از هرکسی که به مدت یک دهه دیوار شمع فولادی را در یک رودخانه جزر و مدی تماشا کرده است بپرسید، همان داستان را خواهید شنید. این ساختار برای سال‌ها خوب به نظر می‌رسد، و سپس از دست دادن بخش درست زیر آب کم، دقیقاً جایی که هیچ‌کس نمی‌تواند آن را ببیند، ظاهر می‌شود. حفاظت کاتدی و آندهای قربانی برای قطع این داستان وجود دارد. آنها فناوری جدیدی نیستند و با حذف اصطلاحات پیچیده نیستند، اما به راحتی می توان آنها را بد مشخص کرد. این راهنما به نحوه عملکرد این دو روش، نحوه اندازه‌گیری یک سیستم آند در عمل، و زمانی که خود دیوار به جای فولاد از پلیمر ساخته شود، کل مکالمه تغییر می‌کند، توضیح می‌دهد.

آنچه که حفاظت کاتدی در واقع انجام می دهد

فولاد خورده می شود زیرا با محیط اطراف خود یک سلول الکتروشیمیایی تشکیل می دهد. یک قسمت از سطح مانند آند عمل می کند و یون های آهن را به آب یا خاک می دهد و الکترون آزاد می کند. بخشی دیگر مانند یک کاتد عمل می کند، جایی که آن الکترون ها مصرف می شوند. الکترولیت (آب دریا، آب شور، خاک مرطوب) جریان یونی را حمل می کند و خود فولاد حامل جریان الکترونیکی است. هر یک از این سه عنصر را بردارید و خوردگی را متوقف کنید.

حفاظت کاتدی مشکل را از جنبه الکتریکی برطرف می کند. به جای اینکه اجازه دهید فولاد الکترون های خود را در مکان های آندی تامین کند، شما الکترون ها را از یک منبع خارجی تغذیه می کنید. نواحی فعال به حالت کاتدی و غیرفعال رانده می شوند. در واقع شما واکنش خوردگی را آنقدر متوقف نمی کنید که آن را در جای دیگری قرار می دهید.

تنها دو راه برای تامین این الکترون ها وجود دارد. یا فولاد را به فلز واکنش پذیرتری متصل می کنید که در جای خود خورده می شود (یک آند فداکاری یا گالوانیکی)، یا جریان را از منبع تغذیه از طریق آندهای بی اثر به ساختار وارد می کنید (حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر که معمولاً به ICCP کوتاه می شود).

چگونه یک آند قربانی کار می کند

آند قربانی صرفاً یک توده فلزی است که نسبت به فولادی که از آن محافظت می کند نجیب کمتری دارد. این دو را به صورت الکتریکی وصل کنید، هر دو را در یک الکترولیت قرار دهید و آند به سطح خوردگی تبدیل می شود. شمع های فولادی در یک اسکله اغلب با دستبندهای روی یا آلیاژ آلومینیوم که به شبکه پیچ شده اند یا براکت های جوش داده شده روی خط گلگیر نصب می شوند. آند به آرامی حل می شود. شمع دست نخورده باقی می ماند

از آنجایی که ولتاژ محرک از اختلاف پتانسیل بین دو فلز حاصل می شود، هیچ نیروی خارجی مورد نیاز نیست. این استحکام بزرگ سیستم های گالوانیکی و همچنین سقف آنهاست. ولتاژ کوچک است، بنابراین جریانی که به یک سطح دور یا پوشش خوب می رسد محدود است و آند دارای جرم محدودی است که در طول عمر طراحی مصرف می شود. هنگامی که آندها از بین می روند، حفاظت از بین می رود، به همین دلیل است که دسترسی جایگزین به اندازه محاسبه اولیه اهمیت دارد.

تطبیق فلز آند با آب

انتخاب آند بیشتر در مورد الکترولیت است. مقاومت، شوری، دما و اکسیژن محلول همه انتخاب را تغییر می دهند و اشتباه گرفتن آن معمولاً به معنای هدر رفتن جرم یا بدتر از آن محافظت بیش از حد است که به پوششی که قرار بود کمک کند آسیب می رساند.

منیزیم عمداً از ردیف آب دریا خارج می شود. ولتاژ محرک بالاتر آن در خاک خشک و مقاوم مفید است، اما در آب نمک می تواند پتانسیل فولاد را به اندازه کافی منفی کند تا هیدروژن در سطح تولید کند و پوشش را تاول بزند. همچنین سریعتر از آنچه که ریاضیات نشان می دهد مصرف می شود. روی و آلیاژهای آلومینیوم دقیقاً به همین دلیل اسب های کار دنیای دریایی هستند.

