حفاظت كاتدي (4)
حفاظت كاتدي (4)
حفاظت كاتدي (4)
تهيه كنندگان : عبدالامير كربلايي و حسين جمالي
منبع : راسخون
منبع : راسخون
آشنايی با سيستم های حفاظت کاتدیک (کاتودیک)
اين مبحث باعث انگيزه انجام تحقيقات وسيعي در اين زمينه شده است تا روشهاي عملي مقابله با خوردگي شيميايي فلزات به عرصه ظهور برسد. در خصوص پيشگيري از خوردگي لوله هاي مدفون، كف مخازن روزميني و مخازن زير زميني نتيجه تحقيقات و آزمايشات انجام شده دو روش عمده زير ميباشد:
1) استفاده از انواع پوشش
2) استفاده از سيستم حفاظت كاتديك
از آنجائيكه پوششهاي موجود هيچ يك داراي راندمان 100% نمي باشند لذا داشتن يك سيستم مكمل جهت حفاظت از خوردگي سازه هاي مدفون الزامي به نظر ميرسد. روش تكميلي ياد شده سيستم حفاظت كاتديك ميباشد كه در اين روش با كاتد كردن سازه در حال خورده شدن (كه قبلاٌ آند بوده است) ميتوان از خوردگي آن جلوگيري نمود.
كاتد كردن سازه با جايگزيني يك منبع تامين كننده الكترون انجام پذير است كه اين منبع تامين كننده يك منبع الكتريكي و يا يك فلز فعال تر (آندتر) از سازه مدفون ما ميباشد. بديهي است استفاده از هريك از روشهاي ياد شده مستلزم صرف هزينه هاي اقتصادي ميباشد ولي با يك بررسي كارشناسي ميتوان نتيجه گرفت كه صرف هزينه هاي اوليه جهت پوشش دادن سازه و نصب سيستم حفاظت كاتدي نه تنها از خطرات جانبي در آينده جلوگيري ميكند بلكه هزينه هاي مربوط به تعويض قطعات، تعميرات و جبران خسارات و زيانهاي وارده را كاهش داده و هزينه هاي لازم جهت نصب چنين سيستم هايي را از نظر اقتصادي توجيه پذيرتر ميسازد.
عوامل بسياري در تعيين و انتخاب روش حفاظت كاتدي موثر ميباشند كه از آن جمله ميتوان به : شرايط الكتروليت، امكان دسترسي به برق، امكان وجود بازرسي هاي آتي، شرايط سازه هاي مجاور، جريانهاي سرگردان، نوع و كيفيت پوشش، مدت زمان طراحي سيستم، شرايط اقتصادي و . . . اشاره نمود.
شرايط اقتصادي يكي از مهمترين عوامل موثر در انتخاب سيستم مي باشد كه در نهايت بايد يك حالت بهينه فني ـ اقتصادي ايجاد شود. در اصل، طراحي يك سيستم حفاظت كاتدي زماني موفقيت آميز خواهد بود كه تمامي شرايط فوق درآن مد نظر قرار گرفته باشد.
1-1-رفتار فلزات مدفون و غوطه ور در زمان استفاده از سيستم حفاظت كاتدي
Fe à Fe2+ + 2 e-
خوردگي توسط انتقال جريان الكترون از فلز به الكتروليت صورت ميگيرد كه به دنبال آن يونهاي مثبت به سمت الكتروليت و الكترون ها به سمت فلز حركت ميكنند. نواحي كه اين جريان از آنها عبور ميكند را مناطق آندي و واكنش مربوطه را واكنش آندي مي نامند (در بخشهاي بعدي به آن اشاره كامل خواهد شد). اكثر اوقات يونهاي فلزي با يونهاي منفي داخل الكتروليت واكنش داده و محصولات خوردگي تشكيل شوند (براي مثال زنگ آهن در فولاد). بطور عمده اين واكنش ها اثري بر روي واكنش خوردگي نمي گذارند مگر در زمانيكه محصولات ناشي از خوردگي، مقاوم در برابر تهاجمات خوردگي باشند. در نهايت بايستي از نظر بار الكتريكي يك تعادل برقرار شود. جهت متعادل شدن واكنش از نظر بار الكتريكي، بايد يك جريان از محلول (الكتروليت) به سمت فلز حركت كند و الكترون ها در محيط ديگري كه منطقه كاتدي ناميده ميشود، مصرف ميشوند. ميزان انتقال جريان در اين واكنشها سرعت خوردگي را تعيين مينمايد. براي مثال در مورد فولاد به ازا هر اتمي كه وارد الكتروليت ميشود دو اتم در سطح فلز آزاد ميشود.
ميزان اختلاف پتانسيل بين سطح فلزات و الكتروليت آنها با توجه به دانسيته جريان و جهت انتقال جريان تغيير ميكند. اين تغييرات را پلاريزاسيون مي نامند. اختلاف پتانسيل فوق بستگي به نوع واكنش هاي شيميايي در سطح فلز دارد. پتانسيل فصل مشترك فلز ـ الكتروليت را ميتوان با استفاده ار الكترود مرجع اندازه گيري نمود. ميزان اختلاف پتانسيل اندازه گيري شده نه تنها بستگي به نوع فلز و الكتروليت دارد بلكه نوع الكترود مرجع نيز در آن تاثير گذار ميباشد. لذا در اندازه گيريهاي اختلاف پتانسيل بين خاك و سازه مدفون فولادي عموماً از الكترود مرجع مس ـ سولفات مس استفاده ميشود.
