مقدمه:

حفاظت کاتدی به عنوان موثرترین روش حفاظتی به منظور جلوگیری از خوردگی سازه‌های مدفون در خاک شناخته شده‌است.

و به طور گسترده در حفاظت از خوردگی لوله‌های توزیع و انتقال گاز، مواد نفتی و آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

حفاظت کاتدی عبارت است از جلوگیری یا کاهش سرعت خوردگی فلزات توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی (یکسو) یا تماس آن با یک آند از بین رونده، روی سطح فلز مورد نظر که دارای مناطق کاتدی و آندی باشد.

در این حال مناطق آندی تبدیل به کاتد شده و در نتیجه دستگاه یا شبکه مورد نظر کلاً کاتدی می‌شود.

حفاظت کاتدی از مهمترین و موثرترین طرق کنترل خوردگی می‌باشد.

بطوریکه با اجرای این روش می‌توان فلزات را بدون اینکه خورده شوند به مدتی طولانی در محیط‌های خورنده نگهداری نمود.

مکانیزم حفاظت کاتدی مربوط به جریان خارجی است که در نتیجه آن عناصر کاتدی پیل‌های موضعی به پتانسیل مدار باز آندها پلاریزاسون می‌شوند.

یعنی در این حالت تمام سطح فلز هم پتانسیل گشته (پتانسیل‌های آند و کاتد معادل هم می‌شوند) و جریانهای خوردگی متوقف می‌گردند.

همچنین می‌توان چنین بیان کرد که به علت ایجاد یک شدت جریان خارجی شبکه‌ای از جریان مثبت در کلیه مناطق سطح فلز وارد شده و بدین ترتیب از ورود یون‌های فلز به محلول یا محیط اطراف جلوگیری به عمل می‌آید.

عملیات حفاظت کاتدی را می‌توان در مورد خوردگی فلزاتی از قبیل فولاد، مس، سرب، و برنج در زمین (خاک) و محلول‌های مختلف آبی به کار برد.

به کمک حفاظت کاتدی می‌توان از خوردگی حفره‌ای فلزات روئین از جمله فولادهای ضد زنگ جلوگیری نمود.

روشهای حفاظت کاتدیک:

با توجه به نوع آند بکار رفته و نحوه عملکرد، سیستم به دو روش عمده تقسیم بندی می­شود:

– روش آند فداشونده (Sacrificial Anodes)

– روش اعمال جریان (Impressed Current)

روش آند فدا شونده:

آندهای فدا شونده شامل آلیاژهایی از منیزیم، روی و آلومینیوم می­باشند.

این آندها در خاک یا در آب به صورت ساده و یا همراه با یک پشت بند (Back Fill) مخصوص نصب می­­شوند.

این نوع آندها در سیستم­های حفاظت کاتدی مربوط به خطوط لوله بصورت انفرادی و یا گروهی به خط لوله تحت حفاظت کاتدی نصب می­گردند.

محدودیتهایی در استفاده از این نوع آندها وجود دارد که مربوط به اختلاف پتانسیل فصل مشترک سازه ـ آند و میزان مقاومت الکتریکی خاک(ρ)  می­باشد.

از این روش جهت حفاظت کاتدی سازه­های که به جریان کمی نیاز داشته و یا در خاکی با مقاومت الکتریکی پایین مستقر می­باشد، استفاده می­گردد.

می­توان از این نوع آندها به صورت نواری شکل که در تمام طول مسیر خط لوله نصب می­شوند نیز جهت جلوگیری از خوردگی استفاده کرد.

طبق استانداردهای IPS-E-TP-820 , IPS-D-TP–711. از آندهای فداشونده در موارد زیر می­توان استفاده نمود:

الف – خطوط لوله با پوشش خوب که نیاز به جریان حفاظتی خیلی کمی دارند.

ب – رفع مشکلات مربوط به تداخل و جریان­های سرگردان

ج – خطوط لوله کوتاه با پوشش خوب

د – در نقاط مشخصی بر روی خطوط لوله (نقاط بحرانی) که ممکن است تنها چند فوت از خط لوله نیاز به حفاظت داشته باشد.

هـ – فراهم نمودن حفاظت موقتی قسمتی از خط لوله مدفون که در شرایط خوردگی موضعی قرار دارد، مانند منطقه عبور خط لوله از عرض رودخانه .

و – جهت حفاظت کف مخازن روزمینی که دارای سطح وسیعی نباشند.

– آندهای مورد مصرف در روش آند فداشونده :

انواع آندهای مورد مصرف در روش فدا شونده عبارتند از:

۱) آندهای روی

۲) آندهای منیزیم

۳) آندهای آلومینیوم

 روش اعمال جریان:

یک سیستم اعمال جریان باید شامل یک یا چند ایستگاه به عنوان منبع جریان DC، بستر آندی و کابل هادی جریان باشد.

معیار احداث بسترهای آندی عمودی و افقی بایستی بر اساس استاندارد IPS-C-TP-820 باشد.

انتخاب محل بسترهای مذکور بایستی پس از بررسی نتایج مربوط به بازرسی و کنترل محیطی صورت پذیرد.

حداقل فاصله بستر آندی از خط لوله مدفون یا سازه های مجاور بستگی به مقدار جریان مورد نیاز سیستم دارد.

با افزایش مقدار جریان این فاصله نیز افزایش خواهد یافت.

سیستم حفاظت کاتدی به روش اعمال جریان بهتر است در خارج از محلی که خطر انفجار و آتش ­سوزی دارد طراحی و نصب گردد.

مگر در حالات استثنا که بایستی از ترانسفورمر ـ رکتیفایر، جعبه­ های اتصال ، جعبه­ های اندازه ­گیری اختلاف پتانسیل از نوع ضد انفجار طراحی و استفاده نمود.

– آندهای مورد مصرف در روش اعمال جریان:

·         آند چدن پر سیلیس (سیلیکون)

·         آند آلیاژ دور یکلر

·         آند چدن پر سیلیس کروم دار

·         آند پلاتینیوم

·         آند چدن پرسیلیس مولیبدن دار

·         آند گرافیتی

·         آندهای MMO