من طرف مزمل فضل المولي مصطفي الأحد مايو 09, 2010 2:14 amالحماية الكاثودية Cathodic Protection
الحماية الكاثودية Cathodic Protection طريقة لحماية الأنابيب المعدنية من التآكل نتيجة الصدأ
________________________________________
مبادئ التآكل والحماية الكاثودية
مقدمة
سنغطي في هذا الفصل خلفية نظرية عن التآكل والحماية الكاثودية وسنتناول فيه مسألتين كهربائيتين يعتبران أساس الحماية الكاثودية وهما قانون أوم و الخلية الكلفانية نظرا لعلاقتهما بالموضوع ثم شرح لمبادئ التآكل والحماية الكاثودية مع استعراض لتفاصيل شبكة الحماية الكاثودية على خطوط الأنابيب الغربية الممتدة من كركوك شرقا فمحطة ط1 غربا عند الحدود العراقية السورية وصولا الى بانياس في سوريا وطرابلس في لبنان والمسائل المتعلقة بإنشاء وتشغيل و صيانة محطات الحماية الكاثودية لهذا الخط الشهير، كذلك سنمر تطبيقات الحماية الكاثودية الأخرى.
في هذا الموضع أتذكر أستاذ قديم وزميل لنا عايش تطبيق الحماية الكاثودية على هذا الخط حيث يعتبر من أوائل العاملين في مجال الحماية الكاثودية في منقطة الشرق الأوسط المرحوم عوني يونس.
مبادئ كهربائية
1. قانون أوم
في الدائرة الكهربائية هناك علاقة ثابتة بين الجهد (الفولتية) والتيار والمقاومة وتعرف هذه العلاقة بقانون أوم ويمكن التعبير عنها بأحد الصيغ التالية:
وحدة الجهد هي الفولت، ووحدة التيار الأمبير، ووحدة المقاومة هي الأوم
1. الخلية الكلفانية
لو قمنا بغمس قطبين من معدنين مختلفين مثل الزنك و النحاس مثلا في محلول موصل للكهرباء وربطنا بينهما بسلك فأنه يتولد عن ذلك تيار كهربائي يسري من الزنك الى النحاس داخل المحلول ويكمل دورته خلال السلك الواصل بينهما، كما في الشكل (1).
تعرف هذه الخلية الكهربائية باسم خلية كلفاني نسبة الى مكتشفها العالم الإيطالي كلفاني.
يسمى القطب الذي يخرج منه التيار الى المحلول "أنود"، ويسمى القطب الذي يستقبل التيار "كاثود"، ويترتب على سريان التيار في الخلية حدوث تأكل على الأنود بينما يبقى الكاثود سليما ويترسب على سطحه طبقة خفيفة من الهيدروجين لو بقيت على سطحه لأحدثت استقطابا في الخلية تتلاشى معه شدة التيار في الخلية ومن ثم تتوقف عملية التآكل ولكن تحدث عند الكاثود تفاعلات كيمياوية تمنع مثل هذا الاستقطاب فيستمر سريان التيار في الخلية وتستمر عملية التآكل.
تتوقف عملية التآكل على الأنود على ثلاثة عوامل:
• نوع مادة الأنود.
• شدة التيار.
• المدة التي يستمر فيها سريان التيار.
مثلا – يتآكل الحديد بمعدل (9) كيلو غرام إذا سرى منه أمبير واحد لمدة عام.
مبادئ التآكل
التآكل على نوعين:
• كيمياوي
• كيمياوي / كهربائي
النوع الأخير هو الشائع بالنسبة للمنشئات المدفونة في الأرض و المغمورة بالماء أو تحتوي على ماء، أي حيثما وجد معدن في بيئة موصلة للكهرباء.
فعلى سطح خط للأنابيب مدفون في باطن الأرض مثلا تتواجد أقطاب أنودية وأخرى كاثودية تؤلف مع التربة وجدران الأنبوب خلايا كلفانية يترتب على وجودها سريان تيار كهربائي من الأنود الى التربة ومنها للكاثود مكملا دورته الى الأنود من خلال جدار الأنبوب.
