود.
کلر در آندها همراه با عناصر دیگر تولید می شود و هیپرکلریت سدیم را تشکیل می دهد. مقدار زیادی گاز هیدروژن نیز تولید می شود که باید تخلیه گردد.
اندازه گیری مقاومت خاک به روش چهار پین ونر
یکی از مهمترین پارامترهای طراحی سیستم های حفاظت کاتدی برای سازه های مدفون در خاک ، مقاومت خاک است. آزمایش مقاومت خاک یک عامل بسیار مهم جهت ارزیابی خوردگی محیط نسبت به سازه های مدفون است. همچنین بر انتخاب نوع ، مقدار و ساختارآند تأثیر فوق العاده ای دارد. به علاوه انتخاب نوع بکفیل در بسترهای آندی به میزان مقاومت خاک بستگی دارد. بنابراین، کسب اطلاعات دقیق از شرایط خاک در محیط مورد نظر توسط طراح سیستم حفاظت کاتدی بسیار اساسی میباشد. نداشتن داده های کافی در مورد مقاومت خاک می تواند طراحی سیستم حفاظت کاتدی (سیستم CP) را بی اثر کند و در طول راهاندازی منجر به هزینه های زیادی شود.
هنگام انجام آزمایش مقاومت خاک ، عوامل متعددی که بر مقاومت خاک تأثیر می گذارند از جمله ترکیب خاک ، میزان رطوبت ، pH ، غلظت یون کلرید و سولفات را می توان مورد ارزیابی قرار داد.
در جدول زیر ارتباط بین مقاومت خاک و نرخ خوردگی ملاحظه میشود:
از آنجا که روشهای آزمایشگاهی برای تعیین مقاومت خاک معمولا پرهزینه و زمان بر است، از اندازه گیری های الکتریکی در همان محل استفاده می کنند. اندازه گیری های الکتریکی ارزان ، سریع ، قابل اعتماد و غیر مخرب هستند.
روش چهار پین ونر
در حالی که روش های مختلفی برای اندازه گیری مقاومت خاک وجود دارد ، متداول ترین روش آزمایش روش چهار پین ونر بر اساس استاندارد ASTM G57 است. این آزمایش از چهار پراب فلزی استفاده می کند که به فاصله یکسانی از یکدیگر داخل زمین قرار داده میشوند.
همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است پین های ابتدایی و انتهایی به منبع جریان (I) و پین های داخلی به ولت متر (V) متصل میشوند.
هنگامی که یک جریان معین از طریق پین های بیرونی در خاک تزریق می شود ، می توان از پینهای داخلی برای اندازهگیری افت ولتاژ ناشی از مقاومت خاک هنگام عبور جریان در مسیر بین پین ها استفاده کرد. سپس مقدار مقاومت R را می توان به مقدار مقاومت خاک با فرمول زیر تبدیل کرد:
ρ = ۲ × π × a × R
که در آن “a” فاصله پین ها به سانتی متر است. مقدار ρ بدست آمده نشان دهنده متوسط مقاومت خاک در عمقی معادل فاصله پین ها است. بنابراین اگر پینها ۱.۵متر از هم فاصله داشته باشند ، مقدار بدست آمده معادل مقاومت متوسط خاک در عمق ۱.۵متر است.
برای طراحی سیستم حفاظت کاتدی ، معمولاً اندازه گیری مقاومت خاک با استفاده از این روش با فاصلههای مختلف پینها انجام می شود. برای قرار دادن آند در اعماق سطحی ، معمولاً کافی است که خوانش در ارتفاع ۱.۵متر ، ۳ متر ، ۴.۵ متر و۶ متر انجام شود. هنگامی که از آند در اعماق بیشتر استفاده میشود نیاز است که اندازهگیری مقاومت خاک در اعماق بیشتر مطابق با عمق پیش بینی شده انجام شود.
توجه به این نکته ضروری است که مقادیر مقاومت خاک حاصل از آزمایش چهار پین ونر نشان دهنده میانگین مقاومت خاک از سطح زمین تا عمق مورد نظر است.