آند قربانی یا جریان تحت تاثیر؟

برای یک دیوار شمع ورقه ای کوتاه با دسترسی مناسب برای غواصان یا یک قایق کوچک، شکست آندهای گالوانیکی سخت است. هیچ یکسو کننده ترانسفورماتور برای خانه وجود ندارد، هیچ کابلی برای محافظت وجود ندارد، هیچ منبع تغذیه ای برای خرابی وجود ندارد، و سیستم اساساً تا زمانی که آندها نیاز به تعویض داشته باشند، بدون نیاز به تعمیر و نگهداری است.

ICCP در ساختارهای بزرگتر برنده می شود. یک اسکله طولانی با صدها شمع، یا ساختاری که در آن آندها در سورتمه های دور در بستر دریا قرار می گیرند، به جریان بیشتری نسبت به یک سیستم گالوانیکی نیاز دارد. آندهای جریان تحت تاثیر، که معمولاً تیتانیوم یا گرافیت با اکسید فلزی مخلوط شده اند، می توانند با ولتاژ بسیار بالاتری هدایت شوند و خروجی را می توان با تخریب پوشش یا تغییر محیط تنظیم کرد. در عوض شما هزینه سرمایه بالاتر، نیاز دائمی برق، تجهیزات نظارتی و سیستمی را می پذیرید که یک اپراتور شایسته باید از آن مراقبت کند.

یک قانون معقول: اگر تقاضای فعلی کم است و ساختار فشرده است، گالوانیکی بمانید. اگر از هزاران متر مربع فولاد محافظت می‌کنید و به جای چندین تن آلومینیوم، یک صفحه کنترل می‌خواهید، به جریان تأثیرگذار نگاه کنید.

اندازه یک سیستم: جریان، مساحت و زمان

هر طراحی با تقاضای فعلی شروع می شود و تقاضای فعلی با منطقه مرطوب شروع می شود:

• مساحت سطح غوطه ور و مدفون فولادی که باید محافظت شود را محاسبه کنید.
• ضرب در چگالی جریان طراحی برای آن محیط، که معمولا بر حسب میلی آمپر بر متر مربع بیان می شود.
• در صورت رنگ آمیزی فولاد، ضریب شکست پوشش را اعمال کنید، زیرا پوششی که امروز 95 درصد سالم است پانزده سال دیگر وجود نخواهد داشت.

یک تصویر سریع ششصد متر مربع فولاد لخت در آب دریا با سرعت 25 میلی آمپر بر متر مربع تقریباً به 15 آمپر نیاز دارد. برای حفظ آن به مدت بیست سال به حدود 2.6 میلیون آمپر ساعت شارژ نیاز دارید که با 2000 Ah/kg در حدود 1.3 تن مواد آند آلیاژ آلومینیوم قبل از استفاده از فاکتور استفاده می شود. این عددی است که باعث تعجب افرادی است که تصور می‌کردند آندها لوازم جانبی کوچکی هستند.

دو بعد دو چیز متفاوت را کنترل می کنند. طول آند، و در نتیجه مساحت سطح، میزان جریانی را که آند می تواند در هر لحظه به بیرون فشار دهد را تعیین می کند. سطح مقطع آند و در نتیجه جرم، تعیین می کند که چقدر می تواند آن را انجام دهد. یک آند نازک طولانی جریان بالایی برای عمر کوتاه می دهد. یک چاق کوتاه برعکس می دهد. طرح‌های خوب هر دو را با فاصله زمانی تعویضی که مالک واقعاً می‌تواند با آن زندگی کند، متعادل می‌کند.

محدودیت هایی که ارزش دانستن را قبل از مشخص کردن دارند

حفاظت کاتدی فقط در جایی کار می کند که یک الکترولیت پیوسته و یک مسیر الکتریکی روشن وجود داشته باشد. این چند مرز عملی ایجاد می کند:

• منطقه اسپلش و همه چیز بالای آن قابل محافظت نیستند، زیرا آبی برای حمل جریان وجود ندارد. این نوار به ضخامت پوشش، میزان خوردگی یا مواد متفاوتی نیاز دارد.
• سطوح محافظ، مانند فولاد پنهان شده در پشت گلگیر محکم یا محبوس در شکاف، بدون توجه به تعداد آندهایی که در نزدیکی آن قرار می‌گیرید، جریان کمی دریافت می‌کنند یا اصلاً جریان ندارند.
• جریان‌های سرگردان از مجموعه‌های جوشکاری، سیستم‌های تراموا یا سایر تاسیسات CP می‌توانند به جای جلوگیری از خوردگی فولاد محافظت نشده، آن را تسریع کنند.
• محافظت بیش از حد یک حالت شکست واقعی است. جریان بیش از حد به پوشش‌ها آسیب می‌رساند، جرم آند را هدر می‌دهد و در فولادهای با استحکام بالا، نگرانی‌هایی را برای شکنندگی هیدروژن ایجاد می‌کند.