نتيجة لذلك فأن الأنبوب يتآكل عند موقع الأنود تماما كما تآكل الزنك في خلية كلفاني وفي نفس الوقت تترسب على سطح الكاثود طبقة خفيفة من الهدروجين لو بقيت عليه لأحدثت استقطابا يزيل الجهد بين الأنود و الكاثود ويوقف بذلك سريان التيار الكهربائي ومن ثم التآكل تبعا لذلك، لكن كذلك تحدث تفاعلات كيمياوية عند الكاثود تحول دون حدوث مثل هذا الاستقطاب، لذا تستمر عملية التآكل، يمثل الشكل رقم (2) خلية تآكل على خط أنابيب المحتملة عند الأنود وعند الكاثود ومنها يتضح ان الحديد يفقد ذراته على هيئة أيونات عند الأنود و إلكترونات عند الكاثود.
أن ظاهرة تواجد أقطاب مختلفة على سطح الأنبوب ترجع الى عدة عوامل منها:
• وجود شوائب على سطح الأنبوب ذات جهد يغاير مادة الأنبوب.
• عدم التجانس على سطح الأنبوب، كوجود خدوش على بعض أجزائه تجعل الجزء المنخدش أنودا.
• وجود مناطق تحت تأثير ضغط أي مضغوطة Stressed مما يجعلها أنودية.
• وجود أنواع مختلفة من الأملاح من موقع لأخر على إمتداد الأنبوب، فكما ان خلايا التآكل يمكن ان يكون قطباها من معدنين مختلفين فأنه يمكن ان يكون قطبا الخلية من معدن واحد حين تكون الأملاح عندها مختلفة.
• اختلاف درجة تركيز الملح الواحد عند موقعين يولد منهما قطبين، فالموقع الذي يكون فيه الملح أكثر تركيزا يصبح أنودا بالنسبة للموقع الأخر.
• الاختلاف في درجة التهوية فالموقع الأقل تهوية يصبح أنودا.
• وجود ما يسمى بالتيارات الشاردة Stray Current وهي من مصادر كهربائية مجاورة فتجعل منه أنودا.
الأشكال رقم (3-9) توضح الحالات أنفة الذكر أعلاه. كما أن البعد بين أقطاب خلايا التآكل قد يكون ميكروسكوبيا أو قريب جدا او قد يصل البعد بينهما الى عدة كيلو مترات وأن الفرق في الجهد الذي ينشأ عن العوامل أنفة الذكر أعلاه قد يتراوح بين بضع ميلي فولتات و فولت واحد او أكثر.
من الممكن تحديد المناطق المعرضة للتآكل عن طريق قياسات كهربائية فوق مسار الأنبوب
وتقبلو خالص تحياتي
اخوكم مزمل فضل المولي مصطفي
الحماية الكاثودية Cathodic Protection طريقة لحماية الأنابيب المعدنية من التآكل نتيجة الصدأ
________________________________________
مبادئ التآكل والحماية الكاثودية
مقدمة
سنغطي في هذا الفصل خلفية نظرية عن التآكل والحماية الكاثودية وسنتناول فيه مسألتين كهربائيتين يعتبران أساس الحماية الكاثودية وهما قانون أوم و الخلية الكلفانية نظرا لعلاقتهما بالموضوع ثم شرح لمبادئ التآكل والحماية الكاثودية مع استعراض لتفاصيل شبكة الحماية الكاثودية على خطوط الأنابيب الغربية الممتدة من كركوك شرقا فمحطة ط1 غربا عند الحدود العراقية السورية وصولا الى بانياس في سوريا وطرابلس في لبنان والمسائل المتعلقة بإنشاء وتشغيل و صيانة محطات الحماية الكاثودية لهذا الخط الشهير، كذلك سنمر تطبيقات الحماية الكاثودية الأخرى.
في هذا الموضع أتذكر أستاذ قديم وزميل لنا عايش تطبيق الحماية الكاثودية على هذا الخط حيث يعتبر من أوائل العاملين في مجال الحماية الكاثودية في منقطة الشرق الأوسط المرحوم عوني يونس.
مبادئ كهربائية
1. قانون أوم
في الدائرة الكهربائية هناك علاقة ثابتة بين الجهد (الفولتية) والتيار والمقاومة وتعرف هذه العلاقة بقانون أوم ويمكن التعبير عنها بأحد الصيغ التالية:
وحدة الجهد هي الفولت، ووحدة التيار الأمبير، ووحدة المقاومة هي الأوم
1. الخلية الكلفانية
لو قمنا بغمس قطبين من معدنين مختلفين مثل الزنك و النحاس مثلا في محلول موصل للكهرباء وربطنا بينهما بسلك فأنه يتولد عن ذلك تيار كهربائي يسري من الزنك الى النحاس داخل المحلول ويكمل دورته خلال السلك الواصل بينهما، كما في الشكل (1).
تعرف هذه الخلية الكهربائية باسم خلية كلفاني نسبة الى مكتشفها العالم الإيطالي كلفاني.