1-2- اصول كلي حفاظت كاتدي
1-2-1- معيارهاي حفاظت كاتدي
كاربردي ترين معيار، معيار mv850 - ميباشد. معيار پتانسيل حفاظت كاتدي عبارتست از اندازه گيري پتانسيل خط لوله – خاك كه اين اختلاف پتانسيل توسط الكترود مرجع مس ـ سولفات مس اندازه گيري ميشود. در انتخاب معيار حفاظت كاتدي بايد مسائل مربوط به هزينه هاي بالاي تعميرات و حفظ سرمايه هاي ملي در نظر گرفته شود كه در نهايت به شرايط محيطي، پوشش سازه و در دسترس بودن نيروي برق بستگي دارد. يك محيط خورنده كه سازه موجود در آن داراي پوشش ضعيفي باشد و يا نيروي برق در دسترس نباشد، دلالت بر استفاده از يك معيار با ضريب احتياط بالا ميكند. عدم تغيير در اصل طراحي نيز اشاره بر اين امر دارد كه حفاظت كاتدي براي سازه هاي حفاظت شده، به راحتي انجام شده است. به هر حال تكنيك هاي مراقبت و مونيتورينگ قادر به حل و فصل مطلوب هزينه هاي كنترل خوردگي بدون كاهش اثرات جلوگيري از خوردگي آنها مي باشد.
1-2-2- مدار يك سيستم حفاظت كاتدي
الف)كاتد: سازه و تاسيسات فلزي مدفون و يا غوطه ور در يك الكتروليت كه بايستي با استفاده از روش حفاظت كاتدي از خوردگي شيميايي آنها جلوگيري به عمل آيد، كاتد ناميده ميشود. در واقع اين سازه فلزي قبل از نصب چنين سيستمي آند بوده و در حال از دست دادن الكترون و خورده شدن بوده است، كه با اعمال سيستم حفاظت كاتدي و قرار گرفتن در مدار اين سيستم از آند به كاتد تبديل شده و در نتيجه خوردگي آن متوقف مي شود.
ب) آند: عنصر و يا آلياژي كه در آن واكنش آندي رخ داده و به مرور زمان و بر اساس مقدار جريان اعمالي از وزن و حجم آن كاسته ميگردد آند ناميده ميشود. جنس و آلياژ اين آندها، بسته به نوع روش سيستم حفاظت كاتدي و محيط اطراف متغير است.
ج) الكتروليت: محيطي كه در آن تبادل الكترون و واكنش يوني اتفاق ميافتد و معمولاً از جنس خاك و يا آب ميباشد الكتروليت ناميده ميشود.
د) اتصالات الكتريكي: جهت تكميل مدار الكتريكي يك سيستم حفاظت كاتدي و انتقال الكترونها، از كابلهاي مسي استفاده ميشود كه ايجاد اتصال آنها در باند باكسهاي مربوطه انجام مي پذيرد.
هـ) منبع تغذيه : جهت تامين الكترون مورد نياز و اعمال اختلاف پتانسيل لازم بين كاتد و الكتروليت (در روش اعمال جريان) از يك منبع تغذيه DC استفاده مي شود. اين منبع تغذيه، جريان مستقيم مورد نياز جهت حفاظت سازه را تأمين مي كند.
1-3- انواع روشهاي سيستم حفاظت كاتدي (کاتودیک یا کاتدیک)
- روش آند فداشونده(Sacrificial Anodes)
- روش اعمال جريان (Impressed Current)
حال به تشريح هريك از روشهاي فوق مي پردازيم.
1-3-1- سيستم حفاظت كاتدي به روش آندهاي فدا شونده
اين نوع آندها در سيستمهاي حفاظت كاتديک مربوط به خطوط لوله بصورت انفرادي و يا گروهي به خط لوله تحت حفاظت كاتدي نصب ميگردند. محدوديتهايي در استفاده از اين نوع آندها وجود دارد كه مربوط به اختلاف پتانسيل فصل مشترك سازه ـ آند و ميزان مقاومت الكتريكي خاك (ρ) ميباشد. از اين روش جهت حفاظت كاتدي سازه هاي كه به جريان كمي نياز داشته و يا در خاكي با مقاومت الكتريكي پائين مستقر ميباشد، استفاده ميگردد. ميتوان از اين نوع آندها به صورت نواري شكل كه در تمام طول مسير خط لوله نصب ميشوند نيز جهت جلوگيري از خوردگي استفاده كرد. طبق استانداردهاي IPS-E-TP-820, IPS-D-TP-711. از آندهاي فداشونده در موارد زير ميتوان استفاده نمود:
الف - خطوط لوله با پوشش خوب كه نياز به جريان حفاظتي خيلي كمي دارند.
ب - رفع مشكلات مربوط به تداخل و جريان هاي سرگردان
ج -خطوط لوله كوتاه با پوشش خوب
د - در نقاط مشخصي بر روي خطوط لوله (نقاط بحراني) كه ممكن است تنها چند فوت از خط لوله نياز به حفاظت داشته باشد.
هـ - فراهم نمودن حفاظت موقتي قسمتي از خط لوله مدفون كه در شرايط خوردگي موضعي قرار دارد. مانند منطقه عبور خط لوله از عرض رودخانه .
و - جهت حفاظت كف مخازن رو زميني كه داراي سطح وسيعي نباشند.
