نظام الحماية الكاثودية مقدمة
الحماية من التآكل عملية لا تنتهي أبدًا. في المعركة ضد تآكل الهياكل المعدنية الحرجة، مثل هياكل السفن وخطوط الأنابيب المغمورة وصهاريج التخزين، تعتمد المؤسسات على أنظمة الحماية الكاثودية. يساعدك القيام بذلك على إطالة العمر التشغيلي المفيد لأصولك المعدنية وتجنب الأعطال الناجمة عن التآكل. تقدم هذه المقالة معلومات عن أساسيات الحماية الكاثودية.
يقوم نظام الحماية الكاثودية بتوصيل قطعة من المعدن بقطعة أخرى من المعدن لتحريك الإلكترونات الحرة بعيداً عن المعدن الذي يحتاج إلى الحماية. على سبيل المثال، عندما تحتاج إلى حماية خط أنابيب من الصلب من التآكل، فإنك تقوم بتوصيله بقطعة معدنية مثل الزنك أو المغنيسيوم وتطبق تياراً كهربائياً.
يصبح خط الأنابيب الفولاذي هو القطب السالب، والقطب الآخر من المعدن بمثابة أنود. في البطارية، يُسمَّى القطب الموجب القطب السالب بالكاثود، ويُعرَف القطب السالب بالمصعد. تتحرك الإلكترونات الحرة من خط الأنابيب الكاثودية لتآكل المصعد. وبهذه الطريقة، يضحي القطب الموجب بنفسه لمنع تآكل خط الأنابيب. تحدث الأكسدة، التي تنتج عن فقدان الإلكترونات، عند الأنود المضحّي.
يعد نظام الحماية الكاثودية (CP) ضرورياً لصيانة البنية التحتية على المدى الطويل لأنه يعمل بفاعلية لمنع تآكل البنية التحتية الحيوية، وبالتالي تقليل عدد الإصلاحات أو الاستبدال. وبهذه الطريقة، تقلل أنظمة الحماية الكاثودية من التكلفة الإجمالية لملكية أصولك المعدنية، من خلال تجنب الحاجة إلى الاستبدال المبكر وتقليل الحاجة إلى الصيانة والإصلاحات.
أنواع أنظمة الحماية الكاثودية
هناك نوعان رئيسيان من أنظمة الحماية الكاثودية للتحكم في التآكل: الأنودات الجلفانية (القربانية) وأنظمة الحماية الكاثودية بالتيار المتأثر.
حماية الأنود الجلفاني: في نظام الوقاية من التآكل القائم على حماية الأنود الجلفاني، تقوم بإنشاء دائرة بين الأنود المضحّي وقطعة المعدن التي تريد حمايتها. يحدث التآكل عند الأنود بدلاً من الهيكل المعدني عند استخدام نظام الحماية الكاثودية الحالية.
الحماية الكاثودية بالتيار المنبهر: عندما تكون حماية الأنود الجلفاني القياسية غير كافية، يمكنك تركيب نظام تيار كهربائي من التيار المنبهر لحماية الهيكل الخاص بك. يستخدم مصدر طاقة (مقوم) لإثارة التيار الكهربائي من الأنود. يقوم النظام بتصحيح التيار المتردد (AC) من مصدر الطاقة إلى تيار مباشر (DC)، مما يؤكد الحاجة إلى تخفيف التيار المتردد.
أنظمة الأنود الجلفاني هي أنظمة سلبية مقارنة بأنظمة التيار المتأثر، وهي أنظمة نشطة. ومن مزايا أنظمة التيار المتأثر أنه يمكنك ضبط كمية الطاقة بحيث يمكنك حماية مساحة سطح معدني أكبر.
وبوجه عام، تكون أنظمة التيار المتأثر أكثر كفاءة من أنظمة الحماية الكاثودية الجلفانية لأنك تستطيع حماية هياكل أكبر بكثير بسبب كمية الكهرباء التي تستخدمها. يمكنك التحكم في كمية الطاقة لمعالجة التغيرات المتقلبة في البيئة. من ناحية أخرى، من الأسهل تركيب أنظمة الأنود الجلفاني التي تناسب أكثر الحالات التي لا تحتاج فيها إلى تطبيق تيار كهربائي قوي.
المواد المستخدمة في الحماية الكاثودية
تشمل المواد المستخدمة عادةً في أنظمة الحماية الكاثودية المغنيسيوم والزنك والألومنيوم.
تميل الشركات إلى استخدام المغنيسيوم عند حماية المعادن في التربة أو تحت المياه العذبة، حيث لا تحتاج إلى مستوى عالٍ من التيار. سترى أنودات المغنيسيوم تستخدم لحماية سخانات المياه وخزانات التخزين وكذلك خطوط الأنابيب تحت الأرض.