يسمى القطب الذي يخرج منه التيار الى المحلول "أنود"، ويسمى القطب الذي يستقبل التيار "كاثود"، ويترتب على سريان التيار في الخلية حدوث تأكل على الأنود بينما يبقى الكاثود سليما ويترسب على سطحه طبقة خفيفة من الهيدروجين لو بقيت على سطحه لأحدثت استقطابا في الخلية تتلاشى معه شدة التيار في الخلية ومن ثم تتوقف عملية التآكل ولكن تحدث عند الكاثود تفاعلات كيمياوية تمنع مثل هذا الاستقطاب فيستمر سريان التيار في الخلية وتستمر عملية التآكل.
تتوقف عملية التآكل على الأنود على ثلاثة عوامل:
• نوع مادة الأنود.
• شدة التيار.
• المدة التي يستمر فيها سريان التيار.
مثلا – يتآكل الحديد بمعدل (9) كيلو غرام إذا سرى منه أمبير واحد لمدة عام.
مبادئ التآكل
التآكل على نوعين:
• كيمياوي
• كيمياوي / كهربائي
النوع الأخير هو الشائع بالنسبة للمنشئات المدفونة في الأرض و المغمورة بالماء أو تحتوي على ماء، أي حيثما وجد معدن في بيئة موصلة للكهرباء.
فعلى سطح خط للأنابيب مدفون في باطن الأرض مثلا تتواجد أقطاب أنودية وأخرى كاثودية تؤلف مع التربة وجدران الأنبوب خلايا كلفانية يترتب على وجودها سريان تيار كهربائي من الأنود الى التربة ومنها للكاثود مكملا دورته الى الأنود من خلال جدار الأنبوب.
نتيجة لذلك فأن الأنبوب يتآكل عند موقع الأنود تماما كما تآكل الزنك في خلية كلفاني وفي نفس الوقت تترسب على سطح الكاثود طبقة خفيفة من الهدروجين لو بقيت عليه لأحدثت استقطابا يزيل الجهد بين الأنود و الكاثود ويوقف بذلك سريان التيار الكهربائي ومن ثم التآكل تبعا لذلك، لكن كذلك تحدث تفاعلات كيمياوية عند الكاثود تحول دون حدوث مثل هذا الاستقطاب، لذا تستمر عملية التآكل، يمثل الشكل رقم (2) خلية تآكل على خط أنابيب المحتملة عند الأنود وعند الكاثود ومنها يتضح ان الحديد يفقد ذراته على هيئة أيونات عند الأنود و إلكترونات عند الكاثود.
أن ظاهرة تواجد أقطاب مختلفة على سطح الأنبوب ترجع الى عدة عوامل منها:
• وجود شوائب على سطح الأنبوب ذات جهد يغاير مادة الأنبوب.
• عدم التجانس على سطح الأنبوب، كوجود خدوش على بعض أجزائه تجعل الجزء المنخدش أنودا.
• وجود مناطق تحت تأثير ضغط أي مضغوطة Stressed مما يجعلها أنودية.
• وجود أنواع مختلفة من الأملاح من موقع لأخر على إمتداد الأنبوب، فكما ان خلايا التآكل يمكن ان يكون قطباها من معدنين مختلفين فأنه يمكن ان يكون قطبا الخلية من معدن واحد حين تكون الأملاح عندها مختلفة.
• اختلاف درجة تركيز الملح الواحد عند موقعين يولد منهما قطبين، فالموقع الذي يكون فيه الملح أكثر تركيزا يصبح أنودا بالنسبة للموقع الأخر.
• الاختلاف في درجة التهوية فالموقع الأقل تهوية يصبح أنودا.
• وجود ما يسمى بالتيارات الشاردة Stray Current وهي من مصادر كهربائية مجاورة فتجعل منه أنودا.
الأشكال رقم (3-9) توضح الحالات أنفة الذكر أعلاه. كما أن البعد بين أقطاب خلايا التآكل قد يكون ميكروسكوبيا أو قريب جدا او قد يصل البعد بينهما الى عدة كيلو مترات وأن الفرق في الجهد الذي ينشأ عن العوامل أنفة الذكر أعلاه قد يتراوح بين بضع ميلي فولتات و فولت واحد او أكثر.
من الممكن تحديد المناطق المعرضة للتآكل عن طريق قياسات كهربائية فوق مسار الأنبوب
وتقبلو خالص تحياتي
اخوكم مزمل فضل المولي مصطفي
