1-14-17 کلیات

حفاظت کاتدی نوعی سیستم الکتریکی برای جلوگیری از خوردگی بوده و برای فلزاتی که با خاک، آب و یا سایر الکترولیت‌ها در تماس باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از بهترین انواع پوشش‌ها و کاربرد بهترین روش‌های اجرایی عایقکارى نمى‌توان سطح خارجى لوله‌‌ها را براى مدت طولائی و به طور صد در صد از خطر زنگ زدگی محفوظ نگاه داشت، به همین دلیل برای حفاظت لوله‌‌‌های مدفون از زنگ زدگی از سیستم حفاظت کاتدی استفاده می‌شود. این سیستم که برای حفاظت لوله‌‌‌های فولادی در برابر خوردگی ناشی از زنگ زدگی می‌باشد، سیستمی است تکمیلی و حفاظت از زنگ زدگی لوله‌‌ها را کامل کرده و نواقص عایق لوله را پوشش دادە و ضریب اطمینان حفاظت از لوله را در برابر زنگزدگی افزایش میدهد.

نصب سیستم حفاظت کاتدی براى شبکه‌‌های لوله‌کشى از با لوله‌هاى فولادى مدفون و با فشار ٢ الی ۶٠ پوند بر اینچ مربع (١٣٧٩٠ الى 413686 پاسکال) و با سطح بیش از ٥ متر مربع، الزامى است، براى حفاظت شبکه‌‌های لوله‌‌کشی گاز با سطحى کمتر از 5 متر مربع اجراى پوشش باید مطابق بخش ١٧-١٢ باشد.

قبل از اقدام به طراحى سیستم حفاظت کاتدى، باید مقاومت مخصوص خاک در محل مورد نظر براى لوله گذاری و نصب شبکه حداقل در یک نقطه به ازاء هر ۵٠٠ متر از طول شبکه در عمق‌های دفن لوله و ١ متر پایین‌تر اندازه‌گیری شود.

در صورتیکه مقاومت مخصوص خاک در محل نصب شبکه از ده هزار اهم سانتی‌متر بیشتر باشد، به شرط عدم وجود باکتری‌های احیاء کنندە سولفات، داشتن PH خنثى وکمتر بودن مقادیر نمک‌های کلریدى، سولفاتی و بی کربناتی از حدود بحرانی، برقراری سیستم حفاظت کاتدی الزامى نخواهد بود.

2-14-17 سیستم‌های حفاظت کاتدى

سیستم‌‌های حفاظت کاتدی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: حفاظت کاتدی به روش آند‌های فداشونده و حفاظت کاتدى به روش تزریق جریان مستقیم. سیستم‌های حفاظت کاتدى را مى‌توان با هر دو روش نامبرده اجرا نمود. در صورتی که حجم تأسیسات قابل توجه باشد بهتر است از روش تزریق جریان و در صورتیکە حجم تأسیسات کوچک باشد حتى المقدور از روش آندهاى فداشونده استفاده شود و در هر حال در انتخاب هریک از دو روش، لازم است بازدهی مطلوب و جنبه‌‌های اقتصادى مورد توجه قرار گیرد.

انتخاب هر کدام از روش‌‌های فوق بستگی به نوع و حجم لوله‌‌کشی، هزینه و امکانات اجرائی و سایر عوامل طراحی دارد.

3-14-17 حداقل پتانسیل حفاظتى

به منظور حفاظت از زنگ زدگی لوله‌‌‌های فولادی مدفون در خاک، حداقل پتانسیل ناشی از جریان فعال شده در لوله باید به شرح زیر باشد:

اختلاف پتانسیل در کلیه نقاط شبکه لوله‌کشى مدفون نسبت به نیم پیل مس/سولفات مس براى هر نوع پوشش باید 0/85 - ولت یا منفی‌تر باشد.

لازم به ذکر است در زمین‌هایی که احتمال وجود باکتری‌‌های احیاء کننده سولفات وجود دارد، اختلاف پتانسیل در کلیه نقاط شبکه لوله‌کشى مدفون نسبت به نیم پیل مس/سولفات مس 0/95 - ولت یا منفى‌تر باید باشد.

ولتاژ لوله نسبت به خاک در حالت طبیعی بین 0/4 - الی 0/65 - ولت می‌باشد. اگر پس از نصب آندها، پتانسیل اندازه‌گیرى شده لوله نسبت به خاک با استفاده از نیم بیل مس/ سولفات مس منفى تراز ٠/٨٥ - ولت باشد و یا اختلاف پتانسیل در حالت محافظت 0/3- ولت از حالت بدون محافظت منفى‌تر باشد، حفاظت برقرار است.

4-14-17 حفاظت کاتدى به روش آندهاى فداشونده

آند‌های فداشونده از نظر نوع جنس معمولا در سه نوع منیزیم، روی و آلومینیم میباشند. در زمین‌هایی که مقاومت مخصوص خاک حدود ٣٠٠ تا ٥٠٠٠ اهم سانتی‌متر باشد، باتوجه به بازدهى جریان الکتریکى بیشتر معمولاً از آند‌های منیزیم استفاده می‌شود. به منظور افزایش کارآیی این نوع آندها (در زمین‌هایی با مقاومت مخصوص خاک بالا) معمولا از پشت بند استفاده می‌شود. یک نمونه از این بشت بندها شامل ٧٠ درصد سولفات کلسیم (گچ)، ٢٥ درصد بنتونایت و 5 درصد سولفات سدیم می‌باشد. آندهاى منیزنم معمولاً در کیسه‌‌های پارچه‌‌ای قرار داده شده و اطراف آن‌ها به وسیله پشت بند احاطه می‌گردد. این آندها توسط سازندگان آن در وزن‌‌های مختلف ساخته و بسته‌بندی می‌شوند.