يُستخدم الزنك للحماية تحت سطح البحر، مثل حماية خطوط الأنابيب المغمورة وهيكل السفن.
نظرًا لأن الألومنيوم مناسب تمامًا للعمل كأنود مضحٍّ، فإنه غالبًا ما يستخدم لحماية المنشآت تحت المياه العذبة، مثل المنشآت في الأنهار أو البحيرات.
تصميم وتركيب أنظمة الحماية الكاثودية
ما هي الاعتبارات الرئيسية في تصميم نظام الحماية الكاثودية؟ أولاً، اعلم أن التصميم مصمم خصيصاً لظروف بيئية محددة وأنواع البنية التحتية. تشمل العوامل نوع التربة ومقدار مقاومة التربة. من الناحية المثالية، سيكون لديك قائمة بسجلات التسرب من الأنابيب المدفونة للإشارة إلى مدى الحاجة الملحة للحماية الكاثودية.
يجب أن يأخذ المصممون والقائمون بالتركيب في الاعتبار أيضاً موقع الأنبوب أو أي هيكل معدني آخر، من حيث إمكانية الوصول إليه في المستقبل. سيؤثر أيضًا ما إذا كنت بحاجة إلى مصدر طاقة على تصميم النظام وتركيبه.
أثناء التركيب، يجب عليك إجراء تقييم للموقع وتحديد كيفية تهيئة النظام. وبناءً على ذلك، سوف تختار المعدن الخاص بالأنود بناءً على ما إذا كان الهيكل (مثل خط الأنابيب) مدفوناً في التربة أو تحت الماء، مثل هيكل السفينة.
نظرًا لأن نظام التيار المنبهر (نظام ICCP) يتطلب مصدر طاقة، فإنك تحتاج إلى تصميم النظام مع مراعاة إمكانية الوصول إليه لإجراء الصيانة والإصلاحات الدورية.
هناك مشكلة أخرى يجب معالجتها وهي التأثير البيئي. من السهل إعادة تدوير الزنك وله تأثير ضئيل على البيئة. يمكنك أيضًا إعادة تدوير أنودات الألومنيوم، والتي لها تأثير معتدل. ومع ذلك، فإن أنودات المغنيسيوم تنطوي على مزيد من الإدارة للبيئة، حيث يمكن أن تولد غاز الهيدروجين أثناء عملية تخفيف التآكل.
ضع في اعتبارك التحديات المحتملة التي قد تواجهها عند تركيب أنظمة الحماية الكاثودية، بما في ذلك التداخل الكهربائي، مثل التداخل الكهربائي من السكك الحديدية أو خطوط الكهرباء، والتي يمكن أن تتداخل مع نظام الحماية من التآكل الذي صممته.
في الأنظمة المعقدة، قد تجد أن التوزيع غير المنتظم للتيار يمثل تحديًا كبيرًا، لأنك تريد تطبيق التيار الكهربائي بالتساوي على كامل الهيكل الذي يحتاج إلى الحماية. إذا كان الهيكل مدفونًا في تربة شديدة المقاومة، فقد تؤدي المقاومة إلى تعطيل تدفق التيار الكهربائي الذي توجهه إلى النظام.
الحماية الكاثودية لخزانات التخزين وخطوط الأنابيب تحت الأرض
تعتبر الحماية الكاثودية ضرورية لصهاريج التخزين وخطوط الأنابيب تحت الأرض. يصعب على الناس الوصول إلى هذه الأنواع من الهياكل بشكل روتيني للتقييم والصيانة والإصلاحات. أنت تريد نظامًا يمنع التآكل تحت الأرض بشكل ثابت وموثوق لخطوط الأنابيب أو الخزانات تحت الأرض.
والأكثر من ذلك، يجب على مصممي الحماية الكاثودية التعرف على البنية التحتية المحيطة، كما هو الحال في محطة توليد الكهرباء التي تحتوي على الكثير من الأنابيب المدفونة وشبكات التأريض النحاسية وأنظمة الخرسانة المسلحة. هذه أمثلة على الظروف التي تتطلب تطبيقات مخصصة تحت الأرض.
في حالة وجود ازدحام تحت الأرض، من المجاري إلى مصارف مياه الأمطار والأنابيب الحديدية، هناك تفويض لمنع التآكل تحت الأرض لأنه من الصعب على عمال اختبار الحماية الكاثودية الدخول إلى البيئة لإجراء التقييمات والإصلاحات.
تشمل متطلبات الصيانة لأنظمة الحماية الكاثودية عمليات الفحص والاختبارات المستمرة والتعديلات الدورية للحفاظ على مستوى الحماية المطلوب في مواجهة تآكل المكونات وتدهورها، خاصةً في ظل الظروف البيئية المتغيرة. عند النظر في الهياكل تحت سطح البحر، مثل منصات النفط أو خطوط الأنابيب أو الأرصفة تحت الماء، يمكن أن تكون ملوحة المياه عاملاً رئيسياً في التآكل.