- آندهاي مورد مصرف روش آند فداشونده:
انواع آندهاي مورد مصرف در روش فدا شونده عبارتند از:
1) آندهاي روي
2) آندهاي منيزيم
3) آندهاي آلومينيوم
با توجه به الكتروليت موجود در يك منطقه نوع آند مصرفي براي محيط متفاوت است و اين تفاوت ناشي از شرايط ويژه الكتروليت از جمله مقاومت ويژه، PH، رطوبت و همچنين خواص و قابليتهاي هر يك از آندهاي ياد شده ميباشد. به عنوان نمونه آندهاي فداشونده با توجه به الكتروليت و مقدار مقاومت آن به صورت زير دسته بندي ميشوند:
الف) آندهاي مصرفي در آب:
مقاومت الكتريكي آب(Ohm-Cm) | نوع آند مصرفي |
كمتر از 150 | آلومینیوم |
كمتر از ۵۰۰ | روی |
بیشتر از ۵۰۰ | منیزیم |
ب) آندهاي مصرفي در خاك:
مقاومت الكتريكي آب(Ohm-Cm) | نوع آند مصرفي |
كمتر از 150۰ | روی |
كمتر از ۵۰۰۰ | منيزيم (استاندارد) |
کمتر از ۶۰۰۰ | منيزيم (پتانسيل بالا) |
۱-3-2- سيستم حفاظت كاتدي به روش اعمال جريان
معيار احداث بسترهاي آندي عمودي و افقي بايستي بر اساس استاندارد IPS-C-TP-820 بوده و انتخاب محل بسترهاي مذكور بايستي پس از بررسي نتايج مربوط به بازرسي و كنترل محيطي صورت پذيرد. حداقل فاصله بستر آندي از خط لوله مدفون يا سازه هاي مجاور بستگي به مقدار جريان مورد نياز سيستم داشته و با افزايش مقدار جريان اين فاصله نيز افزايش خواهد يافت.
معيار اين فاصله عبارتست از : 50 متر براي 30 آمپر، 100متر براي 50 آمپر، 200 متر براي 100 آمپر و 300 متر براي 150 آمپر ميباشد. ابعاد كابلهاي مورد مصرف در اين سيستمها بايد به گونه اي انتخاب شوند كه در زمانيكه حداكثر جريان طراحي از مدار عبور مي كند، ميزان افت ولتاژ كمتر از 5 درصد باشد. اطلاعات مربوط به كابلها و سيمهاي مورد مصرف در اين نوع سيستمها در استاندارد IPS-M-TP-750 و DIN VDE 027 موجود ميباشد. تمامي كابلهاي مربوط به خروجي از قطب مثبت ركتيفاير به بسترهاي آندي بايد پيوسته بوده و حداكثر 150 متر طول داشته باشند.
سيستم حفاظت كاتدي به روش اعمال جريان بهتر است در خارج از محلي كه خطر انفجار و آتش سوزي دارد طراحي و نصب گردد، مگر در حالات استثنا كه بايستي بر اساس استانداردهاي DIN-VDE-0165 و ياEN 50014 , AFK-Empfehlung No.5 صورت پذيرد. به عبارت ديگر استفاده از ترانسفورمر ـ ركتيفاير، جعبه هاي اتصال ((BOND BOX ، جعبه هاي اندازه گيري اختلاف پتانسيل(TEST POINT OR TEST BOX) بايستي از نوع ضد انفجار طراحي و مورد استفاده قرارگيرد.
- آندهاي مورد مصرف در روش اعمال جريان:
آند چدن پر سيليس (سيليكون)
آند آلياژ دور يكلر
آند چدن پر سيليس كروم دار
آند پلاتينيوم
آند چدن پرسيليس موليبدن دار
آند گرافيتي
عمده ترين آندي كه در روش اعمال جريان مورد استفاده دارد آند چدن پرسيليس ميباشد، اين نوع آندها در پشت بندهاي كربني كارآيي آندهاي گرافيتي را داشته و در خاكهايي با مقاومت ويژه كم نسبت به آندهاي گرافيتي ارجحيت دارند. همچنين امكان استفاده از اين آندها در دانسيته جريان هاي بالا وجود دارد. عناصر تشكيل دهنده اين نوع آلياژ عبارتند از : 0.95%C, 14.4% Si , 0.7%Mn و مابقي Fe .
كارآيي يك آند با نحوه نصب آن داراي رابطه مستقيم مي باشد، به قسمي كه يك عايق بندي ضعيف در محل اتصال به واسطه خوردگي حفره اي به مقدار قابل توجهي از كار آيي آند مي كاهد. عمر مفيد آندهاي مذكور معمولاً تا زماني در نظر گرفته ميشوند كه قطر آنها در حدود 33% كاهش يابد كه البته اين مقدار بستگي به قطر اوليه و ميزان خوردگي حفره اي و همچنين تنشهاي مكانيكي دارد. بنابراين دو برابر كردن سطح مقطع آند عمر مفيد را بيش از دو برابر افزايش خواهد داد.اين نوع آلياژ داراي مقاومت بسيار بالايي در بسياري از محيطهاي خورنده ميباشد. استثنا قابل توجه در اين مورد اسيد فلوريدريك است، در حقيقت اين چدنها مقاومترين فلزات و آلياژهاي تجارتي (غير گرانبها) ميباشند.
مشخصات برخي از آندهاي مورد مصرف در سيستمهاي حفاظت كاتدي به روش اعمال جريان در جدول 1-1 آورده شده است.
1-4- انواع بسترهاي آندي
با توجه به شكل فيزيكي و نوع پشت بند مصرفي، بستر هاي آندي به دو دسته عمده بسترهاي آندي سطحي و بسترهاي آندي عميق تقسيم ميشوند:
1-4-1- بستـرهاي آندي سطحـي
الف ـ بستـر آندي افقـي
در اين نوع بسترها، آندهاي مورد مصرف به شكل افقي و در كانالي به عرض 60 سانتي متر و به عمق 2 الي 3 متر و به فاصله مركز به مركز 3 الي 8 متر از يكديگر قرار ميگيرند.
پشت بند اين نوع بسترها كك ميباشد كه بايستي به ضخامت 15 سانتي متر زير و روي آندها را بپوشاند به عبارت ديگر استوانه اي به قطر 30 سانتي متر (يك فوت) و به طول بستر آندي از كك كوبيده شده داشته باشيم كه آندها در مركز آن قرار گرفته اند. در اين نوع بسترها جهت انتقال گازهاي حاصل از واكنشهاي شيميايي به سطح زمين از لوله هاي ونت به قطر 4 الي 8 اينچ و از جنس آزبست استفاده ميشود.