این برای شمع های ورق پلیمری به چه معناست

در اینجا بخشی از گفتگو است که اغلب نادیده گرفته می شود. حفاظت کاتدی از فولاد محافظت می کند. دیوار شمعی وینیل یا پی وی سی یک ماده دی الکتریک است: هیچ آهنی برای رها کردن یون ها، هیچ سلول الکتروشیمیایی که قطع شود، و هیچ آندی که بتواند کار مفیدی انجام دهد، حتی اگر یکی را به پانل بچسبانید وجود ندارد. هنگامی که یک پروژه از شمع های فولادی به پلیمری تغییر می کند، بسته حفاظت کاتدی معمولاً به طور کامل ناپدید می شود، همراه با یکسو کننده، بررسی سالانه و برنامه جایگزینی آند.

این باعث نمی شود که پلیمر پاسخ همه مشکلات باشد. باید برای بارهای مناسب، خاک مناسب و نوردهی مناسب انتخاب شود و دیوار همچنان به طراحی معقولی نیاز دارد. اما در جایی که محرک حفاظت حمله کلرید، آب شور یا افق نگهداری بسیار طولانی بود، اقتصاد شمع های ورق PVC مقاوم در برابر خوردگی اغلب با دیوار فولادی به علاوه بیست سال تعویض آند بسیار متفاوت به نظر می رسند.

یک نکته از کارگاه: بسیاری از دیوارهای به اصطلاح پلیمری هنوز حاوی فولاد هستند. میله های اتصال، صفحات لنگر، والرها و براکت های اتصال غالباً فولادی گالوانیزه یا روکش شده هستند و کاملاً در معرض همان الکتروشیمی که در بالا توضیح داده شد باقی می مانند. آن اجزا ممکن است هنوز هم مستحق آند یا تغییر ماده باشند، حتی زمانی که خود شمع ورق بی اثر باشد. ما اغلب این را می بینیم دیوارهای شمع ورق وینیل در کارهای دریایی ، که در آن پانل ها پلیمری هستند اما لنگر پشت دیوار پلیمری نیست.

نظارت و نگهداری در شرایط ساده

یک سیستم گالوانیکی را می توان با یک الکترود مرجع و یک ولت متر با امپدانس بالا بررسی کرد. برای فولاد در آب دریا، یک معیار پذیرش رایج، پتانسیل حدود -0.80 ولت در برابر مرجع نقره/کلرید نقره یا تغییر 100 میلی ولت از پتانسیل خوردگی آزاد اندازه‌گیری شده قبل از نصب است. هر معیاری که طرح اتخاذ می کند، خوانش های اولیه را ثبت کنید، زیرا آنها تنها خط پایه ای هستند که تا به حال وجود خواهند داشت.

نظرسنجی ها معمولا سالانه یا دو بار در سال است. خروجی های مفید عبارتند از پتانسیل حفاظتی در امتداد دیوار، مصرف آند در برابر نرخ پیش بینی شده، و هر نشانه ای مبنی بر اینکه پوشش سریعتر از حد تصور شکسته شده است. اگر آندها سریعتر از حد انتظار خورده شوند، تقاضای فعلی دست‌کم گرفته شده است و باید قبل از از بین رفتن حفاظت، مقاوم‌سازی انجام شود.

سوالاتی که از تیم های پروژه می شنویم

آیا می توانم آند را به دیوار موجود اضافه کنم؟

بله و رایج است. دستبند و آندهای ایستاده را می‌توان توسط غواصان نصب کرد و سیستم‌های آند از راه دور را می‌توان در بستر دریا در همان نزدیکی قرار داد. محدودیت معمولا دسترسی و شرایط فولاد موجود است نه تئوری.

اگر فولاد به خوبی روکش شده باشد آیا به حفاظت کاتدی نیاز دارم؟

یک پوشش خوب تقاضای فعلی را به طور چشمگیری کاهش می دهد، اما نیاز به محافظت در هر عیب، لبه و جوش را برطرف نمی کند. کدهای طراحی دقیقاً به همین دلیل ضریب شکست پوشش را فرض می کنند.

آیا دیوار پلیمری اصلاً به محافظت در برابر خوردگی نیاز دارد؟

پانل ها این کار را نمی کنند، اما همه اجزای فولادی در سیستم هنوز این کار را می کنند. لنگرها، اتصالات و هر چیزی که خیس می ماند را بررسی کنید.

ده سال ساخت دیوارهای شمع ورق به ما آموخته است که تصمیمات خوردگی معمولاً زود و با اطلاعات ناقص گرفته می شود و سپس برای چندین دهه زندگی می شود. اگر پروژه شما به سمت یک بسته حفاظتی کاتدی پیش می رود، آن را به درستی اندازه بگیرید و از روز اول برای جایگزینی آن بودجه اختصاص دهید. اگر به سمت دیواری بدون فولاد می رود، مطمئن شوید که کل سیستم بدون فولاد است، نه فقط قسمتی که از آب می بینید. در هر صورت، ما خوشحالیم که از جنبه مادی این تصمیم با مهندسان شما صحبت می کنیم.