بحث شامل عن الحماية الكاثودية

بحث شامل عن الحماية الكاثودية، غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية، للتخفيف من تلف التآكل على الأسطح المعدنية النشطة.

كما تستخدم الحماية الكاثودية في جميع أنحاء العالم لحماية خطوط الأنابيب، ومحطات معالجة المياه، وخزانات التخزين فوق وتحت الماء،  تابعوا موقع مقال للتعرف على بحث شامل عن الحماية الكاثودية.

ما هي الحماية الكاثودية (CP)؟

الحماية الكاثودية هي طريقة، لمنع التآكل على الهياكل المعدنية المغمورة، وتحت الأرض.

حيث تعد الحماية الكاثودية هي واحدة من أكثر الطرق فعالية، لمنع التآكل على سطح معدني.

وتستخدم الحماية الكاثودية بشكل شائع لحماية العديد من الهياكل ضد التآكل، مثل السفن والعوامات البحرية.

والمعدات البحرية والموانئ وخطوط الأنابيب والخزانات، في الأساس جميع الهياكل المعدنية المغمورة أو المدفونة.

شاهد أيضًا: طريقة عزل الأسطح من الحرارة

ما هي المبادئ الأساسية للحماية الكاثودية؟

تعتمد التقنية على تحويل المناطق النشطة على سطح معدني إلى سلبي، بمعنى آخر، مما يجعلها كاثود الخلية الكهروكيميائية.

ومن خلال توفير التيار، يتم تقليل إمكانات المعدن، وسوف يتوقف هجوم التآكل، ويتم تحقيق الحماية الكاثودية.

فيمكن تحقيق الحماية الكاثودية إما:

• الحماية الكاثودية الأنود القرباني.
• أيضًا الحماية الكاثودية المذهلة الحالية، والتي يشار إليها غالبًا باسم ICCP.

الحماية الكاثودية الأنود القرباني – Sacrifical anode cathodic protecion

إن أبسط طريقة لتطبيق الحماية الكاثودية، هي عن طريق توصيل المعدن المراد حمايته بمعدن آخر أكثر تآكلًا بسهولة.

وذلك ليكون بمثابة الأنود، الزنك والألمنيوم والمغنيسيوم، هي المعادن المستخدمة عادة كأنودات.

أكثر المعادن نشاطًا (وهو الأقل نبلًا) يصبح الأنود للآخرين، ويضحي بنفسه، عن طريق التآكل (التخلي عن المعدن) لحماية الكاثود، وبالتالي، مصطلح الأنود القرباني.

بما أن الجهد الدافع للأنودات القربانية منخفض مقارنة مع الأنودات الحالية المثيرة للإعجاب، يجب توزيع الأنودات القربانية بشكل جيد.

وتحديد موقعها بالقرب من المنطقة المحمية، التي تستخدم، الألومنيوم أو الأنودات الزنك في بيئات المياه المالحة؟

نظرًا للاختلاف المحتمل بين الأنود (أقل نبلًا) والمنطقة الكاثودية (الصلب)، تغادر الأيونات المعدنية المشحونة بشكل إيجابي سطح الأنود.

بينما تترك الإلكترونات السطح عند الكاثود. بالنسبة لأنودات سبائك الألومنيوم، يكون التفاعل عند سطح الأنود:

^–4Al → 4Al⁺⁺⁺ + 12e

الحماية الكاثودية المذهلة الحالية (ICCP) – Impressed current cathodic protection (ICCP)

تستخدم أنظمة ICCP مصدرًا خارجيًا للطاقة الكهربائية يتم توفيره، من خلال مصدر طاقة DC منظم.

وغالبًا ما يشار إليه باسم لوحة التحكم، كما توفر لوحة التحكم التيار اللازم، لاستقطاب السطح المراد حمايته.

يتم توزيع التيار الواقي بواسطة أنودات خاملة مصممة خصيصًا، بشكل عام مادة موصلة، من نوع لا تذوب بسهولة في أيونات معدنية، بل تحافظ على تفاعلات أنودية بديلة.

في الظروف البيئية الجيدة لمياه البحر، يكون أكسدة أيونات الكلوريد المذاب هو التفاعل الأنودي السائد الناتج عن غاز الكلور الذي تم تطويره على سطح الأنود: ^–2Cl^– → Cl₂ + 2e.

بينما في المياه منخفضة الملوحة يكون رد الفعل الأنودي السائد هو تحلل الماء: ^–2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e .

يعد MMO / Ti أحد أكثر أنواع أنود ICCP شيوعًا لاستخدام مياه البحر، ويتكون من ركيزة تيتانيوم (Ti) مغلفة بمحفز نبيل أو أكسيد معدني (MMO).

كيف تعمل الحماية الكاثودية؟

تعمل الحماية الكاثودية عن طريق وضع الأنود أو الأنودات (الأجهزة الخارجية)، في المنحل بالكهرباء، لإنشاء دائرة. يتدفق التيار من الأنود عبر المنحل بالكهرباء إلى سطح الهيكل.

حيث يتحرك التآكل إلى الأنود لوقف المزيد من التآكل في الهيكل.

مثال على الحماية الكاثودية لخط الأنابيب

على خط الأنابيب غير المحمي، تحدث الاختلافات المحتملة بشكل طبيعي، أينما انتقلت من إيجابي طفيف إلى سلبي ثانوي، ستحدث تدفقات التيار وتآكل خط الأنابيب الجلفاني.