بررسی عملکرد سیستم حفاظت کاتدی خط لوله
آزمایش عملکرد سیستم حفاظت کاتدی چه ضرورتی دارد؟
سیستم های لوله کشی زیرزمینی و مخازن پروپان بدون نگهداری مناسب دچار خوردگی شدید میشوند. مانند هر چیزی که در تمام ساعات روز کاری را انجام می دهد ، اجزای مختلف سیستم حفاظت کاتدی به طور پیوسته به کار گرفته میشوند. بنابراین به منظور جلوگیری از خوردگی ساختار زیرزمینی باید اطمینان حاصل شود که همه عناصر سیستم حفاظت کاتدی فعال هستند. انجام آزمایش های معمول جهت اطمینان از عملکرد صحیح سیستم حفاظت کاتدی و بررسی های تعمیر و نگهداری، سازه های زیرزمینی را از خطر خوردگی محافظت می کند.
آزمایش سیستم نسبتاً ساده است و تجهیزات خاصی برای انجام آزمایش لازم است. در هر سیستم حفاظت کاتدی تست باکس هایی نصب میشود تا بررسی سیستم را تسهیل کند. مشکلاتی که به احتمال زیاد در یک سیستم رخ می دهد ، خراب شدن سیم ، اتصالات نامناسب سیم یا جوش خراب و یا اتمام طول عمر آند است. آندهای فداشونده با تامین جریان مورد نیاز سازه جهت حفاظت، به مرور خورده شده و از کار می افتند. ضروری است با انجام آزمایشات دوره ای از فعال بودن آند مطمئن شده و در صورت از کار افتادن آندها اقدام به تعویض آنها نمود.
در مواردی که از سیستم تزریق جریان جهت حفاظت استفاده می شود، تعمیر و نگهداری منبع تغذیه حائز اهمیت است.
هر چند وقت یکبار باید سیستم حفاظت کاتدی را بررسی نمود؟
سیستم های حفاظت کاتدی باید حداقل هر دو تا چهار سال یکبار بررسی شوند تا از عملکرد آنها اطمینان حاصل شود. اطمینان از سلامت مطلوب آند در حفاظت از طول عمر سیستم حفاظت کاتدی زیرزمینی بسیار مهم است.
چهار آزمایشی که معمولاً برای بررسی عملکرد سیستم استفاده می شود عبارتند از:
- پتانسیل ولتاژ خاک به لوله
هافسل مس/ سولفات مس نیمی از سلول باتری است که وقتی در تماس با زمین قرار گیرد و از طریق ولت متر به فلز در تماس با زمین متصل شود ، ولتاژ نسبی فلز به خاک ایجاد می کند. ولتاژ قرائت شده برای یک لوله فلزی تحت حافظت باید ۰.۸۵ ولت یا بیشتر باشد. اندازه گیری کمتر از ۰.۸۰ به این معنی است که احتمالاً لوله در حال خوردگی است.
- آزمایش پیوستگی لوله
لوله باید از شروع تا آخرین نقطه اتصال مانند یک سیم بزرگ دفن شده عمل کند به طوری که جریان ایجاد شده توسط آندها در طول کل لوله جریان داشته و از آن محافظت کند. مطمئن شوید که ولت متر شما روی OHMS تنظیم شده است. دو سرولت متر خود را به آندهای جداگانه وصل کنید. مدار ایجاد شده کل سیستم لوله کشی زیرزمینی شما را آزمایش می کند و (۱) تأیید می کند که لوله جریان مستمر موفقیت آمیزی دارد و (۲) نشان می دهد که سیم های بین جعبه آزمایش و لوله خراب شده اند یا اتصال بدی به لوله دارند.
- آزمایش خروجی ولتاژ آند
با استفاده از هافسل مس/ سولفات مس، ولتاژ آند اندازه گیری میشود. محدوده اندازه گیری معمولی بین ۱.۴-۱.۶ ولت است. محدوده ۰ -۰.۳ نشان دهنده خرابی سیم یا اتصال بین جعبه تست مبدا و آند است.