آندها باید طوری انتخاب و طراحی شوند که حداقل برای ٢٠ سال شبکه را حفاظت نمایند و پس از گذشت ۵ سال باید آندها به صورت کامل تعویض شوند.

شمای عمومی نصب و نحوه اتصال آندهاى فداشونده به لوله در شکل شماره پ-٥-۴ بخش پیوست نشان داده شده است.

5-14-17 حفاظت کاتدى به روش تزریق جریان مستقیم

در این روش جریان برق از یک مبدل یکسو کننده گرفته شده و از طریق بستر آندى به لوله‌‌ها وتاسیسات مدفون اعمال می‌گردد. بستر آندی با استفاده از انواع آند‌های گرافیتی یا چدن‌‌های سیلیس دار به فاصله مناسبى از خط لوله و تأسیسات نصب مى‌شود. جهت تعیین مقاومت الکتریکى سیستم لازم است محل نصب حتی المقدور دارای مقاومت مخصوص کم بوده و اضافه بر آن از پشت بند خرده ذغال کک در تمام طول بستر آندی استفاده شود، چنانچه در عمق مورد نظر بستر آندی به آب‌های تحت الارضی برخورد شود کاربرد پشت بند ضرورت ندارد.

١٧-14-٥-١ بستر آندى

در سیستم حفاظت کاتدیک نحوه استقرار و محل دفن آندها که بستر آندی نام دارد داراى اهمیت زیادى می‌باشد. با توجه به وضعیت استقرار آندها و عمق دفن آن‌ها بسترهاى آندى به انواع مختلف تقسیم بندى می‌شوند. بستر‌های آندی می‌توانند بر اساس موقعیت مکانى و عوامل طراحى به صورت‌های مختلف اجرا شوند که عبارتند از: بستر آندی سطحی افقی، سطحی عمودی، چاهی ذغالی و چاهی آبی.

در محل‌هایی که به دلیل عبور جاده و یا تراکم تأسیسات و همچنین بالا بودن فوق العاده مقاومت مخصوص زمین، امکان نصب و بازدهى مطلوب از بستر سطحى وجود نداشته باشد، از بسترهاى چاهى استفاده می‌شود. در حالت استفاده از بستر چاهی آبی عمق چاه باید متناسب با سطح آب در چاه باشد به طوری که فاصله اولین آند تا سطح آب حداقل ده متر باشد. در صورتیکه محل فاقد آب باشد باید از ذغال کک به عنوان پشت بند استفاده شود.

برای محاسبات مربوط به طراحى سیستم‌های حفاظت کاتدى مى‌توان به منابع معتبر مراجعه نمود.

در طراحی بستر آندی عوامل اقتصادی نیز باید در نظر گرفته شوند و طرح به گونه‌‌ای باشد که علاوه بر تامین ایمنی لازم از نظر اقتصادی نیز به صرفه باشد.

6-14-17 کنترل و ارزیابى

جهت اطمینان از کارایى و بازدهى سیستم‌های حفاظت کاتدى نصب شده باید به طور ادوارى وحداقل هر سه ماە یکبار، اندازه‌گیری پتانسیل لوله نسبت به خاک اطراف آن با استفاده از یک دستگاه ولت متر که دارای مقاومت داخلی حداقل ۵٠ هزار اهم به ازاى یک ولت باشد و نیم پیل مس/سولفات مس انجام شود.

7-14-17 نقاط اندازه‌گیرى

اندازه‌گیری پتانسیل لوله نسبت به خاک از طریق نقاطى که روى خطوط لوله یا تأسیسات مدفون تعبیه یا پیش‌بینی گردیده است انجام می‌شود. در سیستم‌های حفاظت کاندى شبکه‌‌های لوله‌کشى گاز محوطه‌‌ها و شهرک‌‌های مسکونی که به روش تزریق جریان انجام مى‌شود، فواصل نقاط باید متناسب با گستردگی شبکه باشد.

حداقل فاصله بین دو نقطه ٣٠٠ متر در نظر گرفته شود. در مورد آندهاى فداشونده، نقاط اندازه‌گیرى باید در محل‌هایی که فاصله آن از دو حفره متوالی آندی به یک اندازه است، پیش‌بینی و نصب شوند.

به عنوان نمونه شمای عمومى نقاط اندازه‌گیری در شکل شماره پ-٥-۴ بخش پیوست نشان داده شده است.

8-14-17 اتصالات عایقى

اتصالات عایقى قطعاتى هستند که ارتباط الکتریکى بین دو طرف آن‌ها قطع کردیده است. این قطعات به منظور جداسازى الکتریکى بین دو قسمت از شبکه یا خطوط فولادى گاز به کار می‌روند. اتصالات عایقی باید از نوع لبه جوشی و یا عایق بین فلنجی بوده و بر طبق استاندارد‌های مندرج در جدول پ-4-١٣ بخش پیوست تولید و آزمایش شده باشند. نصب اتصالات عایقى در مبادى ورودى و خروجى ایستگاه‌‌های تقلیل فشار و اندازه‌گیرى به منظور جداسازى الکتریکى ایستکاه از خط لوله فشار قوى ورودى ولوله فشار ضعیف خروجى الزامى است.

حفاظت از لوله‌‌ها و ملزومات ایستگاه به لحاظ رو زمینی بودن باید با رنگ‌آمیزی ایستگاه انجام شود.

9-14-17 جعبه‌‌های اتصال

برای اتصال کابل‌‌های ارتباطی بین تجهیزات و بستر آندى سیستم حفاظت کاتدى و همچنین جهت کنترل و ارزیابی میزان تأثیر جریان‌های سرگردان و یا القائی باید نصب شوند.