بحث مكثف حول الحماية الكاثودية غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية للتخفيف من أضرار التآكل على الأسطح المعدنية النشطة.
تُستخدم الحماية الكاثودية أيضًا في جميع أنحاء العالم لحماية خطوط الأنابيب ومرافق معالجة المياه وخزانات تخزين المياه الموجودة فوق وتحت.
ما هي الحماية الكاثودية (CP)؟
الحماية الكاثودية هي طريقة لمنع التآكل على الهياكل المعدنية تحت الماء وتحت الأرض.
حيث تعتبر الحماية الكاثودية من أكثر الطرق فعالية لمنع تآكل الأسطح المعدنية.
تستخدم الحماية الكاثودية بشكل شائع لحماية العديد من الهياكل من التآكل، مثل السفن والعوامات البحرية.
المعدات البحرية والموانئ وخطوط الأنابيب والخزانات وجميع الهياكل المعدنية الموجودة تحت الماء.
اقرأ أيضًا: كيفية عزل السقف عن الحرارة
ما هي المبادئ الأساسية للحماية الكاثودية؟
تعتمد التقنية على تحويل المناطق النشطة على سطح المعدن إلى مناطق سلبية، بمعنى آخر، كاثود خلية كهروكيميائية.
من خلال تطبيق التيار، تقل إمكانات المعدن، ويتوقف التآكل ويتم توفير الحماية الكاثودية.
يمكن تحقيق الحماية الكاثودية من خلال:
- الحماية الكاثودية لأنود الذبيحة.
- والحديث أيضًا هو الحماية الكاثودية المذهلة، والتي تسمى غالبًا ICCP.
الحماية الكاثودية لأنود الذبيحة
أسهل طريقة لتطبيق الحماية الكاثودية هي ربط المعدن بحمايته بمعدن آخر يتآكل بسهولة أكبر.
يشيع استخدام الزنك والألمنيوم والمغنيسيوم كأقطاب موجبة.
أكثر المعادن نشاطا (والأقل نبلا) يصبح الأنود بالنسبة للآخرين، مما يضحي بنفسه من خلال التآكل (التبرع بالمعدن) لحماية القطب السالب، ومن هنا جاء مصطلح “الأنود الذبيحي”.
نظرًا لأن الجهد الدافع للأنودات الذبيحة منخفض مقارنةً بأقطاب التيار العالي، يجب توزيع الأنودات القربانية بشكل جيد.
هل هي قريبة من منطقة احتواء تستخدم أنودات الألمنيوم أو الزنك في المياه المالحة؟
بسبب الاختلاف المحتمل بين القطب الموجب (الأقل نبلاً) ومنطقة الكاثود (الصلب)، تترك أيونات المعادن موجبة الشحنة سطح الأنود.
بينما تترك الإلكترونات السطح عند القطب السالب. بالنسبة لأنودات سبائك الألومنيوم، يكون التفاعل على سطح الأنود:
–4Al → 4Al +++ + 12e
الحماية الكاثودية للتيار النبضي (ICCP)
تستخدم أنظمة ICCP مصدر طاقة خارجي يتم توفيره من مصدر منظم للتيار المستمر.
توفر لوحة التحكم، التي يشار إليها غالبًا باسم لوحة التحكم، التيار اللازم لاستقطاب السطح المراد حمايته.
يتم توزيع التيار الواقي بواسطة أنودات خاملة مصممة خصيصًا، وعادة ما تكون من مادة موصلة من نوع لا يذوب بسهولة في أيونات المعادن ولكنه يدعم تفاعلات أنودية بديلة.
في الظروف البيئية الجيدة لمياه البحر، تكون أكسدة أيونات الكلوريد المذابة هي التفاعل الأنودي السائد نتيجة تكوين الكلور الغازي على سطح الأنود: –2Cl– → Cl2 + 2e.
بينما في المياه منخفضة الملوحة، يكون التفاعل الأنودي السائد هو تحلل الماء: –2H2O → O2 + 4H + + 4e.
MMO / Ti هو أحد أكثر أنواع الأنودات ICCP لمياه البحر شيوعًا ويتكون من ركيزة تيتانيوم (Ti) مغلفة بمحفز أكسيد فلز نبيل (MMO).
كيف تعمل الحماية الكاثودية؟
تعمل الحماية الكاثودية عن طريق وضع أنود أو أنود (أجهزة خارجية) في المنحل بالكهرباء لإنشاء دائرة. يتدفق التيار من الأنود عبر المنحل بالكهرباء إلى سطح الهيكل.
أثناء تآكله، ينتقل إلى القطب الموجب لإيقاف المزيد من التآكل للهيكل.
مثال على الحماية الكاثودية لخط أنابيب
على خط الأنابيب غير المحمي، تحدث اختلافات محتملة بشكل طبيعي، أينما انتقلت من إيجابي طفيف إلى سلبي طفيف، سيكون هناك تدفق تيار وتآكل للأنابيب الجلفانية.
وعندما تقوم بتطبيق CP على خط الأنابيب هذا – مثل الأنود الخطي MATCOR الذي يعمل بالتوازي مع خط الأنابيب، يتم تحويل التيار من الأنود إلى خط الأنابيب، مما يمنع التآكل.