اين نوع بستر بدليل صرفه اقتصادي در حفاري و آماده سازي بستر و استقرار آندها بيشتر از بسترهاي ديگر مورد استفاده قرار ميگيرند. ولي بدليل آنكه در اين بسترها با تعداد آند زياد به حفاري در طول زيادتري نيازمي باشد و لذا در اماكن و مناطقي كه از بابت تملك زمين و تجمع سازه ها و تاسيسات ديگر محدوديت دارد استفاده از چنين بسترهايي محدوديت خواهد داشت.
ب - بستـر آندي عمـودي
در اين نوع بسترها كه بيشتر در شبكه هاي توزيع گاز طبيعي، نفت، آب، مخازن ذخيره سازي و … استفاده ميشود.آندها به صورت عمودي و در كانالهايي به قطر 30 الي 50 سانتي متر و به عمق حدود 3 متر و به فاصله مركز به مركز 3 الي 10 متر از يكديگر قرار مي گيرند كه پشت بند ككي آندها بايستي به قطر حداقل 30 سانتي متر دور تا دور آندها را پركند . در اين نوع بسترها نيز از لوله هاي ونت جهت تسهيل درخروج گازهاي حاصل از واكنشهاي شيميايي استفاده به عمل مي آيد .
1-4-2- بستـرهاي آندي عميـق
الف - بستر آندي چاهي خشك
در اين نوع بسترها آندها به صورت عمودي و در يك راستا در كانالي به قطر 30 الي 50 سانتي متر و به عمقي كه بستگي به تعداد آندها دارد قرار ميگرند . در اين نوع بستر پشت بندآندها كك مي باشد و لوله ونت مصرفي از جنس فولاد گالوانيزه مي باشد. عمق اين نوع بستر بستگي به تعداد آندهاي مصرفي دارد ، به عبارت ديگر با توجه به اينكه فاصله مركز به مركز آندها عموما” 3 متر مي باشد و اولين آند تا سطح زمين بايستي حداقل 5/1 متر و آخرين آند تا انتهاي بستر حداقل 5/0 متر فاصله داشته باشد ، لذا مي توان در محاسبات عمق بستر را بدست آورد . ولي لازم به ذكر است كه بنا به نظر طراح فاصله ها و عمق مذكور قابل تغيير مي باشد.
ب - بستر آندي چاهيِ تر
اين نوع بستر مشابهت زيادي با بستر آندي چاهي خشك دارد با اين تفاوت كه در اين نوع بستر پشت بند مصرفي براي آندها آب مي باشد، به عبارت ديگر عمق اين نوع بسترها بستگي به عمق سفره هاي آب زيرزميني دارد، يعني بايستي حفاري تا عمقي انجام پذيرد كه آب كل عمق بستر را در برگرفته و حدلقل 12 متر از سطح آند اول بالاتر قرارگيرد .
در اين نوع بستر آندها به وسيله طناب مخصوص و با استفاده از قرقره در مركز چاه قرار مي گيرند و فاصله مركز به مركز آنها كه بايستي حدود 3 متر باشد به وسيله طناب ها تنظيم ميگردد.
كابل آندها مانند بستر چاهي خشك بوسيله دو راهي اتصال كابل به كابل بستر متصل شده و از هر آند يك كابل به باند باكس مثبت كه معمولا” يك باند باكس هشت ترميناله مي باشد اتصال پيدا مي كند. در اين نوع بستر جهت جلوگيري از ريزش كانال معمولا” از يك لوله فولادي به قطر 12 اينج ( قطر بستر ) و به طول بستر استفاده ميگردد. از اين نوع بسترها بدليل هزينه بالاي حفاري و نصب آندها در مواقع خاصي استفاده مي گردد.
۱-5- نحوه حصول اطمينان از عملكرد يك سيستم حفاظت كاتدي
اندازه گيري اين اختلاف پتانسيل بايستي در فواصل مكاني و زماني مشخص كه توسط طراح سيستم تعيين ميگردد انجام پذيرد. در فواصل مكاني مشخصي كه حداقل هر 500 متر و حداكثر هر 1000 متر ميباشد با نصب يك ايستگاه اندازه گيري پتانسيل سهل تر خواهد گرديد. اين ايستگاه كه تست پوينت (TEST POINT) ناميده ميشود شامل جعبه اي است كه كابل متصل شده به لوله (و يا هر سازه فلزي تحت پوشش سيستم حفاظت كاتدي) به روش جوش احتراقي (CADWELD) در آن مستقر گرديده است. تا اندازه گيري مذكور توسط يك ولتمتر و نيم پيل مرجع مس ـ سولفات مس انجام پذيرد. استفاده از نيم پيل مرجع دائمي در كف مخازن روزميني با قطر زياد از جمله مواردي است كه طراح جهت سهولت و امكان انجام اين اندازه گيري بايستي به آن توجه داشته باشد.
معيار اختلاف پتانسيل ياد شده بستگي به شرايط محيطي متفاوت خواهد بوده به عنوان نمونه در صورتيكه وجود خوردگي ميكروبيولوژي در خاك منطقه به اثبات رسد اين معيار يعني mV 850 – حداقل mV 100– شيفت پيدا كرده و به mV 950 – ميرسد به عبارت ديگر در مناطقي كه خوردگي ميكروبيولوژي در خاك منطقه وجود داشته باشد اين معيار حداقل mV 950 – خواهد بود. همانطور كه اين معيار داراي حداقل ميباشد بديهي است كه داراي رنجي به عنوان حداكثر مقدار مجاز نيز باشد. حداكثر مقدار اين معيار بستگي به نوع پوشش لوله دارد. بدين ترتيب كه اگر پوشش لوله از نوع سرد باشد اين مقدار نبايستي از mV 1600 – تجاوز نمايد و در صورتيكه پوشش لوله از نوع گرم باشد حداكثر مقدار مجاز اين معيار mV 2200 – خواهد بود. در صورتيكه حداكثر معيار فوق رعايت نشود پوشش لوله آسيب ديده و عواقب بعدي را به دنبال خواهد داشت.