وإذا قمت بتطبيق CP على خط الأنابيب هذا – على سبيل المثال أنود MATCOR الخطي الذي يعمل بالتوازي مع خط الأنابيب، يتم تصريف التيار من الأنود وإلى خط الأنابيب، مما يمنع التآكل.

تطبيق خط الأنابيب بدون CP

تابع أيضًا: معلومات عن طلاء الحماية واستخداماتها

تطبيق CP على خط الأنابيب

ما هي أنظمة الحماية الكاثودية؟

التآكل هو سبب رئيسي لفشل سابق لأوانه في الهياكل المعدنية؛ يمكن للمشغلين إطالة عمر الخدمة لمنشآتهم، ومعداتهم.

عن طريق تثبيت أنظمة CP واختبارها بانتظام. يمكن لمهندسي CP، تصميم أنظمة لضمان أقصى عمر وسهولة استبدال.

تستخدم مجموعة كبيرة من التطبيقات المدنية والصناعية هذه الأنظمة، لمنع التآكل لسنوات عديدة.

فيتم تثبيتها عادةً أثناء الإنشاء الأصلي أو التوسعات أو الترقيات الرئيسية، وتقوم MATCO عادةً بتصميم أنظمة تعمل لمدة 30 عامًا أو أكثر.

أنظمة CP تحمي أصول البنية التحتية من التآكل، وتشمل هذه الهياكل:

• خزانات تخزين الأرضية فوقية.
• خطوط الأنابيب المدفونة.
• حديد التسليح في الهياكل الخرسانية.
• المبادلات الحرارية.
• الأكوام بحرية.
• جدران كومة الورقة.
• الهياكل المعدنية الأخرى.

ما هي أنواع أنظمة الـحماية الكاثودية؟

الحماية الكاثودية هي وسيلة لمنع الهياكل المعدنية ، مثل خطوط الأنابيب، وخزانات التخزين  من التفاعل مع البيئة والتآكل.

وعند تعرضها للبيئة، ينكسر الفولاذ الكربوني، والمعادن الأخرى كهربيًا كيميائيًا ويفشل في النهاية.

تمنع أنظمة CP عملية الأكسدة من الحدوث، عن طريق إنشاء تدفق تيار من النظام إلى الهيكل.

وهناك نوعان أساسيان من أنظمة الحماية الكاثودية:

• الجلفانية.
• التيار القسري.

الحماية الكاثودية الجلفانية – Galvanic Cathodic Protection

التآكل الجلفاني هو عملية كيميائية كهربائية، حيث يكون أحد المعادن أكثر عرضة، للتآكل من الآخر عندما يرتبط كلا المعدنين بالكهرباء.

الأنودات الجلفانية (وتسمى أيضًا الأنودات القربانية) المستخدمة لحماية الهياكل الفولاذية، هي مثال على التآكل الجلفاني، حيث يتآكل الأنود الجلفاني لحماية الهيكل.

الأنود القرباني هو أنود معدني مرتبط كهربائياً بالهيكل المراد حمايته، وهو أكثر تفاعلاً مع البيئة المسببة للتآكل، يتآكل الأنود القرباني، ويحمي معدن الهيكل المحمي.

في النظام الجلفاني، يكون للأنودات المتصلة بالهيكل المحمي إمكانات طبيعية أكثر سلبية من البنية.

وعندما يتدفق التيار المتصل من الأنود (إمكانات سلبية أكثر)، إلى الهيكل (إمكانات سلبية أقل) في دائرة التيار المستمر.

يمكن أن تحمي الأنودات الجلفانية (المشار إليها أيضًا باسم الأنودات القربانية) بشكل صحيح.

فالصلب تحت الأرض والهياكل البحرية والداخلية والصناعية من التآكل، كما أنه لا تتطلب مصدر طاقة خارجي للعمل.

وبالتالي فهي محدودة في استخدامها؛ وعند تطبيقها بشكل صحيح، يمكن تصميمها لتوفير عمر طويل، مع سهولة التشغيل تتوفر الأنودات الجلفانية، في مجموعة متنوعة من التكوينات، بما في ذلك:

• الأنودات المعدنية العارية بما في ذلك المغنيسيوم والزنك، والألومنيوم، وسبائك أخرى.
• معبأة في الردم للاستخدام تحت الأرض.
• مصنوعة من الأشرطة الفولاذية الخارجية للتركيب على الهياكل.
• أنواع الشريط.
• القضيب وأشكال خاصة.

التيار القسري – Impressed Current

في العديد من التطبيقات، لا يكون الفرق المحتمل بين الأنود الجلفاني / القرباني، والهيكل الفولاذي كافياً لتوليد تيار كاف للحماية.

في هذه الحالات، يمكن أن يولد مصدر الطاقة (المعدل) اختلافات محتملة أكبر، مما يتيح تدفق تيار أكبر إلى الهيكل المحمي، ويشار إلى ذلك بنظام الحماية الكاثودية الحالية (ICCP).

متى يتم الحصول على الحماية الكاثودية؟

تدفق تيار الحماية الكاثودية على أي معدن سيغير إمكاناته الطبيعية في الاتجاه السلبي.

كما يتم الحصول على الحماية الكاثودية الكاملة للصلب، من خلال جهد عند مستوى معين.

اخترنا لك: طريقة عزل الأسطح من الحرارة

في النهاية، غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية لحماية الفولاذ من التآكل، حيث يحدث التآكل عندما يتم غمر معدنين متباينين في مادة إلكتروليتية مثل الماء أو التربة أو الخرسانة.