حفاظت کاتدی لوله چیست؟

<p>فولاد با وجود مزایای زیاد مانند استحکام،&zwnj; دوام، قابلیت شکل پذیری و ... یک اشکال عمده دارد و آن آسیب پذیر بودن در برابر خوردگی ست. هر چند امروزه آلیاژهایی از فولاد تهیه شده اند که مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارند اما فولادهای ساده&nbsp;&nbsp;کربنی که بیش از ۸۰ درصد تولید فولاد را به خود اختصاص می دهند و کاربرد وسیع تری دارند همچنان در برابر خوردگی ضعیف می باشند. به همین دلیل خوردگی لوله ها و تاسیسات همواره یکی از دغدغه های مهندسین بوده است و به دنبال راه حل هایی برای جلوگیری از خوردگی و یا به تعویق انداختن آن می گشته اند. در همین راستا یکی از موثرترین راه حل هایی که نیز که برای این مشکل پیشنهاد شده است استفاده از حفاظت کاتدی (Cathodic Protection) ست. از حفاظت کاتدی به طور گسترده برای حفاظت از تاسیسات و لوله های انتقال نفت و گاز و آب استفاد می شود و جایگاه ویژگی در صنعت یافته است.</p> <p>با توجه به نقش و اهمیت حفاظت کاتدی در محافظت از تاسیسات فولادی، در این مقاله ما به بررسی جزئیات این تکنیک و کاربردهای آن پرداخته ایم. البته پیش از مطالعه ی این مقاله پیشنهاد می کنیم مقالات مربوط به انواع خوردگی فولاد و همچنین فرایند خوردگی فولاد را در وب سایت مدیران آهن حتما مطالعه بفرمایید.&nbsp;</p> <p><strong><span id="cathodic_protection"></span>آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:</strong></p> <ul> <li>حفاظت کاتدی چیست؟</li> <li>معایب حفاظت کاتدی</li> <li>موارد استفاده از حفاظت کاتدی</li> </ul> <h2>حفاظت کاتدی چیست؟</h2> <p>حفاظت کاتدی یا Cathodic Protection روشی ست که برای حفاظت از خوردگی تاسیسات فلزی به خصوص در زیر دریا و زمین به کار برده می شود. اما پیش از آنکه در مورد حفاظت کاتدی توضیحاتی داده شود بهتر است مختصری با فرایند خوردگی آشنا شویم تا اساس کار حفاظت کاتدی را بهتر درک کنیم.</p> <p>برای اینکه خوردگی اتفاق بیفتد به یک آند، یک کاتد و یک محیط الکترولیت نیاز داریم. آند نقطه ایست که در آن الکترون های سطح فلز از دست می روند و فلز دچار خوردگی می شود. این الکترون ها به الکترولیت منتقل می شوند و یون ها در الکترولیت این الکترون ها را می پذیرند. در این مرحله اسیدی بودن محیط و یا میزان اکسیژن نقش مهمی در سرعت و نوع فرایند ایفا می کند. هر چه محیط اسیدی تر باشد سرعت فرایند خوردگی نیز بیشتر می شود. پس آند الکترون آزاد می کند و این الکترون ها از طریق الکترولیت یا محیط آبدار به کاتد می رسند. این فرایند در سطح فولاد بارها تکرار می شود و باعث تخریب فولاد می گردد.</p> <p>تا اینجا متوجه شدیم که در خوردگی فلز الکترون از دست می دهد و این الکترون ها به الکترولیت منقل می شوند. از دروس دبیرستان میدانیم که الکترون ها از محل با پتانسیل کمتر به محل با پتانسیل بالاتر حرکت می کنند. پس اگر ما بتوانیم به نحوی با تغییر پتانسیل فلز مانع از حرکت الکترون ها به سمت الکترولیت شویم می توانیم خوردگی را نیز متوقف کنیم. این همان ایده ی اصلی در حفاظت کاتدی ست.</p> <p>برای جلوگیری از خوردگی به وسیله حفاظت کاتدی به دوعامل اصلی نیاز خواهیم داشت:</p> <ol> <li>آند، کاتد و الکترولیت</li> <li>یک منبع تغذیه مستقیم که به وسیله آن بتوان اختلاف پتانسیل ایجاد کرد.</li> </ol> <p>برای ایجاد حفاظت کاتدی منبع تغذیه برق مستقیم (DC) به چند الکترود کمکی که معمولا از جنس آهن یا گرافیت هستند متصل می شود. قطب مثبت منبع به الکترود کمکی (آند) و قطب منفی نیز به فلزی که قصد حفاظت از آن را داریم وصل می کنند. در اثر اختلاف پتانسیل جریان از آند و از طریق الکترولیت به سمت کاتد حرکت می کند و نهایتا از طریق یک مسیر فلزی به آند باز می گردد. در واقع با این کار جهت جریان از الکترولیت به سمت فلز تغییر می کند و فلز از خوردگی در امان می ماند.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="Cathodic-Protection.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1652609879362-Cathodic-Protection.jpg" alt="Cathodic-Protection"></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۲ - نمای شماتیک حافظت کاتدی</p> <blockquote> <p style="text-align: right;"><span id="cath"></span>بیشتر مطالعه کنید: ۵ روش برای جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن&nbsp;</p> </blockquote> <h2>معایب حفاظت کاتدی</h2> <p>اجرای حفاظت کاتدی هزینه بالایی دارد. علاوه بر ای باید هزینه های برق و همچنین نگهداری سیستم را به آن اضافه کرد.&nbsp;</p> <p>حفاظت کاتدی بر روی ستون وسیعی که پوشش سدی ندارند جواب نمی دهد. به عنوان مثال می توان به قسمت پایین تانک های جوشی بزرگ اشاره کرد. دلیل آن هم این است که حتی در سیستم هایی که به خوبی طراحی شده اند نیز این امکان وجود ندارد تا ولتاژ صحیح را در تمام قسمت ها در حد مورد نظر نگه داشت. بر خلاف آن حفاظت کاتدی بر روی لوله های انتقال که پوشش اپوکسی دارد به خوبی جواب می دهد.&nbsp;</p> <p>یکی دیگر از مشکلات حفاظت کاتدی جریان های گردابی ست. آند و جسمی که تحت حفاظت کاتدی قرار دارند به دلیل وجود جریان الکتریکی در آن ها یک میدان اطراف خود تشکیل می دهند حالا اگر یک جسم فولادی دیگر مانند یک لوله در این میدان قرار داشته <span id="app"></span>باشد یک سری جریان گردابی در آن تشکیل می شود. وجود این جریان ها باعث می شود تا فرایند خوردگی آن تشدید شود. بنابراین در این در مناطقی که تعداد زیادی از تاسیسات وجود دارد حفاظت کاتدی برای یک قسمت می تواند مشکلات زیادی در سایر قسمت ها ایجاد کند.</p> <h2>موارد استفاده از حفاظت کاتدی</h2> <p>حفاظت کاتدی برای تاسیسات و سازه هایی که در زیر دریا و یا زمین واقع شده اند بسیار پرکاربرد است. خطوط لوله فولادی که برای انتقال نفت و گاز به کار می روند نیز جز تاسیساتی هستند که برای محافظت از آن ها از حفاظت کاتدی استفاده می شود. از حفاظت کاتدی برای محافظت از مخازن بزرگ سطح زمین و همینطور دکل های برق نیز استفاده می شود.</p> <blockquote> <p style="text-align: right;">بیشتر مطالعه کنید: آیا خوردگی لوله باعث انسداد آن می شود؟</p> </blockquote>