1-6- واكنش هاي آنديك
سه واكنش اوليه كه در سطح آند رخ ميدهند عبارتند از :
- اكسيد اسيون فلز
- متصاعد شدن اكسيژن
- متصاعد شدن كلر
در آندهاي فدا شونده واكنش آندي اوليه بطور نرمال اكسيداسيون فلز است يعني:
M à Mn+ + n e_
با توجه به اينكه در خاك هاي خنثي يون فلز ناپايدار است و با آب براي تشكيل يك هيدروكسيد يا اكسيد هيدراته و يون هاي هيدروژن واكنش انجام مي دهد بنابراين داريم كه:
M + H2O à M OH_ + H+
اين واكنش ها تا زماني كه مصرف آندها ادامه دارد باعث بوجود آمدن جريان ميگردند. براي آندهاي مورد مصرف در روش اعمال جريان در مناطقي كه خاك و آب داراي ميزان خيلي كمي از كلريد هستند واكنش اوليه آندي متصاعد شدن اكسيژن است يعني در اين آندها واكنش زير رخ مي دهد:
2H2O à O2 + 4H+ + 4e-
وقتي كه يون هاي سولفات در الكتروليت حضور داشته باشند واكنشهايي مشابه واكنشهاي زير اتفاق مي افتد:
2SO4- + 2H2O à 2H2SO4 - + O2 + 4e-
2H2SO4- à SO4 + O2 + 2H+
2Cl_ à Cl2 + 2e_
اكسيژن مجدداً آزاد شده و هيدروژن بصورت يون تشكيل ميگردد. متصاعد شدن كلر واكنشي است كه روي سطح آندهاي روش اعمال جريان در حضور يون هاي كلريد اتفاق مي افتد، سپس گاز كلر با آب براي تشكيل اسيد هيپوكلرو و هيدروكلريك واكنش خواهد داد. اسيد هيپوكلرو تجزيه شده و يون هاي هيدروژن نيز متناسب با مقدار اسيد تشكيل مي شوند. بنابراين متصاعد شدن كلر PH در سطح آند را كمتر از متصاعد شدن اكسيژن كاهش مي دهد. در جائيكه ذغال كك بعنوان مواد پر كننده براي آندهاي روش اعمال جريان استفاده مي شود واكنش هاي آنديك در سطح ذرات كك بصورت زير اتفاق مي افتند:
C + H2O + 2e_ à CO + 2H+
C + 2H2O + 4e_ à CO2 + 4H+
تمام واكنش هاي اصلي آندي باعث كاهش PH محلول در محدوده آند ميشوند. پتاسيل استاندارد0.400+ redox ولت براي يونهاي هيدروكسيل و 0.136 + ولت براي يونهاي كلر است . ازيك ديدگاه ترموديناميكي اگر يك آند درالكتروليتي حاوي هر دو يون پلاريزه شده باشد ابتدا اكسيژن متصاعد شده و بعد از آن كلر متصاعد مي شود. در عمل اين مسئله لزوماً واقعيت ندارد. بعنوان مثال در آندهاي گرافيتي افزايش ولتاژ براي متصاعد شدن اكسيژن خيلي بيشتر اززماني است كه براي متصاعد شدن كلر داريم. در يك آند گرافيتي هرگاه از طريق آند واكنش پلاريزه شدن انجام شود قبل از هر چيز گاز كلر متصاعد ميگردد.
7- اطلاعات مورد نياز جهت طراحي
- اطلاعات مربوط سايت (منطقه)
- اطلاعات مربوط به سازه
وجود هريك از اطلاعات فوق بي شك براي مهندس طراح لازم و ضروري به نظر ميرسد، لذا لازمست تا با چگونگي بدست آوردن هريك بطور خلاصه آشنا شويم:
1-7-اطلاعات مربوط سايت (منطقه)
آزمايش مقاومت الكتريكي خاك (Soil Resistivity Test )
1- كوبيدن 4 الكترود در يك امتداد و فواصل مساوي 1، 2 و 3 متري از يكديگر
2- امتداد الكترودها طبق دستورالعمل هاي اجرائي مندرج در كتابCONTORL OF PIPLINE CORROSION نوشته PA.W.PEABODYعمود برمسير لوله بوده و نزديكترين الكترود، حداكثر 5 متر دورتر از خط لوله كوبيده مي شود .
3- جهت برقراري اتصال كافي بين الكترودها و خاك حداكثر تا 2 سانتيمتر آنها را درون خاك كوبيده و در نقاط اتصال آب ريخته شود.
4- با توجه به اينكه دستگاه مقدار R را بر حسب W اندازه گيري ميكند جهت محاسبه مقاومت مخصوص خاك ( R بر حسب اهم ـ سانتيمتر) بايد محاسبات لازم انجام شود كه در بخش محاسبات تشريح خواهد شد.
5- در اين روش جريان از طريق الكترودهاي خارجي به زميـن تزريق مي شود و افت ولتاژ بين دو الكتـرود مياني اندازه گيري شده و حاصل تقسيم اين افت ولتاژ بر جريان تزريق شده بطور مستقيم برحسب اهم در روي دستگاه نشان داده خواهد شد.