- اندازه گیری جریان خروجی از آند به لوله
ولت متر خود را روی خوانش میلی آمپر تنظیم کنید و اتصالی بین لوله و آند ایجاد نمایید. میزان جریان قرائت شده ممکن است از۵ma (0.005آمپر) تا ۳۰۰ma (0.3 آمپر) متغیر باشد. مراقب جریانهای بزرگتر از جریان طراحی باشید. در صورت عدم توجه ، عمر آند کوتاه می شود. اگر اندازه گیری ها بیش از ۱.۳ برابر جریان طراحی باشد ، باید مقاومت هایی ایجاد شود تا طول عمر آندها افزایش یابد. این کار با قراردادن سیمی با مقاومت بالا در بین اتصالات داخل تست باکس انجام میشود.
انواع پشت بند(بکفیل) در سیستم حفاظت کاتدی
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:
- با کاهش مقاومت محیط اطراف آند، منجر به افزایش مقدار جریان تولید شده توسط آند گردد.
- با افزایش سطح آند، مقدار جریان را افزایش دهد.
- 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.
آند اکسید فلزی مختلط (MMO) و کاربردهای آن
آند اکسید فلزی مختلط چیست؟
آندهای اکسید فلزی مختلط (Mixed Metal Oxide anodes) از زیرسطحی از جنس تیتانیوم ساخته میشود که توسط اکسیدهای فلزی مختلط پوشش داده میشود. پوشش توسط چندین فرایند حرارتی روی پایه تیتانیومی اعمال میشود تا یک لایه مقاوم در برابر مواد شیمیایی را ایجاد نماید. با توجه به پایداری ذاتی تیتانیوم این پوشش با تقویت رسانایی آند، بهترین عملکرد آند را به دنبال دارد.
آندهای MMO دارای مزیت هایی چون نرخ خوردگی بسیار پایین و ظرفیت جریان بالا میباشد.پایین بودن نرخ خوردگی آند باعث میشود که ابعاد آند در مدت زمان طول عمر آند، تقریبا ثابت باقی بماند. لذا این آندها مصرف بسیار گستردهای در سیستم های تزریق جریان برای سازههای زمینی و دریایی دارد.
کاربردهای آند MMO
آند MMO در سیستم حفاظت کاتدی در انواع مختلف لولهای، ریبونی، مش، وایری و صفحهای استفاده میشود. این آندها در همه محیطها مانند خاک، آب شیرین و آب شور به طور مؤثر قابل استفاده هستند. با توجه به محیطی که آند در آن قرار میگیرد، دو نوع پوشش برای آند در نظر گرفته میشود. در محیط خاک و آب شیرین از پوشش ایریدیوم-تانتالیوم و در آب شور از پوشش ایریدیوم-تانتالیوم-روتینیوم استفاده میشود. ظرفیت جریان آند در خاک، ذغال کک و یا آب شیرین ۱۰۰Amps\m2 و در آب شور ۶۰۰Amps\m2 میباشد.
انواع آندهای MMO
- آند لولهای (Tubular Anode)
آند لولهای متداولترین نوع آند MMO است که در سیستم های حفاظت کاتدی به کار برده میشود. تیتانیوم این آند بر اساس استاندارد ASTM B338 Grade1 تولید میشود. آندهای لولهای معمولا به صورت استرینگ در چاههای عمیق استفاده میشوند.
- آند ریبونی (Ribbon Anode)
پایه تیتانیوم این آندها بر اساس استاندارد ASTM B265 Grade1 تولید میشود و از پوشش اکسید فلزی مختلط ایریدیوم/تانتالیوم استفاده میشود. از این نوع آند جهت حفاظت پایههای خارجی مخازن ذخیرهسازی روزمینی استفاده میشود. آندهای ریبونی برای اتصال به کنداکتورهای تیتانیومی از طریق جوشکاری نقطهای برای ایجاد یک شبکه در زیر مخزن مناسب هستند که توزیع یکنواخت جریان را نیز فراهم میکنند.