تطبيق خط أنابيب بدون CP
اقرأ أيضًا: معلومات حول الطلاء الواقي واستخدامه
تطبيق CP على خط الأنابيب
ما هي أنظمة الحماية الكاثودية؟
التآكل هو السبب الرئيسي للفشل المبكر للهياكل المعدنية ؛ يمكن للمشغلين إطالة عمر مرافقهم ومعداتهم.
تركيب واختبار أنظمة CP بشكل دوري. يمكن لمهندسي CP تصميم أنظمة لتوفير أقصى عمر خدمة وسهولة الاستبدال.
تم استخدام هذه الأنظمة في مجموعة واسعة من التطبيقات المدنية والصناعية لمنع التآكل لسنوات عديدة.
عادةً ما يتم تثبيت MATCO أثناء الإنشاء الأولي أو التوسع أو الترقيات الرئيسية، وعادةً ما تصمم الأنظمة التي تستمر لمدة 30 عامًا أو أكثر.
تحمي أنظمة الإنتاج الأنظف أصول البنية التحتية من التآكل وتشمل هذه الهياكل:
- خزانات علوية للتخزين.
- خطوط الأنابيب المدفونة.
- حديد التسليح في الهياكل الخرسانية.
- المبادلات الحرارية.
- تطوي بحرية.
- جدران أكوام من الورق.
- الهياكل المعدنية الأخرى.
ما هي أنواع أنظمة الحماية الكاثودية؟
الحماية الكاثودية هي طريقة لمنع الهياكل المعدنية، مثل خطوط الأنابيب والخزانات، من التعرض البيئي والتآكل.
عند تعرضه للبيئة، يتكسر الكربون الصلب والمعادن الأخرى كيميائيًا ويفشل في النهاية.
تمنع أنظمة CP عملية الأكسدة عن طريق إنشاء تدفق من النظام إلى الهيكل.
هناك نوعان رئيسيان لأنظمة الحماية الكاثودية:
- كلف.
- التيار القسري.
الحماية الكاثودية الجلفانية
التآكل الجلفاني هو عملية كهروكيميائية يكون فيها أحد المعادن أكثر عرضة للتآكل من الآخر عندما يخضع كلا المعدنين للتحليل الكهربائي.
الأنودات الجلفانية (تسمى أيضًا الأنودات الذبيحة) المستخدمة لحماية الهياكل الفولاذية هي مثال على التآكل الجلفاني، حيث يتآكل الأنود الجلفاني لحماية الهيكل.
الأنود الذبيحي هو أنود معدني متصل كهربائياً بالهيكل المراد حمايته وأكثر استجابة للبيئة المسببة للتآكل، حيث يتآكل الأنود القرباني مع حماية معدن الهيكل المحمي.
في النظام الجلفاني، يكون للأنودات المتصلة بالهيكل المحمي إمكانات طبيعية سلبية أكثر من الهيكل.
وعندما يتدفق التيار من القطب الموجب (احتمال أكثر سلبية)، إلى الهيكل (احتمال أقل سلبية) في دائرة تيار مباشر.
يمكنه حماية الأنودات الجلفانية بشكل صحيح (وتسمى أيضًا الأنودات الذبيحة).
الهياكل الفولاذية تحت الأرض والبحرية والمنزلية والصناعية عدوانية ولا تتطلب مصدر طاقة خارجي للعمل.
لذلك، فهي محدودة في استخدامها ؛ عند استخدامها بشكل صحيح، يمكن تصميمها لتوفير عمر طويل وسهولة في الاستخدام. تتوفر الأنودات الجلفانية في مجموعة متنوعة من التكوينات، بما في ذلك:
- الأنودات المعدنية العارية، بما في ذلك المغنيسيوم والزنك والألمنيوم وسبائك أخرى.
- معبأة في ردم للاستخدام تحت الأرض.
- مصنوعة من أحزمة فولاذية خارجية للتثبيت على الهياكل.
- أنواع الأشرطة.
- للقضيب أشكال خاصة.
التيار القسري
في كثير من الحالات، لا يكفي فرق الجهد بين الأنود الجلفاني / الذواب والهيكل الفولاذي لتوليد تيار كافٍ للحماية.
في هذه الحالات، يمكن لمزود الطاقة (المعدل) توليد اختلافات محتملة أكبر، مما يسمح بتدفق المزيد من التيار إلى الهيكل المحمي، وهذا ما يسمى نظام الحماية الكاثودية الحالي (ICCP).
متى تعمل الحماية الكاثودية؟
سيؤدي تمرير تيار الحماية الكاثودية عبر أي معدن إلى تغيير إمكاناته الطبيعية إلى سلبية.
يتم الحصول أيضًا على الحماية الكاثودية الكاملة للصلب عن طريق الجهد عند مستوى معين.
اخترنا لكم: طريقة العزل الحراري للأسطح
أخيرًا، غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية لحماية الفولاذ من التآكل، حيث يحدث التآكل عند غمر معدنين مختلفين في إلكتروليت مثل الماء أو التربة أو الخرسانة.