6- جريان تزريق شده به الكترودهاي بيروني كه توسط دستگاه ارت سنج وارد مي شود بايد متناوب باشد. ( نام ديگر اين دستگاه ويبروگراند است و وجه تسميه آن تزريق ولتاژ متناوب به زمين است ). تا اثر پلاريزاسيون لوله و خاك و نيز پتانسيل گالوانيك الكترودهاي فولادي كوبيده شده تأثيري روي اندازه گيري مقاومت نداشته باشد.
7- پس از كوبيدن الكترودها و اتصال سيمها مطابق با راهنماي دستگاه، محدوده هاي دستگاه را تغيير داده و هر لحظه شاسي روي دستگاه را فشارمي دهيم. اگر عقربه صفحه مدرج روي صفر نباشد و از صفر فاصله داشته باشد دوباره محدوده ها را تغيير مي دهيم و اين كار را آنقدر ادامه مي دهيم تا با فشار دادن شستي، عقربه دقيقاً روي صفر صفحه مدرج قرار گيرد كه در آن صورت عدد خوانده شده، ثبت مي شود و اين همان مقدار R براي آن فاصله الكترودها مي باشد و كار را براي فواصل ديگر ( 2 و 3 متري ) ادامه مي دهيم.
8- فركانس جريان متناوب تزريقي كه دستگاه ويبروگراند به زمين مي فرستد مقدار زيادي است ( حدود 108 هرتز ) به طوريكه فركانس هاي اطراف 50 تا 60 هرتز منابع خارجي و سرگردان داخل خاك و يا القا شده از خطوط برق فشار قوي هوائي يا كابلي روي اندازه گيري مقاومت تاثيري نگذارند ( اين فركانس ها در ايران 50 هرتز يا هارمونيك هاي 50 هرتز مي باشند).
9- برق سرگردان DC در زمين هم بعلت وجود خازن در دستگاه ويبروگراند اثر سوء روي اندازه گيري مقاومت نخواهد داشت.
10- پس از استقرار دستگاه و ايجاد اتصالات مربوطه توسط سيمها و الكترودها و قرائت عدد R از دستگاه بايستي مقدار عددي ρ (مقاومت الكتريكي خاك) با استفاده از رابطه مخصوص كه در زير به آن اشاره شده است، محاسبه گردد:
Ρ = 2.p.R.a
که پارامتر های آن بشرح ذیل است:
Ρ = مقاومت مخصوص خاك بر حسب اهم-سانتيمتر و يا اهم-متر
2p = عدد ثابت
R = عدد قرائت شده از دستگاه بر حسب اهم
a = فاصله پين هاي اندازه گيري از يكديگر بر حسب سانتيمتر و يا متر
استاندارد (BS-7261-1991) انجام اين آزمايش را جهت روشن شدن دو موضوع اصلي زير ضروري دانسته است :
الف) وضعيت خورنده بودن خاك كه با توجه به معيارمندرج در جدول زیر مشخص مي شود:
وضعيت خورندگي الكتروليت
مقاومت الكتروليت(Ohm-Cm) | ميزان خورندگيالكتروليت |
حداكثر 1000 | خورندگي شديد |
1000 – 5000 | خورنده |
5000 – 10000 | خورندگي متوسط |
حداقل 10000 | خورندگيضعيف |
ب) جهت انتخاب و تصميم گيري در مورد نوع سيستم حفاظت كاتدي قابل نصب ( روش آند فداشونده و يا روش اعمال جريان توسط يك منبع تغذيه )
تعداد و موقعيت هاي نقاطي كه مقاومت خاك آنها بايد اندازه گيري شود، به شرايط محيطي و نوع جنس خاك بستگي دارد. ولي ملاحظات اقتصادي و عملي تعداد آزمايشات را به مقدار مورد نياز محدود ميكند. استاندارد فوق الذكر فواصل بين 1 تا 3 كيلومتر را توصيه ميكند. ضمن اينكه استاندارد فوق به لزوم آزمايشهاي اضافي جهت مناطق خاص خورنده و نيز مناطقي كه برق وجود دارد و احتمال نصب ايستگاه هاي حفاظت كاتدي وجود دارد تأكيد نموده است. روش اين آزمايش در استاندارد فوق روش معروف 4 الكترود ونر WENNER توصيه شده است.
2-7-اطلاعات مربوط به سازه
- سايز و متراژ لوله هاي مدفون
- محل تغيير وضعيت لوله ها از مدفون به روكار
- محل و چگونگي استقرار شير آلات و فلنجها
- سايز و مشخصات شيرآلات
- فشار كاركرد و كلاس شيرآلات و ديگر فيتينگها
- نحوه استقرار كليه خطوط لوله مانند لوله هاي گاز، آتش نشاني، آب خنك كن، سوختهاي مايع و تعيين محل تقاطع هريك
- ساير اطلاعات ديگري كه ميتواند طراح پس از بررسي اوليه درخواست نمايد.
نرم افزار طراحي سيستم حفاظت كاتدي لوله هاي گاز مدفون در خاك
طراحي سيستم حفاظت كاتدي لوله هاي گاز مدفون در خاك، مستلزم استفاده از روابط متعدد، جداول، استانداردها و تجربه مي باشد كه عموما زمان بر بوده و دقت فراواني را مي طلبـد . بـه دليـل حجـم بـالاي محاسبات و لزوم دقت بالا در طراحي، استفاده از كامپيوتر و روشهاي شبيه سـازي عـددي، در سـالهاي اخير مورد توجه قرار گرفته است .