- آند مش (Mesh Anode)
آندهای MMO از نوع Mesh در سیستم های حفاظت کاتدی سازههای بتن مسلح به کار برده میشود. پایه تیتانیوم آند مش همانند آند ریبونی بر اساس استاندارد ASTM B265 Grade1 تولید میشود و کیفیت آند مطابق با استاندارد NACE TM0294 مورد بررسی قرار میگیرد.
- آند وایری (Wire Anode)
آند وایری تیتانیومی یک محصول حفاظت کاتدی ایدهآل برای محافظت کف مخازن، شناورهای زیرزمینی و خطوط لوله میباشد. این نوع آند از تیتانیوم گرید بالا با پوشش اکسید فلزی مختلط ساخته میشود و دارای طول عمر بیش از ۵۰ سال میباشد.
- آند صفحهای/دیسکی (Plate Anode)
این نوع آندها به صورت صفحه های مستطیلی یا دایرهای برای کاربرد در کشتیها و شناورها طراحی میشوند.
حفاظت مخازن آب گرم در برابر خوردگی
نگهداری مخازن آب گرم با استفاده از آند فداشونده
استفاده از مخازن آب گرم در صنعت و همچنین در منازل در ابعاد و اشکال مختلف امری ضروری است. بنابراین نگهداری از آن بسیار پر اهمیت میباشد. مخزن آب گرم ممکن است با گذشت زمان و جمع شدن رسوب در داخل آن، با صدای زیاد کار کند. این رسوب ممکن است به دلیل مواد معدنی طبیعی موجود در آب و یا موادی که در نتیجه خوردگی آند فداشونده یا خود مخزن ایجاد میشود، در مخزن به وجود آید.
در یک مخزن آب گرم، آند فداشونده به صورت میلهای در معرض دید است که با گذشت زمان به آرامی خورده میشود. آند فداشونده از جنس منیزیم، آلومینیوم و یا ترکیبی از روی و آلومینیوم ساخته میشود. آب موجود در مخزن با ایجاد واکنش الکترولیتی منجر به خوردگی فولاد داخلی مخزن میشود. جهت محافظت از فولاد، یک آند میلهای منیزیم و یا آلومینیوم در محل مناسب قرار میگیرد. پس از خوردگی آند، فولاد مخزن شروع به خوردگی میکند و مخزن از کار میافتد.
زمان تعویض آندهای فداشوندهی مخزن
برای محافظت فولاد مخزن در برابر خوردگی، بسته به نوع مخزن باید هر ۳ تا ۵ سال آند فداشونده مخزن تعویض گردد. برای مشخص کردن زمان تعویض آندها میتوان از عمر گارانتی مخزن استفاده کرد. چنانچه تعویض آندها به موقع انجام نشود، مخزن به کار خود ادامه میدهد اما به مرور فولاد مخزن دچار خوردگی میشود و تعویض مخزن اجتناب ناپذیر میشود که خسارات زیادی را در پی دارد.
نحوه قرارگیری آند فداشونده در مخزن
آندهای فداشونده برای دسترسی آسانتر معمولا در قسمت بالایی مخزن پیچ میشوند. توجه داشته باشید که گاهی طول این میله ها بلند است و برای خارج کردن آنها باید فضای کافی داشته باشید. بنابراین گاهی نیاز است که برای تعویض آند فداشونده، مخزن را از جای خود خارج نمایید.
چه نوع آند فداشونده ای در مخزن به کار برده میشود؟
نوع آند فداشونده معمولا توسط سازنده، توصیه میشود. آند فداشونده آلومینیوم اگرچه ممکن است هزینه کمتری داشته باشد، اما سرعت خوردگی بالاتری نسبت به آند منیزیم دارد. همچنین آلومینیوم ریخته شده در مخزن علاوه بر ایجاد سروصدا باعث آلودگی آب مخزن میشود. بنابراین دقت کنید که از آب گرم مخزن برای آشامیدن یا پخت و پز هرگز استفاده نشود. متداولترین آند فداشونده در مخازن آب گرم، آند فداشونده منیزیم میباشد.
- 1
- 2