تحليل التكاليف واعتبارات الموردين للحماية الكاثودية
تختلف تكلفة أنظمة الحماية الكاثودية باختلاف عوامل مثل نوع النظام وحجمه. يضيف التعقيد الهيكلي أيضًا إلى تكاليف الحماية الكاثودية. إذا كنت تعمل مع هيكل في المياه العميقة مثل خط أنابيب في المحيطات، فضع في الحسبان التكاليف الإضافية لنقل ودعم موظفي التركيب والصيانة في مثل هذه البيئة القاسية والبعيدة.
يجب عليك أيضاً حساب التأثير البيئي لنظامك قبل تثبيته.
عند الاستعداد لنشر نظام الحماية الكاثودية بالتيار المثير للإعجاب، عليك أن تحسب ليس فقط تكاليف إعداد مصدر الطاقة، ولكن أيضًا تكاليف الصيانة والإصلاح التي تأتي من التعامل مع مصدر خارجي للكهرباء (مقارنة بأنظمة الأنود الجلفانية السلبية التي لا تتطلب طاقة). ثم تحدد العمر التشغيلي للنظام مع كل تكاليف الصيانة والإصلاح المحتملة المصاحبة.
ما هي العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار مورد الحماية الكاثودية؟
من الأفضل العمل مع مورد لديه سجل حافل في العمل مع أنظمة الحماية الكاثودية. وهذا يؤكد أهمية بذل العناية الواجبة وقراءة المراجعات من مصادر موثوقة وموضوعية. هل يتمتع المورد بسمعة جيدة لخبرته وموثوقيته؟ هل تحترم المؤسسات هذا المورد لمستوى خدمته واستجابته؟
مراقبة التآكل والحماية الكاثودية في الوقت الحقيقي
تعمل مراقبة التآكل في الوقت الحقيقي على تحسين أنظمة الحماية الكاثودية من خلال منحك نظرة ثاقبة في الوقت الحقيقي لكيفية عمل المعدات في البيئات المسببة للتآكل. أنت ترغب في تجنب التكاليف الباهظة للإصلاحات أو الاستبدال التي يمكن أن تأتي من عدم وجود رؤية واضحة لحالة الهيكل المعدني لديك.
تشتمل التكنولوجيا المستخدمة في مراقبة التآكل في الوقت الحقيقي على أجهزة تعريض الكوبونات (أجهزة بسيطة إلى حد ما) وأجهزة تسجيل البيانات التي يمكن لفرق الصيانة والتفتيش حملها باليد. أما الأنظمة الأكثر تطوراً، والتي غالباً ما تُنشر في بيئات معقدة يصعب الوصول إليها، فتشمل الوصول إلى البيانات عن بُعد إلى أنظمة المراقبة المدمجة، سواء كان خط أنابيب أو حاوية تخزين أو منصة تحت الماء.
من المفيد دمج نظام مراقبة التآكل مع نظام الحماية الكاثودية لأنه يتيح الإدارة الاستباقية للتآكل، بدلاً من مجرد الاستجابة للمشاكل عند ظهورها وتسببها بالفعل في أضرار كبيرة.
الوجبات الرئيسية
تحمي أنظمة الحماية الكاثودية البنية التحتية القيّمة، مثل خطوط الأنابيب تحت سطح البحر وتحت الأرض وصهاريج التخزين والسفن من التآكل. ولحماية هذه الهياكل المعدنية القيّمة، يعتمد مالكو المنشآت ومشغلوها على الحماية الكاثودية كعنصر أساسي في استراتيجيات الوقاية من التآكل.
يوفّر الخبراء في SMARTCORRR® نظام حماية كاثودي متطور لمساعدة الشركات على حماية بنيتها التحتية من التآكل. تعمل منتجاتنا على توصيل الفولاذ بقطعة معدنية أخرى تحتاج إلى الحماية، حيث تقوم بنقل الإلكترونات الحرة بعيداً عن الفولاذ لتآكل الأنود المضحّي بدلاً من ذلك. وهي تتكامل مع صناديق تقاطع الحماية الكاثودية التي تربط مكونات CP وتتيح لموظفي الصيانة والاختبار الوصول إلى النظام.
كما نقدم أيضاً نظاماً موثوقاً لمراقبة التآكل يمنحك راحة البال التي تأتي من معرفة أن لديك حلاً استباقياً بدلاً من مجرد رد فعل لمشاكل التآكل. يوفر النظام بيانات قابلة للتنفيذ لإبلاغك بموعد إجراء عمليات الفحص والصيانة والإصلاحات لإطالة العمر التشغيلي المفيد لهياك المعدنية.