نرم افزار معرفي شده در اين مقاله پس از دريافت اطلاعات ورودي، مي تواند طراحي را به طور دقيق و بـا سرعت به انجام رساند . طراحي شامل : جمع آوري اطلاعات مربوط به سازه ( جنس سازه، نوع پوشش، شكل فيزيكي و ابعاد و سطح سازه و ….) و اطلاعات مربوط به خاك ( مقاومت مخصوص، حضور بـاكتري، دما و ….) مي باشد و در ادامه با توجه به روابط رياضي، جداول، اسـتانداردها و موقعيـت مكـاني سـازه، نرم افزار فوق، پارامترهاي طراحـ ي شـامل : سـطح سـازه، جريـان حفـاظتي لازم، انتخـاب پوشـش، نـوع سيستم حفاظتي، ابعاد و جنس آند، تعداد و نحوه آرايش بستر آندي، مقاومـت مـدار ( شـامل : مقاومـت سازه، كابل، پوشش و بستر آندي ) ، انتخاب ركتيفاير و ديگر موارد لازم را محاسبه مي نمايد . كاربر اين امكان را دارد كه طراحي را با هر سه نوع بستر آندي ( عمودي، افقي و چاهي ) انجام دهد . در مواردي نظير انتخاب رآتيفاير، سعي گرديـده از سيـستم هوشـمند در طراحـي اسـتفاده گـردد . برنامـه، داراي بانكهاي اطلاعاتي متنوعي مي باشد آه همگي قابليت افزودن اطلاعات جديد را دارند .
كاربر در هر لحظه مي تواند نتايج طراحي خود را ملاحظه نموده و پرينـت نمايـد . همچنـين امكـان ذخيـره اطلاعات و طراحي انجام شده، در هر مرحله اي وجود دارد . پس از اتمام طراحي، امكان محاسبه هزينـه و برآورد اقتصادي آن نيز پيش بيني شده است . نرم افزار فوق بـه زبـان برنامـه نويـسي (Inprise Borland Delphi 5.0) و تحـت Windows نوشـته شـده است و به صورت Auto Run مي باشد .
دستگاههای حفاظت کاتدیک به روش سوئیچینگ
این دستگاهها با کنترل ولتاژ مناسب روی خطوط لوله باعث جلوگیری از پوسیدگی وخوردگی لوله ها می شوند و جایگزین مناسبی برای سیستمهای قدیمی حفاظت کاتدیک در خطوط لوله نفت و گاز وغیره می باشند ودارای قابلیتهای منحصر به فردی از قبیل کنترل دقیق پارامترهای ولتاژ یا جریان یا ولتاژ زمین با بهره گیری از فیدبک آن پارامتر ، راندمان بسیار بالا، ضریب قدرت بسیار بالا در حد یک،حجم و وزن کم، خنک سازی طبیعی و بدون فن وروغن ، بدنه ضد انفجار و قابلیت برنامه ریزی سریع و آسان و... می باشند.
این دستگاه مورد تست وتایید دانشگاه صنعتی شریف قرارگرفته و همچنین در سازمان ثبت اختراعات و مالکیتهای صنعتی ثبت اختراع شده است.
2- طراحی و ساخت PFC ( POWER FACTOR CORRECTION ):
این دستگاه جهت اصلاح ضریب قدرت ، کاهش تلفات راکتیو، حذف هارمونیکهای مزاحم در شبکه قدرت مورد استفاده قرار می گیرد و مطابق قوانین جدید بین المللی کلیه سیستمهایی که توان راکتیو وهارمونیک به شبکه اعمال می کنند باید مجهز به سیستمهایPFC باشند.
دستگاهها یPFC ساخت این شرکت به روش سوئیچینگ کار می کنند ودر سازمان ثبت اختراعات و مالکیتهای صنعتی ثبت اختراع شده اند
طراحی وساخت ایزولاتورهای القایی بسیار سریع :
ایزولاتورها دستگاههایی هستند که سیگنالهای کنترلی و غیره را در محیطهای صنعتی به نقاط دیگر منتقل کرده و کارایی اصلی آنها حفاظت سیستمهای الکترونیکی و رایانه ای از ولتاژهای نا خواسته محیطهای صنعتی می باشند وسرعت انتقال سیگنال یکی از پارامترهای اساسی در کیفیت آنها می باشند.
ایزولاتورهای ساخت این شرکت دارای سرعت خوب ورفتار خطی مناسب و ایزولاسیون در حد 2000 ولت را انجام می دهند.
ایزولاتورهای ساخت این شرکت به روش سوئیچینگ کار می کنند ودر سازمان ثبت اختراعات و مالکیتهای صنعتی ثبت اختراع شده اند.(مدرک مربوطه به پیوست می باشد.)
3- طراحی وساخت شارژرهای صنعتی :
4- این شارژرها به روش سوئیچینگ ودر ولتاژهای 24 و 48 ولت 30 آمپر و80 ولت 100 آمپر طراحی و ساخته شده اند و از مزایای آن می توان به کوچکی ابعاد وحمل ونقل آسان ، راندمان بسیار بالا و طول عمر طولانی اشاره نمود.
5- طراحی و ساخت منابع تغذیه DCبهDC وACبهAC :
این منابع تغذیه نیز به روش سوئیچینگ طراحی و ساخته شده اند که نمونه بارز آن مبدل 24 به 12 ولت 25 و 40 آمپر است که در ایستگاههای مختلف آتش نشانی و خدمات ایمنی شهرداری مشهد نصب و در حال سرویس می باشند.
6- طراحی وساخت درایور موتورهای DC در توانهای مختلف
7- طراحی و ساخت درایور کویل(سیستم جرقه زنی خودرو)
8- طراحی وساخت دستگاه ترک یاب:
این دستگاه به منظور تست سلامت بدنه لوله ها ومخازن و بدنه هواپیما و... مورد استفاده قرارمی گیرد و قابلیت تشخیص ترکهای بسیار کوچک را تاعمق2 سانتی متر دارا می باشد.
9- طراحی و ساختData logger سه فاز:
این دستگاه بمنظور ثبت وپردازش وقایع واتفاقاتی که درسیستم قدرت رخ می دهد مورد استفاده قرار میگیرد.
10- طراحی و ساخت محافظ ECU خودرو:
دستگاه مورد نظر به منظور حفاظت ECU در مقابل ولتاژهای ناخواسته ایجاد شده درصورت شل بودن بست باتری ویا زنگ زدگی آن و اتصال معکوس باتری طراحی و ساخته شده است و مورد تایید NGV ایتالیا می باشد.
11- طراحی و ساخت آزمایشیECU خورو:
کنترل سیستم سوخت رسانی و سیستم جرقه خودروهای امروزی توسط ECU انجام می شود
12- طراحی و ساخت پدال کمکی خودروهایAXOR:
با توجه به اینکه پدال کامیونهای جدید به کار رفته در آتش نشانی از جمله خودرویAXOR الکترونیکی می باشد وهمچنین در کامیونهای تجهیز شده آتش نشانی نیاز به کنترل دور موتور توسط اپراتور در هنگام بهره برداری از پمپهای آب می باشد لذا این شرکت اقدام به طراحی و ساخت پدال کمکی پتانسیومتری جهت قسمت انتهایی خودرو در موقعیت پمپها نمود به نحوی که بطور همزمان با پدال اصلی قابل کاربری است، این پدالها هم اکنون در کامیونهای AXORآتش نشانی مشهد نصب ودر سرویس می باشد. ودر سازمان ثبت اختراعات و مالکیتهای صنعتی ثبت اختراع شده است.
13- طراحی و ساخت سامانه الکترونیکی تراز سبد نردبان نجات :
این سامانه سبد نردبان نجات را با کنترل یک سامانه هیدرولیکی همیشه در حالت تراز نگه می داردبه نحوی که نردبان آتش نشانی در هر زاویه ای که باشد سبد آن تراز خواهد بود.
این سامانه هم اکنون در آتش نشانی مشهد روی نردبان 32 متری نصب و در سرویس می باشد ودر سازمان ثبت اختراعات و مالکیتهای صنعتی ثبت اختراع شده است.
14- طراحی و ساخت سامانه نوری موقعیت پارچه با خروجی آنالوگ(Optical position transmitter):
این سامانه موقعیت پارچه را در پروسه های مختلف نساجی تشخیص داده و خروجی به صورت آنالوگ را جهت انواع کنترلرها تهیه میکند. هم اینک دو عدد از این سیستم در کارخانه رنگ کاویان مشهد نصب و در سرویس می باشد.
15- طراحی وساخت سامانه الکترونیکی شکافنده پارچه های گردباف:
این سامانه موقعیت شکاف پارچه های گردباف را تشخیص داده و در صورت تنظیم نبودن جهت برش تیغ مربوطه فرمان اصلاح موقعیت را صادر می کند .
طراحی و ساخت کلیه قسمتهای این سیستم توسط این شرکت انجام و در کارخانه رنگ کاویان نصب و در سرویس می باشد. ودر سازمان ثبت اختراعات و مالکیتهای صنعتی ثبت اختراع شده است.
16- طراحی و ساخت سامانه الکترونیکی تاب باز کن پارچه:
این سامانه تاب پارچه ها را پس از عملیات رنگرزی باز کرده و پارچه را به صورت پهن شده تحویل خط تولید می دهد.
17- طراحی و ساخت سامانه جایگزینی رایانه معمولی به جای پرینتر در سامانه DCS
در این سامانه اطلاعات به صورت دائم از دستگاهها دریافت و به جای پرینت گرفتن روی کاغذ به PC منتقل و در آنجا به صورت اتوماتیک ذخیره سازی وپردازش می شود. این سیستم به کاربر امکان دستیابی آسان به اطلاعات و وقایع رخداده شده در هر زمان را می دهد.
این سامانه هم اینک در پتروشیمی خراسان نصب و مورد بهره برداری قراردارد.
18- طراحی و ساخت درایور صندلی چرخدار برقی
19- طراحی و ساخت مدار نمایشگر شرایط موتور اتوبوسهای گاز سوز
20- طراحی و ساخت درایور 4 کیلو وات موتورهای DC مخصوص جت های چهارقلو در کارخانه های نساجی مشهد
21- طراحی و ساخت درایور 10کیلو وات موتورهای DC تحریک مجزا مخصوص لیفتراکهای برقی
22- طراحی و ساخت درایور15کیلو وات پمپهای هیدرولیک مخصوص لیفتراکهای برقی
23- طراحی و ساخت منابع تغذیه DC-DC جایگزین مبدلهای خارجی melcher در نساجی خسروی واقع در نیشابور
25- طراحی دستگاه PSV-Test برای عملکرد شیرهای PSV در کارخانه پتروشیمی خراسان .این دستگاه طی یک پروژه تحقیقاتی به طور مشترک با شرکت پتروشیمی خراسان در حال طراحی وساخت برای اولین بار در ایران می باشد.
26- طراحی و ساخت مبدل 1 کیلو وات 24 ولت DC به 220 ولت AC پروژه های در دست اجرا:
http://www.civilica.com
http://metallurg.mihanblog.com/
http://volcanicgroup.blogfa.com/
http://arafsh.ir/
http://daneshnameh.roshd.ir/
http://taftanco.com
1- پروژه مطالعاتی در خصوص طراحی و ساخت دستگاههای اصلاح ضریب قدرت در سیستمهای سه فاز به روش Self Commutated Compensator
2- پروژه مطالعاتی در خصوص طراحی وساخت مبدلهای حفاظت کاتدیک سه فازتا سقف 10 کیلو وات
3- پروژه مطالعاتی در خصوص طراحی و ساخت جایگزین دستگاه ماهلو در صنعت نساجی کشور
4- پروژه طراحی و ساخت اینورترهای سه فاز و تکفاز مناسب صنایع خاص
/خ
مقالات مرتبط
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}